ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварочным материалам, а более точно к порошковой проволоке для дуговой сварки.

Изобретение с наибольшим успехом может быть использовано для механизированной сварки в строительстве при сооружении резервуарных нефтехранилищ, морских платформ, сейсмостойких зданий, доменных комплексов, цементных заводов и газонефтепроводов. Кроме того, изобретение может найти применение при изготовлении технологического оборудования и различных металлоконструкций из углеродистой и низколегированной стали с пределом текучести до 490 МПа.

Известны высокопроизводительные порошковые проволоки (Походня И.К. и др. Перспективы применения в судостроении сварки самозащитной порошковой проволоки //Судостроение, 1987, N 5, с. 24-26), позволяющие получать качественный металл в широком диапазоне режимов сварки. Однако эти проволоки не обеспечивают сварку соединений во всех пространственных положениях способом "сверху-вниз".

Известен состав порошковой проволоки для дуговой сварки (патент США N 4571480, кл. B 23 K 35/36, 1986). Проволока такого состава обеспечивает сварку во всех пространственных положениях, но имеет низкие значения прочностных свойств, а именно величину предела текучести и предела прочности направленного металла.

Основные механические характеристики наплавленного металла известной порошковой проволоки находятся в следующих пределах: ударная вязкость при -30^oC 8-142 Дж; предел текучести -397-473 МПа; предел прочности - 504-586 МПа; относительное удлинение 17-35%
Недостатком известной самозащитной порошковой проволоки также является малый коэффициент заполнения (отношения массы шихты проволоки к массе ленты) и, как следствие, большой разброс значений механических свойств металла шва.

В основу настоящего изобретения положена задача создать самозащитную порошковую проволоку для сварки во всех пространственных положениях способом "сверху-вниз" с высокими прочностными свойствами наплавленного металла. При этом шихта проволоки должна иметь повышенный насыпной вес, обеспечивающий высокий и стабильный коэффициент заполнения.

Поставленная задача решается порошковой проволокой для дуговой сварки сталей, состоящей из низкоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей фторид бария, карбонаты кальция или магния, алюмомагниевую лигатуру, никель, марганец, алюминий, железный порошок, в которой шихта дополнительно содержит плавиковошпатовый концентрат, а фторид бария и железный порошок содержит в виде спеченной смеси со следующими соотношениями компонентов, мас.

Плавиковошпатовый концентрат 4,0-12,0
Карбонат 5,0-12,0
Алюминиевый порошок 5,0-10,0
Алюмомагниевый порошок 4,0-14,0
Марганец металлический 2,0-4,0
Спеченная смесь фторида бария с железным порошком остальное
Наличие в шихте предлагаемой самозащитной порошковой проволоки спеченной смеси фторида бария с железным порошком, изготовленной по специальной технологии, стабилизировало насыпной вес шихты, увеличило коэффициент заполнения проволоки и, как следствие, повысило и стабилизировало прочностные свойства наплавленного металла.

Введение в шихту проволоки плавиковошпатового концентрата оптимизировало физико-химическое свойства шлаковой фазы порошковой проволоки, что позволило выполнять качественную сварку способом "сверху-вниз". Применение фторида бария как основного компонента в составах шихты порошковых проволок широко распространено в развитых зарубежных странах США, Японии, Англии. Это связано с тем, что фторид бария придает особые положительные свойства шлаковой системе сварочных материалов и позволяет получить гладкие с металлическим блеском сварочные швы в различных пространственных положениях.

Промышленная технология получения чистого фторида бария по ГОСТ 7168-80 определяет получение его в мелкодисперстном виде. Применение такого фторида бария в шихте порошковой проволоки резко снижает сыпучесть и насыпной вес шихты, затрудняя получение высокого и стабильного значения коэффициента заполнения.

Спечение мелкодисперсного фторида бария с железным порошком в отношении 2:1 и применение смеси после дробления и просева позволяют на порядок повысить насыпной вес шихты. Применение спеченной смеси позволяет добиться высокого коэффициента заполнения порошковой проволоки, изготавливаемой из стальной ленты толщиной 0,4-0,5 мм и диаметром 1,6^oC2,0 мм, решается проблема повышения коэффициента заполнения и улучшения защитных свойств самозащитных порошковых проволок малого диаметра. В процессе экспериментов было установлено, что снижение содержания в шихте проволоки плавиковошпатового концентрата менее 4 мас. мало влияет на свойства шлаковой фазы и ухудшает формирование шва при сварке способом "сверху-вниз". Превышение 12 мас. снижает стабильность горения дуги. Оптимальное содержание карбонатов найдено в пределах 5,0-12,0 мас. Изменение этого содержания приводит к снижению защитных свойств шихты или к повышенному разбрызгиванию расплавленного металла в процессе сварки. Содержание никеля оптимально в пределах 2,0-5,0 мас. Изменение этих величин приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла при отрицательной температуре. Снижение содержания в шихте алюмомагниевого порошка менее 4,0 мас. нарушает защитные свойства шихты, а превышение более 14,0 мас. увеличивает разбрызгивание расплавленного металла. Алюминиевый порошок должен быть в пределах 5-10 мас. Изменение этих величин приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла. Снижение в шихте металлического марганца ниже 2,0 мас. снижает прочность, а превышение 4,0 мас. снижает предел текучести наплавленного металла. Оптимальное содержание спеченной смеси фторида бария с железным порошком найдено в пределах 43-70 мас.

Конкретные примеры составов порошковой проволоки для дуговой сварки сведены в табл. 1.

Для определения механических свойств наплавленного металла и коэффициента заполнения шихтой вариантов порошковой проволоки, указанных в табл. 1, компоненты в соответствии с рецептурой после помола и просева подвергали термической обработке с целью удаления влаги. Затем шихту экспериментальных образцов порошковой проволоки взвешивали на электронных весах с пределом взвешивания 500 г (с точностью 0,1 г). Смешивание осуществляли в кюбельном смесителе в течение 45 минут. Для изготовления проволок использовали стальную ленту марки Св.08сп размером 0,5 х 12 мм. Проволоку изготавливали диаметром 2,0 мм на шестибарабанном волочильном стане.

Для контроля коэффициента заполнения от каждого экспериментального образца проволоки отрезали по одному образцу длиной не менее 100 мм. Коэффициент заполнения проволоки определяли по методике, указанной в ГОСТ 2.62,7.1.-84. Для определения механических свойств экспериментальными образцами порошковых проволок сваривались стыковые соединения из пластин размером 210 х 320 мм в соответствии с ГОСТ 2.62.7.1.-84 сварочным полуавтоматом А-765. Скорость подачи проволоки 169 м/ч, вылет 15-20 мм, I_св 200-250 A, U_g 20-22 B. Для испытания на растяжение из стыковых сварных соединений изготовили образцы типа II, а для испытаний на ударную вязкость по шесть образцов типа "Шарпи". Образцы типа II испытывали на разрывной машине усилием 50 тн. Тип образца "Шарпи" испытали при +20^oC, остальные при температуре -30^oC. Результаты испытания представлены в таб. 2.

Сварочно-технологические свойства экспериментальных вариантов проволоки проверяли на трубах диаметром 600 мм и толщиной стенки 12 мм. Испытания показали, что наиболее оптимальными составами проволоки являются варианты 2 и 5. Таким образом, порошковая проволока с указанным составом шихты обеспечивает скоростную сварку способом "сверху-вниз" и повышенные прочность и стабильность значений наплавленного металла.

Использование: для сварки различных металлоконструкций из углеродистой и низколегированной стали с пределом текучести до 490 МПа, в строительстве для механизированной сварки при сооружении морских платформ, сейсмостойких зданий, цементных заводов и газонефтепроводов. Сущность изобретения: порошковая проволока позволяет выполнить качественную сварку во всех пространственных положениях, а также способом "сверху-вниз" с высокими прочностными свойствами. Шихта порошковой проволоки содержит, мас.%: плавиковошпатовый концентрат 4-12; карбонат кальция или магния 5-12; никелевый порошок 2-5; алюминиевый порошок 5-10; алюмомагниевый порошок 4-14; марганец металлический 2-4; спеченная смесь фторида бария с железным порошком 2-4, при их соотношении 2:1. Применение таких компонентов позволило стабилизировать прочностные свойства наплавленного металла, повысить качество и значительно снизить трудоемкость изготовления проволоки за счет повышения удельного веса и сыпучести шихты. 2 табл.

Порошковая проволока для дуговой сварки сталей, состоящая из низкоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей фторид бария, железный порошок, карбонат кальция или магния, алюмомагниевую лигатуру, алюминий, никель, марганец, отличающаяся тем, что шихта содержит дополнительно плавиковошпатовый концентрат, а фторид бария и железный порошок введены в виде спеченной смеси в соотношении 2 1 при следующем содержании компонентов, мас.

Плавиковошпатовый концентрат 4,0 12,0
Карбонат кальция или магния 5,0 12,0
Никель 2,0 5,0
Алюмомагниевая лигатура 4,0 14,0
Алюминий 5,0 10,0
Марганец 2,0 4,0
Спеченная смесь фторида бария с железным порошком Остальное
при этом коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 24 26%