ШИХТА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварочному производству, конкретно к шихте порошковой проволоки для наплавки слоя стали преимущественно средней твердости в среде углекислого газа и под флюсом.

Основная трудность при восстановлении наплавкой деталей из высокоуглеродистых сталей состоит в получении требуемой стойкости направленного металла и околошовной зоны против образования холодных трещин при достаточной твердости, а следовательно и износостойкости.

Применяемые в производстве для этих целей легированные электроды в ряде случаев обеспечивают необходимые свойства наплавленного металла. Однако наплавка электродами отличается низкой производительностью и не позволяет механизировать процесс наплавки. Кроме того, качество наплавки электродами во многом зависит от квалификации сварщика. Наплавка электродами с большим содержанием железного порошка в покрытии позволяет повысить производительность, но из-за большого содержания водорода в наплавленном металле существенно снижается его стойкость против образования холодных трещин, возрастает вероятность образования отколов в околошовной зоне.

Наиболее перспективным, в части механизации восстановительных работ наплавкой изделий из указанных сталей, является применение порошковых проволок. Кроме того, по сравнению с электродами, порошковые проволоки позволяют повысить производительность в 2-4 раза. В то же время существующие проволоки для сварки и наплавки при использовании их для указанных целей имеют также существенные недостатки.

Они не всегда обеспечивают требуемый уровень твердости и износостойкости наплавленного металла, либо не обеспечивают стойкости его против образования холодных трещин, и в ряде случаев не удовлетворяют по сварочно-технологическим характеристикам, особенно по разбрызгиванию электродного металла или формированию валиков. Последнее имеет большое значение, особенно при восстановлении наплавкой на больших площадях без последующей механической обработки.

Известна порошковая проволока (шихта) для наплавки сталей, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.

Флюоритовый концентрат 3,2-5,7
Рутиловый концентрат 3,0-4,8
Мрамор 1,5-2,8
Ферромарганец 1,0-2,0
Ферротитан 2,0-4,0
Феррохром 8,0-14,0
Ферромолибден 2,0-4,0
Феррованадий 1,0-3,0
Лента стальная Остальное
(авт.св. СССР N 252514, 1976).

Наплавленный данной проволокой металл имеет недостаточную прочность и твердость.

Известна также шихта порошковой проволоки, преимущественно для сварки высокопрочных (а также повышенной прочности) сталей, содержащая компоненты в следующем соотношении, мас.

Плавиковый шпат 25-35
Рутиловый концентрат 7-12
Мрамор 5-10
Ферромарганец 5-7
Ферротитан 0,5-1
Алюминий 1-1,5
Феррованадий 0,3-0,7
Трехокись молибдена 0,5-1,5
Железный порошок Остальное
(авт.св. СССР N 804304, кл. В 23 К 35/36, 1979).

Как показывает опыт при сварке или наплавке слоя стали такой проволокой удается несколько повысить прочность металла шва (до σ_в=600-620 МПа) и сохранить на достаточном уровне пластичность и вязкость. Однако сравнительно низкая твердость наплавленного такой проволокой металла (Н_Rc ≅ 20-22) не позволяет получить требуемую износостойкость. Кроме того, данная проволока не обеспечивает высоких требований по формированию (растекаемости валиков) и разбрызгиванию электродного металла при восстановлении наплавкой в СО₂ деталей из углеродистых и закаливающихся сталей, особенно при наплавке на больших площадях.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение твердости наплавленного металла без снижения его стойкости против образования холодных трещин и улучшения сварочно-технологических характеристик при сварке в СО₂ в части формирования (растекаемости) валиков и разбрызгивания электродного металла.

Это достигается за счет выбора оптимальной легирующей и шлакообразующей основ шихты порошковой проволоки.

Повышение твердости наплавленного металла достигается за счет дополнительного легирования в оптимальных количествах хромом и кремнием и увеличением легирования молибденом с помощью ферромолибдена. Требуемая и высокая стойкость наплавленного металла против образования холодных трещин (при повышенном уровне его твердости) обеспечивается за счет более высокой рафинирующей способности шлаковой основы, которая получается при введении нефелинового концентрата, карбоната магния (сырого магнезита) и снижении общего количества остальных шлакообразующих компонентов. При такой выбранной шлаковой основе имеет место модифицирование неметаллических включений, что благоприятно с точки зрения повышения технологической прочности наплавленного металла и околошовной зоны, обусловленной характером его структуры и снижением влияния водорода.

При такой шлаковой основе более эффективное комплексное раскисление наплавленного металла на стадии капли с использованием ферросилиция и других раскислителей позволяет также значительно снизить разбрызгивание электродного металла, уменьшить в нем общее количество неметаллических включений и улучшить характер их выделения. Все это способствует повышению стойкости наплавленного металла против образования холодных трещин.

Улучшение формирования валиков, в том числе и растекаемости, достигается за счет требуемых физико-химических свойств шлака, которые получаются при выбранных соотношениях содержания в шихте флюоритового концентрата, рутилового концентрата и мрамора, а также дополнительном введении в оптимальных количествах карбоната магния и нефелинового концентрата.

Указанные свойства предлагаемой шихты порошковой проволоки получаются при содержании компонентов в следующем соотношении, мас.

Флюоритовый концентрат 3,5-0,15
Рутиловый концентрат 1,5-4
Мрамор 1,2-3
Марганец 2,5-5,5
Ферротитан 0,8-2,4
Феррованадий 0,1-0,4
Ферромолибден 1,6-3,8
Хром 1,8-5
Ферросилиций 1,6-4,8
Магнезит (сырой) 1,5-15
Нефелиновый концентрат 0,7-2
Железный порошок Остальное
Для механизированной наплавки в СО₂ слоя стали средней твердости при восстановлении изделий из высокоуглеродистых сталей может быть применена, например, порошковая проволока с шихтой следующих составов, представленных в табл. 1.

Для изготовления порошковой проволоки диаметром 1,6-3,2 мм с сердечником из шихты предлагаемого состава может быть применена лента из стали 08КГ размером 0,4х12 или 0,4х15 мм, коэффициент заполнения 26-30% конструкция однослойная.

Введение в состав шихты мрамора, флюоритового концентрата, рутилового концентрата и магнезита сырого выше предлагаемых пределов приводит к увеличению разбрызгивания электродного металла, снижению растекаемости направленного металла и появлению на поверхности валиков трудноудаляемого прилипшего шлака. А введение указанных компонентов ниже предлагаемых пределов увеличивает склонность наплавленного металла к образованию пор, ухудшается кроющая способность шлака.

Введение марганца, хрома, ферромолибдена, ферросилиция ниже предлагаемых пределов снижает твердость наплавленного металла и увеличивает разбрызгивание электродного металла, а выше предлагаемых пределов увеличивает твердость наплавленного металла, но снижается стойкость против образования холодных трещин. Снижение ферротитана и феррованадия ниже предлагаемых пределов приводит к уменьшению сопротивляемости направленного металла, образованию холодных трещин, а выше к образованию прилипшего шлака.

Повышение содержания нефелинового концентрата за пределы предлагаемого верхнего значения приводит к появлению прилипшего шлака и снижению растекаемости наплавленного металла, а снижение за пределы нижнего значения - увеличению разбрызгивания наплавленного металла.

В табл. 2 приведены результаты испытаний опытных порошковых проволок ⊘ 2 мм с шихтой предлагаемого состава (составы I-V), а также с шихтой, содержащей компоненты, по содержанию выходящие за пределы граничных значений (составы VI-VII). В этой же таблице для сравнения приведены результаты испытания металла, наплавленного известной порошковой проволокой такого же диаметра. Испытания проводились при полуавтоматической наплавке в СО₂ на сталь ст65 на режиме: I_св 280-300 A; U_д 26-28 B; V_св 12 м/ч. Производилась однослойная наплавка нахолодно. Твердость по Бринелю определялась по диаметру отпечатка шарика диаметром 10 мм при нагрузке 3000 кг. Сварочно-технологические характеристики оценивались по внешнему формированию валиков, ширине валиков (растекаемость) и коэффициенту разбрызгивания электродного металла. Стойкость наплавленного металла против образования холодных трещин оценивалось визуально по 10 наплавкам, а трещин в околошовной зоне по темплетам, вырезанным из наплавок (табл. 2).

Как видно из табл. 2, порошковая проволока с шихтой предлагаемого состава обеспечивает получение наплавленного металла высокой твердости при высоких сварочно-технологических характеристиках (по растекаемости наплавленного металла и разбрызгиванию электродного металла). При этом стойкость наплавленного металла и околошовной зоны против образования холодных трещин остаются высокими и удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Порошковая проволока с шихтой предлагаемого состава прошла всесторонние сравнительные испытания в лабораторных условиях и опытную проверку при механизированной наплавке в СО₂ и под флюсом слоя стали при восстановлении изделий из различных марок углеродистой стали. Испытания показали, что она обладает стабильно хорошими сварочно-технологическими характеристиками: процесс горения дуги устойчив в широком диапазоне режимов, разбрызгивание электродного металла незначительное, валики имеют хорошие формирование и растекаемость, шлак тонким слоем и равномерно покрывает валики и легко удаляется с поверхности.

Испытания также показали, что наплавленный металл и околошовная зона имеют достаточно высокую стойкость против образования холодных трещин, в наплавленном металле отсутствуют поры и зашлаковки.

Применение порошковой проволоки (шихты) в производстве при восстановлении изделий из углеродистых сталей позволит повысить качество сварочных работ, работоспособность изделий, расширить объем восстановительных работ и улучшить условия труда сварщиков, а также получить за счет этого определенный экономический эффект.

Использование: восстановление наплавкой в СО₂ и под флюсом изделий из углеродистых сталей. Сущность изобретения: компоненты шихты содержатся в следующих соотношениях, мас. %: 3,5-16,0 флюоритового концентрата, 1,5-4,0 рутилового концентрата, 1,2-3,0 мрамора, 2,5-5,5 марганца, 0,8-2,4 ферротитана, 0,1-0,4 феррованадия, 1,6-3,8 ферромолибдена, 1,8-3,0 хрома, 1,6-2,8 ферросилиция, 1,5-15,0 карбоната магния (сырого магнезита), 0,7-2,0 нефелинового концентрата, железный порошок - остальное. Порошковая проволока с данной шихтой обеспечивает высокую твердость и износостойкость наплавленного металла, обладает хорошим сварочно-технологическими характеристиками. 2 табл.

Шихта порошковой проволоки, включающая рутиловый концентрат, мрамор компонент, содержащий фторид кальция, марганец, ферротитан, феррованадий, молибденосодержащий компонент, железо, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит хром, ферросилиций, сырой магнезит, нефелиновый концентрат, в качества молибденосодержащего компонента использован ферромолибден, а фторид кальция введен в составе флюоритового концентрата при следующем содержании компонентов мас.

Флюоритовый концентрат 3,5 16,0
Рутиловый концентрат 1,5 4,0
Мрамор 1,2 3,0
Марганец 2,5 5,5
Ферротитан 0,8 2,4
Феррованадий 0,1 0,4
Ферромолибден 1,6 3,8
Хром 1,8 3,0
Ферросилиций 1,6 2,8
Сырой магнезит 1,5 15,0
Нефелиновый концентрат 0,7 2,0
Железный порошок Остальноел