СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2003 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке плавлением, в частности к составам электродных покрытий, и может быть использовано для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в различных областях промышленности и строительства, где применяется ручная дуговая сварка.

Известен состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, фторопроизводные этилена, кварц (А. с. 625880, МПК⁷ В 23 К 35/365, 1977 г.) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Плавиковый шпат - 1 - 10
Кварцевый песок - 5 - 10
Феррросилиций - 5 - 15
Ферромарганец - 5 - 10
Ферротитан - 10 - 15
Фторопроизводные этилена - 4 - 15
Мрамор - Остальное
Недостатком этого покрытия является слабое проплавляющее действие, повышенное разбрызгивание электродного металла, а также высокая "вязкость" шлака, что ведет к образованию пор и затрудняет сварку в вертикальном и потолочном положениях.

Наиболее близким к предлагаемому составу покрытия является состав, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, оксалат кальция, кварц (А. с. 1090519, МПК⁷ В 23 К 35/365, 1983 г.) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор - 50 - 54
Плавиковый шпат - 12 - 18
Кварцевый песок - 7 - 9,75
Ферросилиций - 3 - 8
Ферромарганец - 4 - 6
Ферротитан - 10 - 12
Оксалат кальция - 0,25 - 5
Электроды с покрытием этого состава не технологичны в изготовлении. Покрытие быстро затвердевает и имеет малую пластичность, что приводит при изготовлении к эксцентричности. Поэтому при сварке часто возникают поры при изменении длины сварочной дуги.

Задачей данного технического решения является создание электродного покрытия с высокими сварочно-технологическими свойствами за счет улучшения проплавляющего действия электродов, облегчения отделимости шлака.

Технический результат заключается в улучшении пластических свойств обмазочной массы и повышении стабилизирующих свойств электродного покрытия.

Этот технический результат достигается тем, что в известный состав электродного покрытия, содержащий плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, дополнительно введены доломит, туфогенный песок, кальцинированная сода и целлюлоза при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Доломит - 50 - 55
Плавиковый шпат - 12 - 18
Туфогенный песок - 8 - 10
Ферросилиций - 3 - 8
Ферромарганец - 4 - 6
Ферротитан - 8 - 12
Кальцинированная сода - 0,5 - 1
Целлюлоза - 0,5 - 1
Введение в состав электродного покрытия кальцинированной соды позволяет снизить склонность покрытия к образованию трещин в процессе опрессовки и прокалки электродов.

Плавиковый шпат вводится в состав электродного покрытия в количестве 12-18% с целью более полного удаления водорода из зоны сварки путем связывания его в стойкое соединение HF, которое переходит в шлак. Плавиковый шпат увеличивает жидкотекучесть шлака, что способствует более полному выделению газов из сварочной ванны.

Снижение содержания плавикового шпата ниже 12% не обеспечивает удаление водорода в необходимом количестве, а при содержании более 18% ухудшается стабильность горения дуги из-за влияния ионов фтора.

Ферромарганец, ферросилиций, ферротитан вводятся в покрытие в качестве раскислителей. Содержание ферромарганца, ферросилиция, ферротитана ниже 4%, 2%, 5% соответственно не обеспечивает достаточного раскисления металла шва, снижает пластические показатели наплавленного металла. Повышение содержания ферросплавов свыше 3% ферросилиция, 7% ферротитана, 5% ферромарганца способствует образованию шлака более "вязкого", густого, тягучего, плохо обтекающего валик.

Введение доломита в состав электродного покрытия снижает чувствительность электродов к образованию "козырька", что связано с изменением физико-химических свойств покрытия и улучшением опрессовываемости электродов. Обеспечивается концентричное покрытие, позволяющее получить качественный наплавленный металл без газовых пор и зашлаковок, глубокое проплаление свариваемого металла за счет увеличения газодинамического потока плазмы сварочной дуги с формированием обратного валика правильной формы. При сварке электродами с доломитом вместо мрамора в покрытии улучшается перенос электродного металла во всех пространственных положениях, повышается стабильность горения дуги, уменьшается разбрызгивание металла.

Применение в электродном покрытии тонкоизмельченного туфогенного песка вместо кварцевого песка обеспечивает равномерное распределение компонентов при изготовлении шихты покрытия, что исключает образование дефектов в наплавленном металле, позволяет получить легкоэкструдируемые массы с достаточно высокой пластической прочностью. Изготовление электродов с предлагаемым покрытием возможно на электродных прессах низкого и среднего давления с использованием меньшего количества жидкого стекла по сравнению с существующими марками электродов аналогичного назначения. Остаточная влажность предлагаемого покрытия ниже, чем аналогичных, за счет снижения содержания жидкого стекла. Это в свою очередь снижает насыщение наплавленного металла кислородом и водородом.

Введение туфогенного песка в состав покрытия электродов за счет повышенного содержания в нем Na₂O и К₂О повышает стабильность горения дуги на постоянном и особенно переменном токах.

Использование в качестве шлакообразующего элемента туфогенного песка, в котором SiO₂ находится в химическом соединении с другими оксидами, т.е. связан в комплексы, позволяет уменьшить окислительный потенциал покрытия. Это способствует улучшению отделимости шлаковой корки, возникновению в шлаке упругих напряжений, вызывающих его саморастрескивание и саморассыпание.

Результаты испытаний электродов при сварке в различных пространственных положениях показали, что хорошая отделимость шлаковой корки с поверхности шва, а также высокие сварочно-технологические свойства электродов обеспечиваются при содержании в покрытии 8-10% туфогенного песка. При этом образующиеся шлаки обладают хорошей кроющей способностью и обеспечивают получение мелкочешуйчатых швов с плавным переходом усиления к основному металлу.

Предлагаемое покрытие позволяет производить сварку в различных пространственных положениях, чем значительно облегчается проведение сварочных операций в монтажных условиях.

Изготовление электродов с указанным покрытием не требует изменения известной технологии.

Для оценки свойств электродов с указанным покрытием были изготовлены опытные партии по 5 кг каждая.

Составы покрытий приведены в табл.1.

Стержни электродов изготавливались из сварочной проволоки Св-08А по ГОСТ 2246-70. После естественной сушки в течение 24 ч электроды прокаливали при 350^oС в течение 1,5 ч. Испытания электродов проводились в соответствии с ГОСТ 9466-75. При этом исследовались сварочно-технологические свойства электродов; химический состав металла шва (табл.2); механические свойства металла шва (табл.3). Наилучшие результаты наблюдались при сварке электродами 2. Наплавленный металл с предложенным составом покрытия электродов относится к типу Э 50 А по ГОСТ 9467-75 и обеспечивает требуемые значения по механическим свойствам. Содержание вредных примесей в наплавленном металле соответствовало нормам технической документации на этот тип электродов.

Использование предлагаемого состава электродного покрытия по сравнению с прототипом обеспечивает хорошее формирование шва, значительно снижает разбрызгивание металла, обеспечивает высокую стабильность горения дуги и хорошую отделяемость шлаковой корки от наплавленного металла.

Изобретение может быть использовано для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит, мас.%: доломит 50-55, плавиковый шпат 12-18, туфогенный песок 8-10, ферросилиций 3-8, ферромарганец 4-6, ферротитан 8-12, кальцинированная сода 0,5-1, целлюлоза 0,5-1. Состав обеспечивает улучшение пластических свойств обмазочной массы, а также сварочно-технологических свойств электродов за счет повышения стабилизирующих свойств покрытия и облегчения отделимости шлака. 3 табл.

Состав электродного покрытия, содержащий плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит доломит, туфогенный песок, целлюлозу и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Доломит - 50-55
Плавиковый шпат - 12-18
Туфогенный песок - 8-10
Ферросилиций - 3-8
Ферромарганец - 4-6
Ферротитан - 8-12
Кальцинированная сода - 0,5-1
Целлюлоза - 0,5-1