ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 1996 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области сварочных материалов, а более конкретно к электроду с фтористо-кальциевым покрытием для электродуговой сварки среднелегированных закаливающихся сталей, подвергающихся термической обработке.

В настоящее время в производстве при сварке и ремонте конструкций и крупногабаритных отливок из закаливающихся легированных термически обрабатываемых углеродистых сталей применяются сварочные электроды различных марок, обеспечивающих получение определенной твердости наплавленного металла. Однако опыт применения этих электродов показывает, что в ряде случае они не обеспечивают получения требуемого комплекса свойств наплавленного металла. Недостатки таких электродов особенно заметно проявляются, когда необходимо получить одновременно высокие показатели ударной вязкости, в том числе и при температуре 40^oC ниже нуля (a_н > 90 Дж/см²), и требуемые показатели твердости наплавленного металла до и после термической обработки (H_в≃3,4.3,0), а также достаточную сопротивляемость его образованию трещин.

Известен электрод [1] для наплавки штаммов, компоненты покрытия которого взяты в следующем процентном соотношении, мас.

Мрамор 50
Плавиковый шпат 16
Ферромарганец 5
Феррохром 4
Ферромолибден 5
Ферротитан 6
Ферросилиций 14
Сода 0,5
Электроды с таким покрытием обеспечивают получение направленного металла со сравнительно высокими показателями прочности и твердости, а также хорошими пластическими свойствами. Однако при сварке закаливающихся сталей они не позволяют получить требуемую твердость наплавленного металла, особенно термической обработки. Кроме того, электроды с таким покрытием, как показывает наш опыт, не технологичны в изготовлении.

Известен также электрод [2] для сварки углеродистых и низколегированных сталей, состоящий из легированного стержня и покрытия, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.

Плавиковый шпат 5.30
Ферросилиций 1. 10
Ферротитан 1.15
Марганец 1.10
Алюминий 0,5.3
Дацит 1.15
Кремнефтористый натрий 1.15
Мрамор Остальное
Однако данные электроды не могут быть применены для сварки закаливающихся термически обрабатываемых сталей. Как показал наш опыт, выбранный уровень легирования наплавленного металла с помощью указанных электродов при соответствующей его термической обработке не позволяет получить требуемую твердость и ударную вязкость. Введение алюминия в покрытие при таком уровне легирования хромом и титаном резко снижает ударную вязкость наплавленного металла при минусовых температурах после его термической обработки.

Известен также электрод для сварки и наплавки углеродистых низколегирванных высокопрочных сталей, компоненты стержня которого взяты в следующем соотношении, мас. углерод 0,08.0,12; раскислители 0,5.1,0; никель 1.1,5; молибден 0,40,55; железо остальное; и со следующим соотношением компонентов покрытия, мас. плавиковый шпат 22.28; рутил - 7.9; ферротитан 4.6; ферросилиций 6.9; ферромолибден 0,2.1,0; феррованадий 0,3.0,9; хром 3,5.5,8; никель 2,0. 3,8; марганец 1,2.2,5; графит 0,4.0,6; железный порошок 10.13; поташ 0,5.1,5; мрамор остальное [3]
Металл, наплавленный таким электродом, имеет сравнительно высокие показатели твердости. Однако при сварке закаливающихся сталей, как показывает опыт, выбранное комплексное легирование наплавленного металла указанными электродами с помощью стержня и покрытия не позволяет получить требуемый комплекс твердости и ударной вязкости наплавленного металла при минусовых температурах, особенно после термической обработки. По этой причине такие электроды не всегда могут быть пригодны для сварки закаливающихся сталей, подвергающихся термической обработке.

Основной задачей предполагаемого изобретения является повышение твердости наплавленного металла до и после его термической обработки при сварке и наплавке в производстве конструкций из закаливающихся сталей. При этом показатели пластических свойств наплавленного металла обеспечиваются на сравнительно хорошем и достаточном уровне.

Решение этой задачи достигается путем оптимального комплексного легирования и микролегирования металла шва с помощью электродных стержней и покрытия.

Требуемая твердость при сохранении достаточно высоких показателей пластичности наплавленного металла обеспечиваются за счет легирования его в строго определенных количествах углеродом, хромом, никелем, марганцем и молибденом. При этом выбранное соотношение содержания указанных элементов при комплексном раскислении и микролегировании металла шва позволяют получить хорошее сочетание твердости, прочности и пластических свойств металла шва как до, так и после термической обработки.

Совместное введение в состав покрытия ферротитана и феррохрома позволяет существенно модифицировать структуру наплавленного металла и неметаллические включения в нем. В этом случае, как показали наши исследования, введение в состав покрытия хрома с помощью феррохрома оправдано не только дополнительным легированием наплавленного металла, но и эффективным улучшением его свойств. А комплексное раскисление металла кремнием, марганцем, титаном в оптическом количестве с помощью покрытия и электродных стержней обеспечивает уменьшение общего количества неметаллических включений и более благоприятный их состав. Все это способствует повышению и стабилизации пластических свойств наплавленного металла такого уровня твердости до и после термической обработки.

Введение в состав электродного покрытия бентонита улучшает его качество в части повышения термостойкости и сопротивляемости образованию трещин при прокалке.

Указанные свойства заявляемых электродов обеспечиваются при содержании в покрытии компонентов в следующем соотношении, мас.

Мрамор 52.60
Флюоритовый концентрат 2230
Поташ 3.6
Бентонит 1,4.3,2
Ферросилиций 4,5.8,5
Ферромарганец 2.6
Ферротитан 1,2.5
Феррохром 1,2.5
и при использовании в качестве электродных стержней проволоки состава, мас. 0,14.0,22 углерода, 0,2.0,8 кремния, 0,8.1,4 марганца, 1,0.1,5 хрома, 1,8.2,6 никеля, 0,4.0,7 молибдена, 0,05.0,2 титана, железо - остальное.

При этом коэффициент покрытия электродов берется в пределах 28.40.

При сварке закаливающихся углеродистых сталей, типа 30ХГСА и др. может быть применено, например, покрытие следующих составов (см. табл. 1).

Составы, приведенные в табл. 1, наносят на стержни из проволоки, например, следующих составов (см. табл. 2).

При сварке электродами заявляемого состава на постоянном токе обратной полярности они обладают хорошими сварочно-технологическими свойствами: умеренное газовыделение, дуга горит устойчиво, незначительное разбрызгивание, равномерное плавление покрытия, шлак легко отделяется с поверхности всех валиков.

Металл, наплавленный такими электродами, имеет высокие показатели твердости до и после термической обработки при хорошем комплексе пластических свойств.

В таблице приведены результаты испытаний заявляемых электродов диаметром 6 мм с покрытием составов I VII на механические свойства наплавленного металла до и после его термической обработки. В этой же таблице приведены результаты испытания электродов, в покрытии которых феррохром введен в количестве ниже и выше заявляемых пределов, а также в стержнях которых содержание элементов выходило за пределы граничных значений.

Механические свойства электродов оценивались при многослойной сварке стыковых образцов из закаливающейся стали типа 30ХГСН2М толщиной 40 мм до и после их термической обработки. Сварка образцов производилась на постоянном токе обратной полярности электродами диаметром 6 мм на режиме I_св=240 A; V_д= 26 В. Сварные образцы подвергались термической обработке по режиму: закалка + высокий отпуск с охлаждением в воде. Образцы вырезались из средних слоев многослойных швов. В табл. 3 приведены средние результаты, полученные при испытании 5 образцов. Твердость по Бринелю определялась при нагрузке 3000 кг по диаметру отпечатка шарика (H_в, в мм) диаметром 10 мм.

Как видно из табл. 3 электроды заявляемого состава имеют высокие показатели по твердости наплавленного металла как до, так и после его термической обработки. Кроме того металл, наплавленный заявляемыми электродами, практически не уступает известным электродам по показателям пластических характеристик, а по показателям ударной вязкости при температуре 40^oC ниже нуля даже превосходит их.

Из табл. 3 также видно, что введение в покрытие заявляемых электродов феррохрома ниже заявляемых феррохрома ниже заявляемых пределов (а также снижение хрома в стержнях) приводит к существенному снижению твердости наплавленного металла, а введение их выше заявляемых пределов приводит к повышению этих показателей, но при этом заметно снижаются все показатели пластических характеристик. Испытания показали, что заявляемые электроды обеспечивают и требуемую технологическую прочность направленного металла.

Электроды заявляемого состава прошли всесторонние лабораторные испытания и многократную опытную проверку при сварке узлов из закаливающихся сталей с последующим испытанием их на оценку качества сварных соединений. Испытания показали, что заявленные электроды имеют значительные преимущества перед известными электродами в части работоспособности сварных соединений.

Применение заявляемых электродов в производстве позволит повысить качество сварных соединений и эксплуатационную надежность конструкций из закаливающихся сталей.

Использование: электродуговая сварка закаливающихся термически обрабатываемых сталей. Сущность изобретения: с помощью электродных стержней и покрытия осуществляется оптимальное комплексное легирование металла шва. При изготовлении электродных стержней используется проволока, содержащая легирующие элементы в следующем соотношении, мас.% 0,14...0,22 углерода, 0,2...0,8 кремния, 0,8. . .1,4 марганца; 1,0...1,5 хрома; 1,8...2,6 никеля; 0,4...0,7 молибдена, 0,05...0,2 титана; железо - остальное. Покрытие электрода содержит в своем составе компоненты в следующем соотношении, мас.%: 52...60 мрамора, 22. ..30 флюоритового концентрата; 3...6 поташа; 1,4...3,2 бентонита; 4,5. . . 8,5 ферросилиция; 2...6 ферромарганца; 1,2...5 ферротитана, 1,2...5 феррохрома. Электроды позволяют повысить прочность и твердость наплавленного металла до и после термической обработки при требуемой его технологической прочности и пластичности. Применение электродов в производстве конструкций из закаливающихся сталей увеличивает их эксплуатационную надежность и улучшает качество сварки. 3 табл.

Электрод для дуговой сварки термически обрабатываемых закаливающихся сталей, состоящий из легированного стального стержня, содержащего углерод, кремний, марганец, никель, молибден, железо, и покрытия, содержащего мрамор, флюоритовый концентрат, поташ, ферросилиций, марганец, хром, ферротитан, отличающийся тем, что в стержень дополнительно введены хром и титан при следующих соотношениях элементов стержня, мас.

Углерод 0,14 0,22
Кремний 0,2 0,8
Марганец 0,8 1,4
Никель 1,8 2,6
Молибден 0,4 0,7
Хром 1,0 1,5
Титан 0,05 0,2
Железо Остальное
при этом покрытие дополнительно содержит бентонит, а марганец и хром введены в виде ферросплавов при следующих соотношениях компонентов покрытия, мас.

Флюоритовый концентрат 22 30
Поташ 3 6
Ферросилиций 4,5 8,5
Ферротитан 1,2 5,0
Ферромарганец 2 6
Феррохром 1,2 5,0
Бентонит 1,4 3,2
Мрамор Остальное
а коэффициент покрытия электродов составляет 28 40%