SMAW、硬化肉盛電極の基礎

被覆金属アーク溶接 (SMAW) および硬化肉盛用の電極に関する重要な知識をすべて網羅するには、1 冊の本が必要です。 確かなことは、これらの消耗品は万能ではないということです。 さまざまな材質のコーティングがあり、さまざまなカテゴリに分類され、さまざまな目的に役立ち、さらには専門的な保管と手入れが必要です。 SMAW および硬化電極に関するこれらの基本を理解することで、最終結果に大きな違いが生じます。

鋼電極は、コーティング組成に基づいて、セルロース系、ルチル系、塩基性の 3 つのカテゴリに分類されます。

E6010 や E6011 などのセルロース電極は、主に木材パルプ (セルロース) を特徴としており、水素を生成して深い浸透性を備えた掘削/駆動アークを生成します。 ドライビング アークは、農機具の修理や汚染された表面を伴うその他の用途、またオープン ルート パイプ ジョイントに関連する V 溝に魅力を与えます。 掘削/駆動アークで溶接溜まりを制御するには、E6010 電極を使用した「ホイップ アンド ポーズ」技術を使用します。

E6013 や E7014 などのルチル電極には、二酸化チタン (TiO2)、二酸化ケイ素 (SiO2)、鉄粉、炭酸カルシウム (CaCO3) を含むコーティングが施されています。 E7014 電極は鉄レベルが高められているため、より高い電流で動作し、より高い堆積速度を実現できます。 ルチル電極は簡単に開始でき、特別な操作を必要とせず、光を透過して柔らかいアークを生成します。 溶接機としての魅力が高いと言われていますが、スパッタの発生が多くなります。

基本的な電極には、CaCO3、ホタル石 (CaF2)、フェロマンガン、および鉄粉を含むコーティングが施されています。 塩基性という言葉はコーティングの pH を指します。 E7018 は最も一般的な基本電極で、中程度のディグ/ドライブおよび中程度の貫通力を備えたアークを実現します。 また、基本コーティングは水素と水分の吸収レベルが低く、水素分子が溶接金属に浸透し、膨張して逃げようとするときに亀裂を引き起こす可能性があるため、重要な溶接にはこれが不可欠です。 結果として、この電極カテゴリは一般に低水素と呼ばれます。

低水素電極には追加の名称が付けられる場合もあり、E7018 H4R がより一般的になってきています。 H4 は、電極を受け取った状態 (通常は密閉されたホイルパッケージまたはキャニスター) でテストした場合、溶着溶接部 100 g あたりの拡散性水素が 4 ml 未満であることを示します。 Rは耐湿性を表します。 H4R 電極は、華氏 80 ～ 85 度、相対湿度 80 ～ 85 パーセントに 9 時間さらした後の吸湿率は 0.4 パーセント未満になります。

9 時間を超えて H4R 指定を維持するには、開いた容器を必ず 225 ～ 300 °F で保管してください。必要に応じて、700 °F で 1 時間ベーキングして再調整してください。さらに、低水素電極は個別に保管およびベーキングしてください。

ロッドオーブン内で電極を混合すると汚染が生じる可能性があるだけでなく、コーティングの種類が異なると、適切な性能を得るために含水量も異なり、必要な含水量も異なります。 たとえば、セルロース電極では、設計されたアーク力を発揮するために一定量の水分が必要です。 したがって、オーブン内で塩基性電極とセルロース系電極を混合すると、両方にとって有害になります。

E7018 電極には -1 の指定が付いている場合もあります。これは、-1 が付いていない電極の -20 °F と比較して、-50 °F で約束されたシャルピー V ノッチ衝撃特性を提供することを意味します。 これらの電極は、低温で優れた靭性を発揮します。 注: E7018-1 電極は E7018 電極の代わりに使用できますが、その逆は当てはまりません。

ステンレス電極コーティングにも、EXXX-15、EXXX-16、EXXX-17 の 3 つのカテゴリがあります。 ベース合金の後の -15 は、かなりの量の石灰石と蛍石を含む石灰ベースのコーティングを示し、垂直および頭上の位置での溶接を容易にする急速凍結スラグを生成します。 ビーズは適度に波打ち、わずかに凸状になっています。 後者の特性は、高応力の関節に必要な安全マージンを提供します。

石灰塩基性コーティングは最適な機械的特性を提供します。 これらの電極は通常、LNG タンクや圧縮ガス システムなどの極低温用途でスーパーオーステナイトおよび超高ニッケル グレードの材料を溶接するために仕様化されています。

残念ながら、石灰塩基性電極は、球状の金属転移により溶接性が最も低く、溜まりの制御がさらに難しくなります。 軽く鞭打ちするようなテクニック (おそらく 1⁄8 インチ前進して一時停止) を使用すると、水たまりを増やすのに役立ちます。 石灰の基礎にはスラグの除去も必要であり、常にチッピングが必要であり、直流電極プラス (DCEP) でのみ実行できます。

A -16 は、主な量のルチル、中程度の量の石灰石、および限られた量の蛍石を含む基本的なルチル タイプのコーティングを示します。 選択肢があれば、ほとんどのオペレーターは -16 電極の使用を好みます。 安定した滑らかなスプレー トランスファー アークと、細かい波紋と良好な側壁融合を備えた凸面から平坦なビード プロファイルを提供します。 また、少量の細かいスパッタや、通常は自然放出されるスラグも生成されます。

-17 電極には -16 電極よりも多くのシリコンが含まれており、平らな位置での溶接に最適な、より流動的な溶接溜まりを生成します。 垂直溶接やオーバーヘッド溶接も可能ですが、スラグがすぐに凍結しないため、石灰基本電極よりもオペレーターのスキルが必要になります。 これらの電極は DCEP または交流 (AC) で動作します。

ステンレス鋼の電極は通常、水素亀裂を生じませんが、コーティングが水分を吸収すると、多孔性、過剰なスパッタ、およびスラグの剥離不良が発生する可能性があります。 ステンレス鋼電極は必ず 300 °F で保管してください。長期間放置した場合は、600 ～ 800 °F で 1 ～ 6 時間ベーキングすることで電極を再調整できます。

ハードフェーシングと接合プロセスを混同しないでください。 ハードフェーシングは、より硬い金属またはより丈夫な金属を基材に適用するプロセスです。 硬化電極は、鉄ベース、ニッケルベース、コバルトベースの 3 つのカテゴリに分類され、クロム、タングステン、モリブデンなどの炭化物形成元素と合金化されます。 通常、標準コバルト合金範囲 1、6、12、および 21 を除き、特定の AWS 分類はありません。

接合電極とは異なり、硬化電極は、特定のニーズを満たすことを目的とした独自の合金配合の集合体です。 これらは 3 つの方法で製造されます。1 つは合金混合物で満たされた管状ロッドで、その後コーティングに浸漬されるか、その上にコーティングが押し出されます。 合金と脱酸剤の混合物でコーティングされた炭素鋼ロッド。 または、その上にコーティングが押し出された鋳造コバルト棒。

硬化電極、特に管状構造の電極は、貫通用に設計されていません。 希釈を減らし硬化効率を高めるには、より低いパラメータが必要です。 管状電極でよくある間違いの 1 つは、電極がワークピースに押し込まれ、電極が過熱することです。 硬化電極は E7018 SMAW 電極とは動作が異なることに注意してください。 それらはより球状の転移を持ち、より長いアーク長を必要とします。

硬化電極にストリンガー ビードまたはウィーブ ビード パターンを適用すると、凝固中に溶接池のマトリックスに形成される炭化物によりクロスクラック (クロスチェック) パターンが発生します。 これは正常です。 例外は、電極が亀裂のない堆積用に特別に設計されている場合です。

Halinson Campos は、ESAB Welding & Cutting Products のフィラーメタルのプロジェクト ビジネス マネージャーです。 Martin Denault は、ESAB ブランドである Exaton のアプリケーション エンジニア兼 CWI です。 Richard Cook は、ESAB ブランドの Stoody Co. (2800 Airport Road, Denton, TX 76207, 800-372-2123) のシニア プロダクト マネージャーです。