СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых сталей в монтажных и ремонтных условиях во всех пространственных положениях, в том числе по не зачищенным от ржавчины, краски и других загрязнений поверхностям.

Известен электрод для сварки низкоуглеродистых сталей (а.с. N 1706821, кл. В 29 К 35/365, 1992). Покрытие этого электрода содержит следующие компоненты, мас.

Полевой шпат 6-11
Мрамор 3-7
Ферромарганец 5-20
Целлюлоза 1-2,5
Рутиловый концентрат остальное,
причем отношение рутилового концентрата к полевому шпату составляет 6-11.

Хотя применение этого электрода позволяет получить хорошее формирование сварного шва во всех пространственных положениях, однако он не пригоден для сварки по незачищенным поверхностям из-за образования большого количества пор.

Наиболее близким является электрод для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей (а.с. N 933336, кл. В 23 К 35/365, 1982), состав электродного покрытия которого содержит следующие компоненты, мас.

Ильменитовый концентрат 40-50
Мрамор 6-14
Ферромарганец 12-20
Тальк 4-12
Целлюлоза 1-3
Каолин 2-6
Железная руда 4-12
Ферротитан 4-10
Недостатком известного электрода является недостаточная стабильность горения дуги в различных пространственных положениях, что не позволяет качественно формировать сварной шов в вертикальном и потолочном положениях. Кроме того, при сварке в монтажных и ремонтных условиях, где не всегда возможно произвести зачистку свариваемых поверхностей, применение таких электродов не обеспечивает качественного шва.

Задачей изобретения является повышение качества сварных швов при сварке в любых пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям, а также повышение стабильности горения дуги.

Цель изобретения достигается тем, что состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, содержащего мрамор, каолин, тальк, целлюлозу, ферромарганец, ферротитан, ильменитовый концентрат, согласно изобретению дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Мрамор 8-20
Каолин 15-23
Тальк 2-10
Целлюлоза 2,0-3,5
Ферромарганец 7-15
Ферротитан 1-5
Графит 0,5-2,5
Ильменитовый концентрат остальное
причем отношение содержания каолина к ильмениту составляет 0,4-0,5, суммарное содержание талька и каолина 24-26% а отношение графита, ферротитана и ильменитового концентрата составляет 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0).

Из патентной и научно-технической документации известны электроды для сварки низкоуглеродистых сталей, покрытия которых содержат незначительное количество графита для повышения технологических свойств и качества покрытия. Наличие свободного углерода в составе покрытия способствует увеличению объема газа и мощности газовой струи, ориентированной от электрода к ванне. Газы СО и СО₂ обеспечивают оттеснение паров минеральных масел и влаги в передней части сварочной ванны, уменьшая долю водородсодержащих газов в атмосфере дуги. Следовательно, в предлагаемом покрытии графит способствует решению поставленной задачи, а именно получению высокой плотности швов за счет уменьшения адсорбции водорода и азота металлом шва.

В совокупности предлагаемых признаков существенное значение имеет соотношение графита, ферротитана и ильменита, так как графит наряду с вышеупомянутым положительным влиянием снижает окислительный потенциал дуги, замедляя процесс связывания водорода, который, как известно, является причиной пористости шва.

Выбранное соотношение компонентов 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0) позволяет получить оптимальный вариант, а именно необходимый и достаточный окислительный потенциал атмосферы дуги при мощной газовой струе, способной оттеснить пары минеральных масел и влаги.

Наличие ильменита в составе покрытия приводит к появлению дополнительного количества кислорода в составе газовой фазы дуги, в то же время графит и ферротитан снижают окислительный потенциал дугового газа. В связи с этим для достижения поставленной цели должно иметь место определенное соотношение окислителя ильменита и раскислителей графита как высокотемпературного раскислителя и ферротитана как низкотемпературного раскислителя.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемый электрод является новым и соответствует изобретательскому уровню.

Повышение графита свыше 2,5% не желательно, так как это может снижать пластические свойства металла шва.

Указанное в предлагаемом электроде количество шлакообразующих компонентов ильменитового концентрата 35-51% и каолина 15-23% обеспечивает образование шлаковой корки, равномерно покрывающей металл.

Наличие в указанных пределах ильменитового концентрата соответствует оптимальному окислительному потенциалу атмосферы дуги, что благоприятно для предотвращения водородных пор. Выбранное отношение каолина к ильменитовому концентрату в пределах 0,4-0,5 позволяет получить шлак, удерживающий ванну расплавленного металла на вертикальной и потолочной плоскостях, и обеспечить хорошее формирование металла шва без пор и раковин.

Количество каолина, вводимое в покрытие предлагаемого электрода, значительно выше, чем у известных. Это позволяет улучшить смачиваемость свариваемых поверхностей шлаком, за счет этого добиться "смывания" загрязнений гидроксидов железа, масла, краски, что способствует уменьшению пористости при сварке по незачищенным поверхностям. Введение каолина более 23% не желательно, так как в шлаке повышается концентрация SiO₂ настолько, что может вызвать относительное снижение вязкости шлака при охлаждении и, как следствие, неудовлетворительное формирование шва при сварке в вертикальном и потолочном положениях.

На этом же основании верхний предел содержания талька в покрытии ограничен 10% Количество вводимого талька определяет пластические свойства обмазочной массы. Введение талька менее 2% приводит к ухудшению прессуемости обмазочной массы. Для решения поставленной задачи оптимальным является суммарное содержание талька и каолина в пределах 24-26%
Введение карбоната кальция уменьшает парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе за счет разбавления атмосферы дуги продуктами диссоциации мрамора. Нижний предел содержания мрамора 8% определяется условиями отсутствия порообразования. Увеличение верхнего значения содержания мрамора более 20% ухудшает формирование сварного шва, приводит к повышению разбрызгивания металла.

Ферромарганец вводится в шихту в количестве 7-15% и предназначен для раскисления и легирования направленного металла. Как известно, марганец упрочняет зерна феррита, однако введение ферромарганца менее 7% не эффективно, так как он энергично окисляется кислородом из атмосферы дуги. При введении его в шихту более 15% в связи с большими скоростями охлаждения при сварке в монтажных и ремонтных условиях возможно образование закалочных структур. Кроме того, увеличение содержания ферромарганца нецелесообразно по экономическим и экологическим соображениям, так как возрастает концентрация соединений марганца в аэрозолях и воздухе рабочей зоны, что требует дополнительных средств защиты органов дыхания.

Ферротитан вводится в качестве раскислителя в количестве 1-5% Ферротитан как более активный раскислитель препятствует окислению марганца в сварочной ванне. Менее 1% его действие неэффективно, а свыше 5% нецелесообразно по указанной выше причине снижению окислительного потенциала газовой фазы дуги и появлению пор.

Целлюлозу вводят в состав электродного покрытия для улучшения пластических свойств обмазочной массы и создания газовой защиты наплавленного металла, а также сбалансированного равновесия между шлакообразующими и газообразующими компонентами, позволяющего предотвратить поры. Введение целлюлозы до 2,0% не дает положительного эффекта, введение же более 3,5% не вызывает дальнейшего улучшения пластических свойств массы, однако вследствие диссоциации целлюлозы увеличивается содержание водорода в атмосфере дуги, что приводит к образованию пор в сварном шве.

Указанное количество компонентов и их соотношение позволило получить качественный сварной шов во всех пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения было изготовлено 5 партий электродов, состав обмазки которых приведен в табл. 1.

Для испытаний проводили сварку технологических образцов в нижнем, потолочном и вертикальном положениях по незачищенным поверхностям при I 150-160 A, U 22-23 B. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе (табл. 2). Как видно из таблицы, все электроды обеспечивают при сварке в нижнем положении удовлетворительные результаты. При сварке на вертикальной плоскости и в потолочном положении электродом 1 образующийся жидкотекучий шлак не обеспечивает удержания ванны расплавленного металла. При сварке электродом 5 появляется сильное разбрызгивание (оценка формирования 1 балл). Составы 3, 4 обеспечивают получение удовлетворительного формирования направленного металла с появлением незначительных наплывов или узкого валика. Лучшие результаты дает состав 2. Он позволяет получить хорошее формирование шва во всех пространственных положениях с образованием плотной шлаковой корки. При сварке по ржавчине, краске, следам масла лучшие результаты получены при составах 2, 3, 4. Следовательно, при сварке в монтажных и ремонтных условиях в различных пространственных положениях по незачищенным поверхностям можно применять электроды составов 2, 3, 4, но оптимальным является электрод состава 2.

Оценку механических свойств проводили из условий: предел прочности σ_в 460-510 МПа, относительное удлинение 20-28% Испытания образцов 2, 3, 4 показали, что предел прочности и относительное удлинение находятся в вышеуказанных пределах.

Использование: дуговая сварка, преимущественно в ремонтных и монтажных условиях. Сущность изобретения: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: мрамор 8-20; каолин 15-23; тальк 2-10; целлюлоза 2-3,5; ферромарганец 7-15; ферротитан 1-5; графит 0,5-2,5; ильменитовый концетрат - остальное. Отношение содержания каолина к ильменитовому концентрату составляет 0,4-0,5. Графит, ферротитан и ильменитовый концентрат взяты в отношении 1: (1,9-2,1): (20-70). Суммарное содержание талька и каолина составляет 24-26%. Изобретение позволяет повысить стабильность горения дуги при сварке по незачищенным поверхностям во всех пространственных положениях. 2 табл.

Состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей, включающий мрамор, каолин, тальк, целлюлозу, ферромарганец, ферротитан, ильменитовый концентрат, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Мрамор 8 20
Каолин 15 23
Тальк 2 10
Целлюлоза 2 3,5
Ферромарганец 7 15
Ферротитан 1 5
Графит 0,5 2,5
Ильменитовый концентрат Остальное
при этом отношение содержания каолина к ильменитовому концентрату составляет 0,4 0,5, графит, ферротитан и ильменитовый концентрат взяты в соотношении 1:(1,9 2,1) и (20 70), а суммарное содержание талька и каолина составляет 24 26%