СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1995 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке, в частности к составу электродного покрытия, преимущественно для низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Известны различные составы покрытий, например, покрытие (см. авт.св. СССР N 737175, 1977), содержащее следующие компоненты, мас.

Мрамор 3-10
Плавиковый шпат 8-12
Рутиловый концентрат 5-25
Кварцевый песок 1-5
Ферромарганец 5-10
Ферротитан 2-12
Алюминиевый порошок 8-12
Поташ 1-4
Железная окалина Остальное
Также известно покрытие (см. заявку Японии N 63-57154, 1989), содержащее следующие компоненты, мас.

Ильмениты 10-40
Кремниевый песок (SiO₂) 10-35
Мрамор 5-20
Оксид титана (рутил) 30-50
Железная руда 2-15
Раскислитель, стабилизатор дуги, связующие.

Однако электроды с данными покрытиями обладают малой проплавляющей способностью и недостаточной газовой защитой капель наплавляемого металла и сварочной ванны, так как не содержат в своем составе органических веществ и веществ с кристаллизационной влагой. Недостатком указанных электродов также является значительное содержание дорогостоящего и дефицитного рутила.

Наиболее близким по составу и назначению к изобретению является электродное покрытие (см. авт. св. СССР N 933336, 1980), содержащее следующие компоненты, мас.

Ильменитовый концентрат 40-50
Мрамор 6-14
Ферромарганец 12-20
Железная руда 4-12
Ферротитан 4-10
Каолин 2-6
Тальк 4-12
Целлюлоза 1-3
Суммарное содержание железной руды и ферротитана в покрытии превышает содержание каолина в 3,5-4,0 раза. Можно отметить недостаточно высокие сварочно-технологические свойства, в частности недостаточно хорошее формирование сварных швов в вертикальном положении, связанное с чрезмерной жидкотекучестью шлака за счет высокого содержания окислов железа из ильменитового концентрата и железной руды. Предлагаемое покрытие содержит ильменитовую руду Алданского региона с содержанием 8-15% оксидов титана, что позволяет при значительном снижении стоимости электродного покрытия получить его хорошие сварочно-технологические свойства при сварке во всех пространственных положениях. Для этого в электродное покрытие дополнительно вводят кварцевый песок, древесную муку и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.

Ильменитовая руда (8-15%
оксидов титана) 26-36
Мрамор 11-15
Ферромарганец 15-20
Ферротитан 5-10
Кварцевый песок 20-30
Каолин 6-10
Древесная мука 1,5-2,0
Кальцинированная сода 0,5-1,5
При этом древесная мука (Д), каолин (К) и мрамор (М) взяты в соотношении 1:(4,0-5,0):(7,0-7,5).

Ильменитовая руда в предложенных пределах обеспечивает в сочетании с кварцевым песком и каолином в заявленных пределах хорошие сварочно-технологические свойства электродов при сварке во всех пространственных положениях. При содержании ильменитовой руды выше 36% повышается жидкотекучесть шлака и ухудшается формирование шва в вертикальном положении. При содержании ильменитовой руды ниже 26% ухудшается укрываемость шва шлаком и формирование шва в нижнем положении.

Мрамор, каолин и древесная мука, вводимые в электродное покрытие в указанных пределах и соотношениях, обеспечивают состав и количество газовой фазы в дуговом промежутке, необходимых для получения беспористых швов. При этом мрамор является поставщиком СО₂, каолин Н₂О (за счет разложения кристаллизационной влаги) и древесная мука углеводородные соединения).

Кварцевый песок введен в покрытие для обеспечения хорошего формирования швов во всех пространственных положениях. При содержании этого компонента менее 20% наблюдаются ухудшение формирования швов в вертикальном положении; при содержании этого компонента более 30% ухудшается отделимость шлака.

Ферромарганец и ферротитан вводятся в электродное покрытие в качестве раскислителей, действующих на стадии сварочной ванны. Марганец повышает также механические свойства металла швов за счет связывания серы в тугоплавкие окислы, часть из которых переходит в шлак и удаляется из металла.

Кальцинированная сода вводится в покрытие с целью улучшения реологических свойств обмазочной массы.

Для подтверждения правильности выбора состава покрытия и соотношений между компонентами, были изготовлены 8 вариантов электродов, составы которых приведены в табл.1. Варианты под номерами 1, 2, 3, 4 содержат компоненты в пределах и соотношениях, соответствующих предлагаемому изобретению. В вариантах электродов 5 и 6 не выдержаны соотношения Д:К:М, а содержание компонентов находится в пределах допустимого. В электродах 7 и 8 соотношения Д:К:М выдержаны, а содержание компонентов находится за пределами допустимого.

Электроды диаметром 3 4 мм изготавливались в электродной лаборатории ЦНИИТМАШ на прессе высокого давления. Коэффициент массы покрытия составлял для электродов диаметром 4 мм 40%
Сравнительные испытания сварочно-технологических свойств электродов проводили в присутствии группы экспертов в составе трех человек. Выполнялась сварка образцов из стали ВСт3 с разделкой кромок по ГОСТ 9466-75 в нижнем, вертикальном и потолочном положениях. Эксперты оценивали сварочно-технологические свойства каждого варианта по пятибалльной системе оценок. Сравнивались следующие показатели сварочно-технологических свойств: отделимость шлака, формирование шва, склонность к пористости, проплавляющая способность. Оценки суммировались. Результаты испытаний сварочно-технологических свойств приведены в табл.2. В табл.3 приведены механические свойства металла швов, выполненных электродами с предлагаемым покрытием по вариантам 1;2;3;4.

Результаты испытаний электродов показали, что электроды с предлагаемым покрытием обладают наряду с низкой стоимостью высокими сварочно-технологическими свойствами при сварке во всех пространственных положениях, а по механическим свойствам сварного шва полностью соответствуют типу Э46 по ГОСТ 9467-75 и пригодны для сварки ответственных конструкций из малоуглеродистых сталей.

Использование: сварочные материалы для сварки в различных пространственных положениях низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Сущность изобретения: электродное покрытие содержит, мас.%: ильменитовая руда 26 - 36, мрамор 11 - 15, ферромарганец 15 - 20, ферротитан 5 - 10, кварцевый песок 20 - 30, каолин 6 - 10, древесная мука 1,5 - 2,0, кальцинированная сода 0,5 - 1,5. При этом древесная мука, каолин и мрамор должны быть взяты в соотношении 1:(4,0 - 5,0):(7,0 - 7,5). В составе покрытия использована ильменитовая руда Алданского региона с содержанием 8 - 15% оксидов титана. Применение данного электродного покрытия позволяет получить механические свойства сварного шва, соответствующие типу Э46, т.е. возможно применение для сварки ответственных конструкций из низкоуглероодистых сталей. 3 табл.

1. СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ, содержащий ильменит, мрамор, ферромарганец, ферротитан, каолин, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кварцевый песок, древесную муку и кальцинированную соду, а ильменит введен в виде ильменитовой руды с содержанием 8 15% оксида титана при следующем соотношении компонентов состава, мас.

Ильменитовая руда с содержанием 8 15% TiO₂ 26 36
Мрамор 11 15
Ферромарганец 15 20
Ферротитан 5 10
Кварцевый песок 20 30
Каолин 6 10
Древесная мука 1,5 2,0
Кальцинированная сода 0,5 1,5,
при этом древесная мука, каолин и мрамор взяты в соотношении 1 (4,0 - 5,0) (7,0 7,5).