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

Изобретение относится к сварке, в частности к составу электродного покрытия, и может быть использовано в электродах для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Известен состав электродного покрытия, состоящий из ингредиентов, содержащихся в нем в следующем соотношении, мас.%:
Ставролитовый концентрат - 0,5-15
Мрамор - 4-30
Ферромарганец - 4-25
Целлюлоза - 1-5
Рутиловый концентрат - 10-50
Тальк - 2-20
Каолин - 1-15
Это покрытие облегчает процесс опрессовки электродов за счет увеличения пластичности массы ставролитовым концентратом и позволяет изготавливать рутиловые электроды с меньшим содержанием в обмазке самого рутилового концентрата (Авторское свидетельство СССР 450676, кл. В 23 К 35/36, 1974 г.).

Недостатком его является высокая себестоимость покрытия из-за большого объема в нем дорогостоящих рутилового концентрата и ферромарганца.

Известен также состав электродного покрытия, состоящий из ингредиентов, содержащихся в нем в следующем соотношении, мас.%:
Рутиловый концентрат - 50,0
Тальк - 10,0
Мрамор - 18,5
Ферромарганец - 15,0
Каолин - 4-5
Целлюлоза - 1,5
Электроды с покрытием данного состава обладают следующими сварочно-технологическими свойствами:
Временное сопротивление разрыву, МПа - 470-529
Ударная вязкость, Дж/см² - 98-147
Содержание в наплавленном металле, %:
Сера - ≤0,040
Фосфор - ≤0,045
(Паспорт электродов марки МР-3 тип Э46 по ГОСТ 9467-65).

Недостатком этого электродного покрытия является высокая себестоимость за счет содержания остродефицитных и дорогостоящих рутилового концентрата и ферромарганца.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение себестоимости электродного покрытия за счет уменьшения содержания дефицитных и дорогостоящих компонентов с сохранением высоких сварочно-технологических свойств электродного покрытия.

Поставленная задача решается тем, что известный состав электродного покрытия, содержащий компонент, включающий окись титана, тальк, мрамор, ферромарганец, каолин, целлюлозу, согласно изобретению, дополнительно содержит поташ, а в качестве компонента, включающего окись титана, используют титановый шлак и ильменитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Титановый шлак - 30-40
Ильменитовый концентрат - 10-20
Тальк - 7-11
Мрамор - 16-21
Ферромарганец - 11-13
Каолин - 4-5
Целлюлоза - 1,3-1,6
Поташ - 0,7-1,2
Добавка в состав известного покрытия в указанных соотношениях титанового шлака, ильменитового концентрата и поташа обеспечивает возможность повышения коэффициента массы электродного покрытия, что приводит к значительному увеличению количества шлаковой фазы на поверхности сварного шва, улучшает защиту сварного шва соединения от ускоренного охлаждения, облегчает дегазацию шва и зоны термического влияния от диффузионного водорода и улучшает свойства сварного соединения.

Состав титанового шлака, %: ТiO₂ 81,0-89,5; FeO 4,4-8,6; SiO₂ 1,8-3,2; Al₂O₃ 2,6-5,0; CaO 0,20-0,42; Cr₂О₃ 0,74-1,5; MnO 0,78-1,5; MgO 0,58-2,5; V₂О₅ 0,27-0,40; прочее - остальное.

Состав ильменитового концентрата, %: TiO₂ не менее 62-63,2; Al₂O₃ не более 2,9-3,0; SiO₂ не более 1,9-2,0; влага не более 0,8-2,0; остальное не регламентируется.

Содержащаяся в составе титанового шлака и ильменитового концентрата окись титана в указанных пределах способствует хорошему раскислению металла шва, что приводит к меньшему содержанию неметаллических соединений и кислорода, подавляет кремневосстановительный процесс. Кроме того, титан, содержащийся в шлаке и ильменитовом концентрате, обладая большим сродством к углероду и азоту, образует мелкодисперсные тугоплавкие карбиды и нитриды титана, способствующие образованию мелкозернистой структуры.

Содержание в покрытии электрода титанового шлака 30-40% и ильменитового концентрата в количестве 10-20% улучшает технологичность покрытия при изготовлении электродов и их сварочно-технологические свойства. При превышении суммарного содержания титанового шлака и ильменитового концентрата более 50% за счет нежелательного легирования титаном металла шва ухудшается его ударная вязкость. При содержании этих компонентов менее 50% ухудшаются сварочно-технологические и технологичность покрытия при изготовлении электродов.

Это связано с необходимостью поддержания в составе покрытия компонентов, включающих окись титана, 75-94%.

Введение в состав покрытия поташа повышает устойчивость горения дуги и пластичность обмазочной массы.

В составе покрытия значительно уменьшено содержание ферромарганца, так как марганец способствует развитию отпускной хрупкости 11 рода, а функцию раскисляющего элемента берут на себя титансодержащие компоненты.

Содержание мрамора в покрытии в приведенных пределах позволяет поддерживать необходимое количество шлаковой фазы.

Использование в составе покрытия каолина позволяет снизить жидкотекучесть шлака, увеличить давление дуги и проплавляющую способность электродов.

Предложенный состав электродного покрытия обеспечивает таким образом хорошее формирование сварного шва и плотной шлаковой корки на его поверхности.

Замена рутилового концентрата стоимостью 650-750 долл. США за 1 т на более дешевые титановый шлак - 400-450 долл. США за 1 т и ильменитовый концентрат - 150-200 долл. США за 1 т, позволяет снизить стоимость электродного покрытия с сохранением высоких сварочно-технологических свойств. Кроме того, снижение себестоимости достигается уменьшением расхода дорогостоящего ферромарганца (800-850 долл. США за 1 т), которое стало возможным благодаря наличию марганца (1%) в титановом шлаке и ильменитовом концентрате.

Пример
Изготовлены электроды с различным составами электродного покрытия марки МР-3 по ГОСТ 9466-75 на проволоке СВ-08 по ГОСТ 2246-70 диаметром 3-4 мм методом опрессовки на прессе АОЭ-3. При опрессовке электродов применяли калиево-натриевое жидкое стекло в количестве 22-28% от массы сухой шихты с модулем 2,85-3,0 и плотностью 1,45-1,48. Коэффициент веса покрытия К_в.п=0,25.

Конкретные составы электродного покрытия приведены в таблице 1.

Изготовленными электродами выполняли сварку пластин б=15 мм размером 100 х 55 х 200 мм на переменном и постоянном токе обратной полярности (I_св=160 A; U_д=28 В; d_э=4 мм).

Из сварного соединения механическим способом вырезали образцы для испытаний. Сварочно-технологические испытания проводили в соответствии с ГОСТ 9466-75.

Результаты сварочно-технологических испытаний представлены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что сварочно-технологические свойства металла с предлагаемым покрытием находятся на одном уровне с покрытием по прототипу.

Наплавленный металл имел следующий химический состав, мас.%: С 0,08-0,09; Мn 0,63-0,68; Si 0,08-0,12; Р 0,03-0,038, S 0,025-0,031, который соответствует требованиям ГОСТ 9467-75 на сварочные электроды и обеспечивает высокие сварочно-технологические свойства, стабильное горение дуги, минимальное разбрызгивание, хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлака, отсутствие пор, трещин, высокую ударную вязкость (до 130,5 Дж/см²), увеличение временного сопротивления разрыву (до 534 МПа).

Состав электродного покрытия позволяет снизить его себестоимость за счет исключения рутилового концентрата и уменьшения содержания ферромарганца, являющихся дефицитными и дорогостоящими материалами. При этом сохранены сварочно-технологические свойства покрытия.

Изобретение может быть использовано в электродах для ручной электродуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Состав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: титановый шлак 30-40; ильменитовый концентрат 10-20; тальк 7-11; мрамор 16-21; ферромарганец 11-13; каолин 4-5; целлюлоза 1,3-1,6; поташ 0,7-1,2. Изобретение обеспечивает снижение себестоимости электродного покрытия с сохранением высоких сварочно-технологических свойств. 2 табл.

Состав электродного покрытия, содержащий компонент, включающий окись титана, тальк, мрамор, ферромарганец, каолин, целлюлозу, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поташ, а в качестве компонента, включающего окись титана, использован титановый шлак и ильменитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Титановый шлак 30-40

Ильменитовый концентрат 10-20

Тальк 7-11

Мрамор 16-21

Ферромарганец 11-13

Каолин 4-5

Целлюлоза 1,3-1,6

Поташ 0,7-1,2