ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ Российский патент 1998 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке, в частности к покрытым электродам для ручной электродуговой сварки высоколегированных сталей, и может быть использовано в различных отраслях экономики.

Для сварки высоколегированных сталей разработано множество электродов различных марок, покрытие которых относится к системам фтористо-кальциевого типа. Основными компонентами этих покрытий являются мрамор и плавиковый шпат (см. , например, а.с. СССР N 323235, кл. B 23 K 35/365, 1970). Однако такие электроды не обладают удовлетворительными сварочно-технологическими характеристиками и, кроме того, не пригодны для сварки от источников питания переменного тока, имеющих широкое распространение в организациях Российской Федерации.

При разработке электродов для сварки высоколегированных сталей легирование производят либо через стержень, используя в качестве такового высоколегированную проволоку (см., например, а.с. СССР N 930832, кл. B 23 K 35/365, 1990), либо через покрытие. Во втором случае стержень изготавливают из низкоуглеродистой или низколегированной проволоки, а легирующие элементы вводят в покрытие в виде металлических порошков и ферросплавов.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является патент РФ N 2058224, кл. B 23 K 35/365, 20.04.96). Известный электрод также предназначен для сварки высоколегированных сталей и включает низкоуглеродистый или низколегированный стержень, а легирующие элементы введены в покрытие. При этом в качестве шлакообразующих покрытие содержит компонент с двуокисью титана в виде рутила и карбонат металла в виде мрамора или магнезита. Легирующие добавки в покрытие вводятся в зависимости от требуемого состава наплавленного металла и состава используемой при этом проволоки.

Однако используемая в известных электродах шлаковая система рутило-карбонатного вида не всегда обеспечивает получение сварных соединений, служебные характеристики которых остаются высокими и стабильными при эксплуатации их при повышенных температурах.

Задачей настоящего изобретения является улучшение служебных характеристик свариваемых деталей, а именно их коррозионной стойкости при повышенных температурах, увеличение максимально допустимой температуры, при которой сохраняются эксплуатационные свойства изделий. При этом необходимо сохранить высокий уровень сварочно-технологических свойств электродов.

Для решения указанной задачи изменена шлаковая система покрытия, основу которой теперь составляет карбонат металла и плавиковый шпат с добавками титансодержащего компонента. Заявленный электрод для сварки высоколегированных сталей включает стержень из низкоуглеродистой или низколегированной стали и покрытие, содержащее компонент с двуокистью титана, карбонат металла, силикат, марганец, хром, ферротитан, ферросилиций, никель, легирующие компоненты, выбранные из группы молибден, ванадий, ниобий, вольфрам, дополнительно содержит плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, мас.%: компонент с двуокисью титана 5-20, карбонат металла 10-30, плавиковый шпат 5-20, силикат 3-10, ферротитан 3-10, легирующие компоненты из указанной группы - остальное, а также хром и никель в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде хрома 9,5-30 и никеля 0,6-19, а также марганец и ферросилиций в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде марганца 1,0-2,5 и кремния не более 2,5. Коэффициент массы покрытия не должен быть больше 150%. В качестве компонента с двуокисью титана может использоваться рутил и/или ильменит. В качестве карбоната металла покрытие может содержать мрамор и/или магнезит. Силикат в покрытие вводится в виде мусковита и/или флогопита, и/или талька, и/или полевого шпата. Легирующие элементы, выбранные из группы, могут быть введены как в виде металлических порошков, так и в виде ферросплавов.

Введение в покрытие 5-20% плавикового шпата в сочетании с 10-30% карбоната металла переводит шлаковую систему электрода в разряд систем основного вида, характеризующихся удовлетворительными сварочно-технологическими свойствами, умеренной стоимостью. Введение ферротитана уменьшает окислительный потенциал покрытия и способствует увеличению коррозионной стойкости наплавленного металла. Введение таких легирующих компонентов, как хром и никель, регулируется в зависимости от марки свариваемой стали, степени легирования проволоки стержня и требований к сварному соединению. Их количество рассчитывается, исходя из условия суммарного содержания в электроде. Содержание кремния и марганца также регламентируется в зависимости от марки проволоки, используемой при изготовлении электродов.

Предложенное сочетание в электроде шлакообразующих, раскислителей и легирующих компонентов позволяет получить сварное соединение, обладающее высокой стойкостью против межкристаллитной коррозии, обеспечивает значительное повышение рабочей температуры сварных соединений, при которой допускается применение электродов для сварки жаростойких сталей.

Была изготовлена партия электродов ⊘ 3 мм на втулке ⊘ 5,2 мм на проволоке Cв-08Г2С с содержанием марганца 1,7 и кремния 0,8%. Коэффициент массы покрытия электрода составил 80%. При этом компоненты в покрытие были введены в следующем количестве, мас.%: рутил 8, мрамор 20, плавиковый шпат 25, мусковит 5, ферротитан 3, хром 20, никель 10, молибден 1, ванадий 1, марганец 4, ферросилиций 3. Суммарное содержание в электроде никеля составило 8%, хрома 24%, марганца 1,2%, кремния 0,6%.

Испытания металла шва на стойкость против межкристаллитной коррозии проводили по методу АМ и АМУ (ГОСТ 6032-89) в условиях повышенных температур и различных агрессивных сред. Наплавленный заявленными электродами металл отличается высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах (пар, кислота и т. п.), при этом сварочно-технологические свойства электродов и механические характеристики металла шва полностью соответствуют требованиям ГОСТ 10052-89.

Использование при изготовлении электродов стержня из широко распространенной проволоки позволяет получить однородный по составу и механическим характеристикам наплавленный металл, стабильные по свойствам сварные соединения. За счет увеличения процента выхода годной продукции уменьшается себестоимость электродов при повышении эксплуатационных свойств свариваемых изделий.

Изобретение может быть использовано при ручной электродуговой сварке высоколегированных сталей. Электрод включает стержень из низкоуглеродистой или низколегированной стали и покрытие. Покрытие содержит компонент с двуокисью титана 5-20 %, карбонат металла 10-30 %, плавиковый шпат 5-20 %, силикат 3-10 %, ферротитан 3-10 %, легирующие компоненты, выбранные из группы молибден, ванадий, ниобий, вольфрам. Также покрытие содержит хром и никель в количестве, обеспечивающем содержание в электроде хрома 9,5-30 % и никеля 0,6-19 %. Марганец и ферросилиций вводятся в покрытие в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде марганца 1,0-2,5 % и кремния не более 2,5 %. Коэффициент массы покрытия составляет не более 150 %. Электрод позволяет получить сварные соединения с высокими служебными характеристиками при повышенных температурах. 4 з.п. ф-лы.

1. Электрод для сварки высоколегированных сталей, включающий стержень из низкоуглеродистой или низколегированной стали и покрытие, содержащее компонент с двуокисью титана, карбонат металла, силикат, марганец, хром, хром, никель и по меньшей мере один компонент, выбранный из группы молибден, ванадий, ниобий, вольфрам, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит плавиковый шпат при следующем содержании компонентов, мас.%:
Компонент с двуокисью титана - 5 - 20
Карбонат металла - 10 - 30
Плавиковый шпат - 5 - 20
Силикат - 3 - 10
Ферротитан - 3 - 10
хром и никель в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде хрома 9,5 - 30 и никеля 0,6 - 19,0, марганец и ферросилиций в количестве, обеспечивающем суммарное содержание в электроде марганца 1,0 - 2,5 и кремния не более 2,5, а также по крайней мере один компонент, выбранный из группы молибден, ванадий, ниобий, вольфрам - остальное при коэффициенте массы покрытия не более 150%. 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонента с двуокисью титана покрытие содержит рутил и/или ильменит. 3. Электрод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве карбоната металла покрытие содержит мрамор и/или магнезит. 4. Электрод по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве силиката покрытие содержит мусковит и/или флогопит, и/или тальк, и/или каолин, и/или волластонит. 5. Электрод по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что легирующие компоненты, выбранные из группы молибден, ванадий, ниобий, вольфрам, введены в покрытие в виде ферросплавов.