ЭЛЕКТРОД ДЛЯ НАПЛАВКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке, в частности к покрытым электродам для электродуговой наплавки и заварки дефектов литья железнодорожных крестовин и других деталей из высокомарганцовистых сталей, например, Г13Л. Восстановление наплавкой является эффективным и рациональным методом, повышающим долговечность и надежность работы деталей.

Для дуговой наплавки изношенных поверхностей на железных дорогах предназначен, например, электрод [1] Известный электрод имеет стержень из низкоуглеродистой проволоки и покрытие, содержащее мрамор, рутил, каолин, целлюлозу и ферросплавы, в том числе ферромолибден. Этот электрод обеспечивает хорошие технологические свойства, высокий уровень износостойкости и сопротивления смятию под действием ударных нагрузок, однако высокое содержание дорогого и дефицитного ферромолибдена в покрытии приводит к росту себестоимости электрода и ухудшает отделимость шлака с наплавленного металла.

Известен электрод марки ЦНИИН-4, разработанный специально для наплавки и заварки дефектов литья железнодорожных крестовин и других деталей из высокомарганцовистых сталей. Стержень электрода выполнен из высоколегированной проволоки, содержащей кремний, хром, марганец, никель, титан (СВ-Х14Г14Н3Т по ТУ 14-1-986-74). Покрытие содержит мрамор, плавиковый шпат, марганец, хром, графит, карбоксилметилцеллюлозу. Электрод обеспечивает высокие значения твердости наплавленного металла, имеет хорошие сварочно-технологические свойства. Однако эти электроды не обеспечивают хорошую отделимость шлака. Кроме того, стоимость этих электродов довольно высока за счет применения дорогостоящего высоколегированного стержня.

Целью изобретения является снижение стоимости изготовления электродов при повышении их сварочно-технологических свойств, особенно в части улучшения отделимости шлака и обеспечения возможности сварки на переменном токе.

Поставленная задача достигается путем использования в качестве стержня низкоуглеродистой или низколегированной проволоки, при этом введение в покрытие хрома, никеля и марганца осуществляется в виде металлических порошков или ферросплавов. Количество вводимых через покрытие металлических компонентов корректируются в зависимости от их содержания в низколегированной проволоке стержня. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, рутиловый концентрат 5-20; карбонат щелочноземельного металла 4-10; силикатный минерал 2-5, легирующие металлы в количествах, обеспечивающих суммарное содержание этих элементов в электроде: хром 20,5-32% никель 1,6-5,0% марганец 11-18% флюоритовый концентрат остальное. Коэффициент массы покрытия составляет 120-160% Покрытие может содержать дополнительно графит в количестве 0,6-1,2% Марганец может быть введен в виде марганца металлического, ферромарганца или ферросиликомарганца. Хром может быть введен в покрытие в виде хрома металлического и/или феррохрома, и/или карбида хрома. Карбонат щелочноземельного металла вводится в виде мрамора или магнезита, силикат в виде мусковита, и/или талька, и/или флогопита, и/или каолина.

Хром, никель, марганец, графит, находящиеся в виде мелкодисперсных порошков, попадая в сварочную ванну через покрытие, успевают раствориться в жидкой ванне, благодаря высоким скоростям диффузии этих элементов в жидком железе. Этому также способствует высокая скорость конвективных потоков в жидком металле сварочной ванны.

Выбранная шлаковая система электрода обеспечивает мелкокапельный перенос металла стержня, что способствует росту площади удельной поверхности жидкого металла в каплях, то есть интенсивному протеканию процесса диффузии легирующих элементов уже на стадии капли. Усиление легирования металла капель элементами из покрытия является одним из необходимых факторов, обеспечивающих однородность сварного шва при легировании через покрытие. Применение в качестве легирующих металлических хрома и марганца ввиду низкого содержания в них углерода не обеспечивает его содержание в наплавленном металле на нужном уровне, и поэтому при этом необходимо введение в покрытие графита, что позволяет получить требуемое содержание углерода в наплавленном металле и одновременно повышает пластичность обмазочной массы при опрессовке.

Использование в покрытии ферромарганца и карбида хрома позволяет получить требуемый уровень легирования по хрому, марганцу и углероду без использования графита, а только за счет рациональной комбинации содержания в покрытии этих компонентов.

Было изготовлено несколько партий электродов на проволоках СВ-08, СВ-10ГА, СВ-10Г2. Покрытие опытных партий электродов содержало различные варианты подбора компонентов. При этом содержание марганца в покрытии подбиралось в соответствии с содержанием этого элемента в проволоке так, чтобы суммарное количество марганца (содержание в стержне и покрытии) составляло 11018% Конкретные составы и результаты испытаний электродов приведены в таблице.

Испытания сварочно-технологических свойств электродов показали, что при сварке как на постоянном токе обратной полярности, так и на переменном токе сварочно-технологические свойства электродов испытываемых партий (стабильность горения дуги, величина разбрызгивания, формирование швов, отделимость шлака) превосходили общеизвестные электроды ЦНИИН-4. При этом химический состав наплавленного металла и его твердость были полностью аналогичны требованиям, предъявляемым к электродам ЦНИИН-4.

Использование: наплавка и заварка дефектов литья железнодорожных крестовин и других деталей из высокомарганцовистых сталей. Сущность изобретения: электрод включает стержень из низкоуглеродистой или низколегированной марганецсодержащей стали и покрытие. Покрытие содержит, %: рутиловый концентрат 5-20; карбонат металла 4-10; силикатный минерал 2-5; хром 32,0-39,6; никель 2,5-8,0; флюоритовый концентрат 5-15, при этом суммарное содержание в электроде никеля 1,6-5,0; хрома 20,5-32,0. Покрытие включает также марганец в количестве, обеспечивающем суммарное содержание его в электроде 11-18%. Коэффициент массы покрытия составляет 120-160%. Электрод обеспечивает высокие сварочно-технологические свойства при высоких эксплуатационных характеристиках наплавляемых деталей при снижении их себестоимости. 5 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Электрод для наплавки и заварки дефектов литья железнодорожных крестовин и других деталей из высокомарганцовистой стали марки Г13Л и ей подобных, содержащий металлический стержень и покрытие, включающее карбонат металла, флюоритовый концентрат, марганец, хром, отличающийся тем, что стержень выполнен из низкоуглеродистой или низколегированной марганецсодержащей проволоки, а покрытие содержит дополнительно рутиловый концентрат, силикатный минерал и никель при следующем соотношении компонентов, мас.

Рутиловый концентрат 5 20
Карбонат металла 4 10
Силикатный минерал 2 5
Флюоритовый концентрат 5 15
при этом покрытие содержит хром, никель и марганец в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде хрома 20,5 32% никеля 1,6 - 5,0% марганца 11 18% а коэффициент массы покрытия составляет 120 160%
2. Электрод по п. 1, отличающийся тем, что марганец в покрытие введен в виде марганца металлического, и/или ферромарганца, и/или ферросиликомарганца.