СОСТАВ ШИХТЫ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области ручной дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной сварки мокрым способом преимущественно конструкционных сталей повышенной прочности, склонных к закалке в зоне термического влияния.

Известно, что желание выполнить сварной шов на конструкциях из сталей повышенной прочности под водой наталкивается на ряд трудностей: ускоренное охлаждение сварного соединения и высокое содержание водорода, диффундирующего при высоких температурах из шва в зону термического влияния (ЗТВ) совместно вызывают образование холодных трещин.

Удачно подобранное электродное покрытие, обеспечивающее низкое содержание водорода в металле зоны термического влияния и надежно защищающее металл шва от ускоренного охлаждения, может существенно уменьшить склонность сварных соединений к образованию холодных трещин.

Известен состав электродного покрытия для ручной подводной сварки по а. с. N 1540992, кл. В 23 К 35/365, 1990г. предназначенный для выполнения сварных соединений из малоуглеродистых и низколегированный сталей повышенной прочности и обладающий высокой шлакообразующей способностью.

В качестве прототипа настоящего технического решения выбрано покрытие основного типа электродов марки ЭПС-А, поставляемых по техническим условиям ТУ5.965-11099-78.

Указанные электроды разрабатывались для подводной сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Они обладают удовлетворительными технологическими свойствами, высокой стойкостью против образования трещин в шве, однако, как указывалось, электродное покрытие основного типа не способно обеспечить достаточной устойчивости горения дуги под водой, что существенно ухудшает технологичность электродов и качество швов.

Покрытие электродов марки ЭПС-А имеет следующий состав (мас.):
Мрамор электродный 38
Плавиковошпатовый концентрат 39
Кварцевый песок 3
Двуокись титана 5
Ферротитан 2
Ферросилиций 6
Марганец металлический 7
Целью изобретения является повышение качества сварных соединений при ручной подводной варке "мокрым" способом конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Поставленная цель достигнута посредством дополнительного введения поташа и окиси хрома и введения марганца в виде ферромарганца при следующем соотношении компонентов (мас.):
Плавиковый шпат 36-40
Кварцевый песок 17-21
Ферромарганец 8-12
Ферросилиций 4-6
Ферротитан 4-6
Окись хрома 1-3
Поташ 1-3
Двуокись титана Остальное
В предлагаемом электродном покрытии для ручной подводной сварки по сравнению с прототипом повышено содержание кварцевого песка, что приводит к улучшению формирования металла шва, но повышает вероятность образования неметаллических включений. С целью уменьшения возможности образования неметаллических включений в шихту электродного покрытия введено 1-3% окиси хрома, которая способна снижать термодинамическую активность оксидов марганца и кремния с образованием комплексных соединений. Это позволяет подавить кремневосстановительные процессы в металле сварочной ванны. Повышенное содержание двуокиси титана обеспечивает образование плотной шлаковой корки и хорошее формирование металла сварного шва.

Сложные условия использования электродов для ручной подводной сварки требуют возможно большего повышения устойчивости горения сварочной дуги. С этой целью в состав шихты введен поташ (углекислый калий), стабилизирующий дугу при сварке.

При подводной сварке наблюдается интенсивное проникновение паров воды в зону дуги, диссоциация и диффузия водорода в металл сварного соединения, что существенно ухудшает механические свойства металла.

В предлагаемом техническом решении использован способ физической защиты дугового промежутка с помощью введения ферромарганца, так как известно, что парциальное давление паров марганца при сварочных температурах велико. Это уменьшает парциальное давление паров воды, снижает интенсивность диффузии водорода в металл сварного соединения и улучшает его свойства в целом.

Пределы содержания компонентов выбраны исходя из следующего. Содержание плавикошпатового концентрата следует повышать, поскольку он является основным компонентом, обеспечивающим химическую защиту дугового промежутка от водорода (образуется фторид водорода, нерастворимый в стали и хорошо растворимый в воде). Повышение содержания плавикошпатового концентрата более 40% существенно снижает устойчивость дуги, так как фтор является деионизатором.

Повышение содержание кварцевого песка в шихте электродного покрытия приводит к образованию неметаллических включений, а снижение к ухудшению технологических свойств электродов.

Пределы содержания ферромарганца выбирались исходя из эффективности физической защиты и технологических свойств образующейся шлаковой корки на поверхности шва.

Предлагаемое содержание ферротитана и ферросилиция обеспечивает эффективное раскисление металла сварочной ванны и легирование образующегося сварного шва.

Повышение содержания поташа выше рекомендуемого ухудшает обмазочные свойства электродного покрытия, а уменьшение снижает эффективность его стабилизирующего действия.

Двуокись титана введена в состав шихты электродного покрытия с целью получения шлака рутилового типа, так как такие электроды позволяют получить швы с хорошим формированием.

Неожиданность найденной композиции состава шихты электродного покрытия заключается в том, что оно обладает хорошими технологическими свойствами и повышает стойкость сварных соединений против образования трещин.

Предлагаемое электродное покрытие обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: уменьшена склонность сварных соединений к образованию холодных трещин благодаря улучшению защиты дугового промежутка от проникновения водорода; улучшена устойчивость горения сварочной дуги при подводной сварке, что привело к повышению качества формирования сварных швов.

В науке и технике известно использование поташа, окиси хрома и ферромарганца при изготовлении покрытий сварочных электродов, однако, их применение в сочетании с другими компонентами и в других пропорциях не обеспечивает покрытиям такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно улучшение качества сварных соединений при подводной сварке. Таким образом, предлагаемый состав шихты электродного покрытия придает ему новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".

Были проведены испытания предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом. Испытания включали сварку и исследование жестких технологических проб типа "теккен" и замеры твердости в сварном соединении. В качестве основного металла использовалась низколегированная сталь повышенной прочности марки 12ХН2Мд.

Предлагаемое электродное покрытие наносилось на электродные стержни из сварочной проволоки марки Св-07Х25Н12Г2Т диаметром 4 мм.

испытания проводились с использованием экспериментальной сварочной установки для подводной сварки на глубине 0,4 м в пресной воде.

Было изготовлено три партии электродов: с содержанием компонентов по нижнему пределу рецепта (маркировка "н"), по верхнему -("в") и по средним значениям ("с") (см. табл.1).

Результаты испытаний приведены в табл. 2 и позволяют сделать следующие выводы: швы, выполненные электродами с предлагаемым покрытием лучше защищены шлаковой коркой от ускоренного охлаждения водой (определено визуально); меньшая протяженность трещины и меньшие значения твердости объясняются лучшими свойствами шлаковой корки, которую позволяют получить электроды с предлагаемым покрытием.

Таким образом, испытание показало повышение качества сварных швов, выполненных опытными электродами по сравнению с прототипом.

Использование: изобретение относится к сварочным материалам для подводной "мокрой" сварки ручным способом преимущественно конструкционных сталей повышенной прочности, склонных к закалке в зоне термического влияния. Сущность изобретения: шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 36-40, кварцевый песок 17-21, ферромарганец 8-12, ферросицилий - 4-6, ферротитан 4-6, окись хрома 1-3, поташ 1-3, двуокись титана - остальное. Электродное покрытие обеспечивает получение качественных сварных соединений при ручной подводной сварке мокрым способом на глубинах до 50 м. 2 табл.

Состав шихты электродного покрытия для ручной сварки, содержащей плавиковый шпат, кварцевый песок, двуокись титана, ферротитан, ферросилиций, марганец, отличающийся тем, что шихта содержит дополнительно поташ и окись хрома, а марганец введен в виде ферромарганца при следующем соотношении компонентов, мас.

Плавиковый шпат 36 40
Кварцевый песок 17 21
Ферромарганец 8 12
Ферросилиций 4 6
Ферротитан 4 6
Поташ 1 3
Окись хрома 1 3
Двуокись титана Остальное