Все известные промышленные марки стальных электродов для дуговой сварки и наплавки имеют в своем покрытии силикат на­трия, вводимый в обмазочную массу в виде силиката натрия — раствора, называемого жидким стеклом

Силикат натрия — электродный раствор поставляется для элек­тродного производства силикатной промышленностью по ГОСТ 4419-48 *.

Силикат натрия — электродный раствор представляет собой водный раствор силиката щелочного металла — натрия.

Общий метод получения силиката щелочного металла состоит в нагревании до полного расплавления смеси окислов щелочных металлов или их углекислых солей с двуокисью кремния, взятых в соответствующих стехиометрических отношениях.

Силикат щелочного металла носит название растворимого стекла.

Общая формула растворимого стекла — силиката натрия

R20 • nSi02,

где R — натрий или калий.

При изготовлении электродов применяется водный раствор, отвечающий формуле силиката щелочных металлов:

R20 • nSi02 -|- Н20.

Жидкое стекло придает обмазочным массам пластические свой­ства, покрытиям — механическую прочность и влагостойкость, ока­зывает влияние на шлаки и повышает стабильность горения дуги при сварке.

Кроме того, жидкое стекло при наличии в электродном покры тии органических присадок замедляет их сгорание.

Наша промышленность применяет водные растворы силикатов щелочных металлов, главным образом натрия и в меньшем коли­честве—калия (табл. 71).

1 ЦНИИ МПС, Исследование технологии изготовления покрытых элек­тродов.

Натриевое жидкое стекло по сравнению с калиевым обладает более высокой клейкостью и при изготовлении электродов на прес­сах высокого давления сообщает электродообмазочным массам луч­шие пластические свойства.

Калиевое жидкое стекло в электродных покрытиях уменьшает глубину кратера при сварке, делает сварочную дугу более стабиль­ной и уменьшает растрескивание электродного покрытия при сушке и прокалке.

Калиевое жидкое стекло применяется в электродных покрытиях в смеси с натриевым. При правильном подборе смеси стекол могут быть использованы их преимущества, т. е., наряду с обеспечением необходимых пластических свойств электродообмазочных масс, уменьшается трещиноватость покрытия при сушке и прокалке электродов, обеспечивается необходимая прочность электродного покрытия, влагоустойчивость, повышается стабильность горения дуги при сварке.

Качество толстопокрытых электродов в большой степени зави­сит от свойств жидкого стекла, вводимого в электродообмазочные

массы.

Решающее значение при производстве толстопокрытых элек­тродов имеют модуль жидкого стекла, вязкость, плотность или удельный вес и скорость образования на поверхности раствора жидкого стекла пленки, т. е. скорость высыхания.

Модуль силиката щелочного металла является условной величи­ной, определяемой по формуле

т =

где а — отношение молекулярных весов.

Таким образом, модуль силиката натрия равен

°/0 SiO*

а модуль силиката калия равен

От плотности и модуля жидкого стекла зависят последующие технологические свойства электродов.

Химический состав силикат-глыбы определяется по методике ГОСТ 917-41, а жидкого стекла — по методике ГОСТ 962-41.

Приблизительное ускоренное определение модуля жидкого стекла можно производить по табл. 72, устанавливая удельный вес раствора ареометром, a Na20— титрованием сильно разбавленного раствора стекла децинормальной соляной кислотой в присутствии метилоранжа.

Таблица 72

Модуль жидкого Стекла в зависимости от его удельного веса и содержания Содержа вие Na ,0 р •/ Удель- вый 2 1 3 ! 4 5 | 6 1 7 1 8 | Н 1 10 | *« 1 .2 | 13 | 14 вес Моду ль раствора 1,05 1,58 1,24 1,07 3,64 2,10 1,10 — 3,21 1,50 1,38 1,125 ___ 4,15 2,34 1,15 __ — 3,40 2,10 1,15 1,175 — — 4,00 2,92 1.99 1,13 1,20 — _ — 3,5 2,52 1,73 1 225 — — ___ 3,98 3,02 2,25 1.62 1,25 — — — — 3,47 2,68 2,05 1,54 1,275 — _ ___ — 3,92 3,11 2,39 1,88 1,5 1,30 _ _ ___ ___ — 3,51 2,74 2,22 1,78 1,33 1,35 _ _ ___ ___ — 4,25 3,43 2,86 1,93 1,48 1,40 ___ ___ ___ — ___ 4,24 3,48 2,73 2,40 2,03 1,66 1,38 1.45 — 2,83 2,41 2,09 1,73 1,50 ““ " ~ 2,78 2,51 2,08

Необходимо учитывать, что на поведение жидких стекол в элек­тродных покрытиях большое влияние оказывает состав покрытия.

Практически установлено, что вязкость жидкого стекла при модуле его выше 2,0 увеличивается с увеличением модуля, но строгой зависимости или повторяющейся закономерности нет.

Вязкость жидкого стекла одной поставки зависит также от плотности и температуры раствора, при которой проводились испы­тания.

Наблюдаются резкие колебания вязкости при одном и том же модуле и одной плотности жидких стекол разных поставок (фиг. 93).

Так, по данным экспериментального цеха Московского элек­тродного завода, колебания вязкости при одном и том же модуле и плотности (при температуре 20°) для стекол с модулем, равным 2.6 при плотности 1,5 доходили m 862 до 1528 сантипуаз.

Для измерения вязкости водных растворов жидкого стек.!а пользуются вискозиметром Хепплера (фиг. 94).

Вискозиметр Хепплера состоит из стеклянной трубки 20, на­полняемой испытуемой жидкостью. Сама трубка находится в стек­лянном термостате 19 и укреплена на штативе так, что ось трубки во время замера вязкости жидкости имеет наклон около 10° отно­сительно вертикальной оси.

Благодаря термостату, в который наливается и циркулирует горячая вода определенной температуры (обычно 20°), в виско­зиметре во время замеров выдерживается необходимая темпера­тура испытуемой жидкости.

Через верхний конец трубки 20, заполненной испытуемой жид­костью, вводится шарик. Трубка закрывается пробкой.

Для того чтобы шарик пришел в исходное положение, необхо­димо сделать два поворота на 180° и измерить время прохожде­ния шариком пути в 100 мм между двумя кольцевыми отметками на трубке.

Вязкость Tj в сантипуазах испытуемой жидкости исчисляется по формуле

TJ =t(Sk — Sf)K,

где Sk — плотность материала шарика;

Sf —- плотность испытуемой жидкости;

К —константа шарика; t — время падения шарика в сек.

При помощи вискозиметра Хепплера могут быть определены вязкости жидкостей с точностью до +0,5%.

Время падения шарика t определяется как среднее арифмети­ческое по крайней мере четырех замеров этих падений.

Ниже приведены данные об изменении вязкости жидкого стекла в зависимости от изменения температуры раствора (табл. 73 и 74).

Таблица 73 Изменение вязкости натриевых жидких стекол в зависимости от температуры (по материалам А. И. Жилина) Модуль Удельный вес Вязкость натриевого жидкого стекла в сантипуазах в зависимости ряствори- от температуры в °С стекла стекла 18 30 40 50 60 70 НО 2,64 1,458 183 99 61 42 28 41 16 2,74 1,502 828 405 244 159 98 71 53

Фиг, 94. Вискозиметр Хепплера:

/ — нпконечник выходной трубки для горячей воды; 2 —выходная трубка для горячей воды; 3 — накидная запорная гайка; 4 — термометр; 5—штуцер для присоединения резиновой трубки; б — Уровень для установки прибора; 8% 9 и 10 — узлы крепления и уплотнения‘нак тонной трубки; 11— шарик, падающий в срезе исследуемой на вязкость жидкости; 12 - 16 — узлы для крепления и уплотнения верхней части наклонной трубки; /7 —штифт для фиксирования положения корпуса прибора; /б—отверстие для фиксирования положения корпуса прибора; 19 — стеклянный цилиндр Для циркуляции теплой воды, нагретой до 20°; 20—- трубка, куда заливается испытуемая жидкость; я, б, в — контрольные риски для фиксирования прохождения пути шарика при его наклонном

падении.

Практически установлено, что Лучшими условиями для опрес­совки электродов являются такие, при которых температура жид­ких стекол находится в пределах 19—20°.

При изменении плотности жидкого стекла изменяется его вяз­кость (табл. 75).

Таблица 74

Изменение вязкости жидкого
стекла от температуры

(по материалам Московского
электродного завода)

Модуль раство­ римого стекла	Удель­ ный вес стекла	Вязкость натриевого жидкого стекла в сан­типуазах в зависимо­сти от температуры в °С
20	23	24	28
2,6	1,51	1575		1156
2,4	1,49	790	—	—	550
2,3	1,50	616	—	493	—
2,3	1,50	641	592

Из табл. 75 явствует, что даже незначительное уменьшение концентрации раствора резко снижает вязкость растворенного жидкого стекла.

Вязкость раствора жидкого стекла зависит также от силикат­ного модуля и концентрации раствора (табл. 76).

Таблица 76

	Силикатный модуль
Концентрация расі вора в р/о	3,9	3,36	2,41	2.06	1,68
Вязкость в сантипуазах (при 20°)
1	2	3	4	5	6
3,00	3,30	4,20	3,00	3,00
5,00	4,40	5,20	3,50	4,50	3,00
10,00	6,50	7,30	5,20	7,50	3,50
15,(10	9,00	9,00	7,00	10.00	7,50
20,00	12,00	12.00	9,00	12,00	10.50
25,00	18,00	16,00	12,00	16,00	15,00
30,00	49,00	27,00	19,00	22,00	23.00
32,00	80,00	37,00	24,00	27,00	29,00
33,00	___	44,00	27,00	31,00	34,00
34,00	___	55,00	30,00	35,00	39,00
36,00	___	120,00	43,00	43,00	58,00
38,00	___	270,00	' 72,00	70,00	95,00
39,00	___	460,00	95,00	190,00	120,00
40,00	___	—	130,00	190 00	190,00
44,00	___	—	400,00	310,00	430,00
46,00	___	—	900,00	550,00	750,00
50,00	—	—	—	6115,00

Растворы силиката натрия (или жидкое стекло) в зависимости от величины модуля имеют при высыхании разную величину усадки н различные прочностные свойства.

Следует иметь в виду, что снижение величины усадки жидких стекол благоприятно сказывается на операциях провяливания и сушки электродов, уменьшая количество трещин на электродных покрытиях.

Наименьшую усадку при высыхании дают жидкие стекла с модулем 2,6—3,0.

Прочностные свойства натриевых жидких стекол выявляются испытанием на срез двух склеенных металлических пластинок, в зависимости от величины модуля жидкого стекла.

Модулі, жидкого стекла........................ 2,0 2.5 3,0 3,5 4,0

Сопротивление срезыванию в кгіем2 22 28 40 18 2

Из этого видно, что наибольшую прочность на срез, а следова­тельно и прочность, сообщаемую электродным покрытиям, имеют жидкие стекла с модулем около 3.

При длительном хранении растворов жидкого стекла в нем про­текает процесс гидролиза, в результате которого часть кремниевой кислоты коагулирует и выделяется из коллоидного раствора в виде студнеподобного осадка — геля.

Гель кремниевой кислоты находится во взвешенном состоянии в растворах жидкого стекла большой концентрации или выпадает из раствора при его разбавлении водой.

Жидкое стекло, имеющее взвешенные частицы выпавшего геля кремниевой кислоты, имеет меньшую склеивающую способность и пониженную прочность при высыхании.

Обмазочная масса, изготовленная на таком стекле, быстро покры­вается сухой корочкой. Жидкое стекло, загрязненное мельчайшими частицами древесного угля или золы, также обладает меньшей клеящей способностью, и электродное покрытие, изготовленное на таком стекле, характеризуется повышенной склонностью к трещи- нообразованию при подвяливании и сушке.

# При разбавлении жидкого стекла водой в растворе немедленно начинается гидролиз и выпадение из коллоидного раствора геля ортокремниевой кислоты. По составу осадки имеют более высокое содержание Si02 и примесей F203. Поэтому при осветлении жид­кого стекла снижается его модуль.

При разбавлении жидкого стекла водой частицы коллоида до­полнительно гидратируются и раздробляются.

Щ Для осветления раствора теплое жидкое стекло сливается в отстойные баки. После суточного отстоя оно становится более про­зрачным.

Баки для хранения жидкого стекла периодически очищаются, так как на дне их скопляются частицы кремниевой кислоты. Эти частицы кремниевой кислоты, попадая в замесы обмазочной массы, ухудшают ее пластические свойства и приводят к появлению тре­щин в электродных покрытиях.

Кроме того, при длительном хранении жидких стекол больших плотностей (1,48—1,54) увеличивается их вязкость, очевидно, за счет укрупнения частиц коллоидной части раствора и выделения из него геля.

Для изготовления толстопокры гых электродов в зависимости от способа нанесения покрытия на электродные стержни и состава покрытия используются жидкие стекла с различными удельными весами от 1,3 до 1,54.

Жидкое стекло, как основной носитель влаги электродного по­крытия, может быть причиной образования дефектов наплавлен­ного металла и непостоянства качества электродов.

Постоянство качества электродов зависит от дозировки жидкого стекла определенной плотности и модуля. Дозировка жидкого стекла производится с учетом сухого остатка при крайне ограни­ченных колебаниях его в электродных покрытиях данной марки, с температурой 18—20°.

Сухой остаток жидкого стекла зависит от модуля и удельного веса раствора (фиг. 94а).

Жидкое стекло не рекомендуется хранить длительное нремя в открытых сосудах, так как оно под влиянием воздуха подвер­гается разложению.