ЭЛЕКТРОД Российский патент 1998 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области ручной электродуговой сварки и наплавки и может быть применено в машиностроении для сварки изделий, например рабочих колес гидротурбин, насосов, гребных винтов, изготавливаемых из 13%-ных хромистых сталей, и для наплавки деталей, работающих в условиях повышенного износа и коррозионного воздействия.

Известен состав сплава электродов для сварки и наплавки коррозионно-стойких сталей, содержащий углерод, марганец, кремний, хром, никель, железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %:
Углерод - 0,002 - 0,2
Марганец - 0,3 - 0,7
Кремний - 0,2 - 0,5
Хром - 11 - 14
Никель - 1,0 - 4,0
Железо - Остальное
(Патент РФ N 2000184, опубл. 07.09.93, БИ N 33-36, кл. B 23 K 35/30, C 22 C 38/40)
Недостатком указанного состава сплава электродов является то, что при относительно низком содержании марганца не удается обеспечить сохранение содержания хрома (более 13%), необходимого для обеспечения коррозионной стойкости наплавленного металла.

Наиболее близким, принятым за прототип, является электрод преимущественно для сварки хромистых нержавеющих сталей, состоящий из легированного стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, двуокись титана, хром, окись алюминия, отличающийся тем, что в состав покрытия введен кремнефтористый натрий, и компоненты покрытия взяты в следующем соотношении, мас.%:
Кремнефтористый натрий - 5 - 15
Плавиковый шпат - 35 - 50
Двуокись титана - 20 - 30
Хром - 3 - 5
Мрамор - Остальное,
и тем, что в покрытие введена окись алюминия до 5 мас.%.

(А. С. N 456699, СССР, опубл. 15.01.75 БИ N 2, кл.B 23 K 35/36, B 23 K 35/04)
Недостатком известного электрода является то, что при высоком содержании в покрытии (в пределах заданного состава) мрамора и двуокиси титана из-за повышенного окисления хрома в процессе сварки не удается обеспечить его необходимое содержание в направленном металле для обеспечения требуемой коррозионной стойкости, а при снижении содержания мрамора и двуокиси титана до нижних пределов заданного состава из-за повышенного содержания хрома и появления в структуре металла δ-феррита не удается обеспечить получение высокой твердости металла и стабильных свойств.

Предложен электрод для сварки и наплавки, состоящий из легированного стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат и двуокись титана, отличающийся тем, что в качестве стержней для электрода взята сварочная проволока, содержащая углерод 0,03 - 0,2%, марганец 3,0 - 6,3%, кремний 0,3 - 0,6%, хром 13,5 - 15,5%, железо - остальное, а компоненты покрытия взяты в следующем соотношении, мас.%:
Плавиковый шпат - 20 - 40
Двуокись титана - 10 - 30
Мрамор - Остальное,
при этом содержание двуокиси титана и плавикового шпата в покрытии выбирается из следующих соотношений, мас.%:
TiO₂ = 3Mn + 4Cr - (50±3);
CaF₂ = (50±3) - TiO₂,
где
TiO₂ - содержание двуокиси титана в покрытии;
CaF₂ - содержание плавикового шпата в покрытии:
Mn - содержание марганца в стержне;
Cr - содержание хрома в стержне.

Предложенный электрод позволяет повысить стабильность структуры, механические и коррозионные свойства наплавленного металла благодаря введению марганца, содержащегося в стержне, который обеспечивает раскисление металла при сварке и одновременно способствует уменьшению содержания в направленном металле δ- -феррита. При этом содержание двуокиси титана и плавикового шпата в покрытии устанавливается в зависимости от фактического содержания в стержне из сварочной проволоки марки Св 10Х14Г4 марганца и хрома. Это вызвано тем, что нестабильность структуры, механических и коррозионных свойств наплавленного металла может быть обусловлена изменением фактического содержания в нем марганца и хрома в пределах марочного состава сварочной проволоки.

Стабилизация структуры и свойств наплавленного металла при использовании предложенного электрода достигается тем, что при ограничении пределов колебания в составе покрытия двуокиси титана и плавикового шпата осуществляется корректировка их фактического содержания в покрытии электрода в соответствии с приведенным выше соотношением, полученным в результате многочисленных опытов.

Составные части первого соотношения определяют содержание в покрытии двуокиси титана, которое должно быть максимальным (до 30%) при высоком содержании марганца и хрома в стержнях и обеспечивать тем самым возможность окисления этих элементов в процессе сварки. При уменьшении фактического содержания марганца и хрома в стержнях уменьшается содержание двуокиси титана в покрытии и соответственно увеличивается содержание в нем плавикового шпата, что уменьшает возможность окисления этих элементов в процессе сварки.

Предложенные соотношения, с помощью которых определяется оптимальное содержание двуокиси титана и плавикового шпата, действительны для электродов, имеющих заданное соотношение компонентов, мас.%. При этом граничные условия содержания плавикового шпата определяются необходимостью защиты металла от растворения в нем водорода (нижний предел) и обеспечения необходимых технологических свойств электрода (верхний предел). Пределы содержания двуокиси титана обусловлены необходимостью защиты металла от растворения в нем водорода (нижний предел) и ограничения окислительной способности сварочной ванны (верхний предел).

Электроды изготавливают на электродообмазочном прессе. В подготовленных для получения электродов стержнях из проволоки Св10Х14Г4 определяют фактический химический состав. В соответствии с предложенным соотношением уточняют содержание компонентов в покрытии и изготавливают электроды с использованием полученной электродной массы по обычно применяемой технологии.

Ниже рассмотрим конкретные примеры реализации изобретения.

Были изготовлены опытные электроды с использованием двух опытных партий сварочной проволоки следующих составов (табл. 1).

Из этих стержней были изготовлены шесть опытных партий электродов с покрытием трех составов (табл. 2).

С использованием опытных электродов была выполнена наплавка валиков. Далее анализировали структуру наплавленного металла с определением содержания в нем δ-феррита, твердости наплавленного слоя, а также механических и коррозионных свойств наплавленного металла (после отпуска 640^oC, 5 часов). Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Наплавленный металл, полученный при наплавке электродами со стержнями состава А (с пониженным содержанием хрома и никеля) при использовании покрытий составом 2 и 3 не обеспечивает необходимых коррозионных свойств. Наплавленный металл, полученный при наплавке электродами со стержнями состава Б, при использовании покрытий составов 1 и 2 имеет пониженные твердость и предел текучести.

Лучшее сочетание свойств (А3 м Б1) достигается при использовании электродов, состав которых соответствует предложенным соотношениям.

Электрод может быть использован для сварки деталей из хромистых коррозионно-стойких сталей, а также для выполнения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия путем наплавки. Электрод состоит из легированного стержня и покрытия. В качестве стержня используется сварочная проволока, содержащая углерод 0,03 - 0,12%, марганец 3,0 - 6,3%, кремний 0,3 - 0,6%, хром 13,5 - 15,5%, железо - остальное. Покрытие содержит, мас.%: плавиковый шпат 20-40, двуокись титана 10-30, мрамор - остальное. Содержание двуокиси титана и плавикового шпата в покрытии устанавливается, исходя из соотношений, мас. %: TiO₂ = 3Mn + 4Cr - (50±3) и CaF₂ = (50±3) -TiO₂, где TiO₂ - содержание двуокиси титана в покрытии; CaF₂ - содержание плавикового шпата в покрытии; Mn - содержание марганца в стержне; Cr - содержание хрома в стержне. Достигается повышение свойств наплавленного металла без введения в состав электродов электрода ферросплавов и дорогостоящих легирующих элементов, что позволяет повысить работоспособность изделий. 3 табл.

\ \\1 Электрод для сварки и наплавки, состоящий из легированного стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат и двуокись титана, отличающийся тем, что в качестве стержня для электрода взята электродная проволока, содержащая углерод 0,03 - 0,12%, марганец 3,0 - 6,3%, кремний 0,3 - 0,6%, хром 13,5 - 15,5%, железо - остальное, а компоненты покрытия взяты в следующем соотношении, мас.%: \\\3 Плавиковый шпат \\\7 20 - 40 \\\3 Двуокись титана \ \ \ 7 10 - 30 \\\3 Мрамор \\\7 Остальное, \\\1 при этом содержание двуокиси титана и плавикового шпата в покрытии выбирается из следующих соотношений, мас. %: \ \ \ 6 TiO<Mv>2<D> = 3 Mn + 4 Cr - (50<$E+->3), \\\6 CaF<Mv>2<D> = (50<$E+->3) - TiO<Mv>2<D>, \\\1 где TiO<Mv>2<D> - содержание двуокиси титана в покрытии; \\\4 CaF<Mv>2<D> - содержание плавикового шпата в покрытии; \ \\4 Mn - содержание марганца в стержне; \\\4 Cr - содержание хрома в стержне.