ПОКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ СВАРКИ Российский патент 2005 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области сварки углеродистых сталей, в частности к покрытиям электродов, применяемых для сварки.

Известно покрытие электрода для сварки углеродистых сталей, содержащее ильменит, мрамор, каолин, полевой шпат, ферромарганец, ферросилиций, целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%: ильменит 35-36; мрамор 8-12; каолин 9-10; полевой шпат 21-24; ферромарганец 14-15; ферросилиций 1-2; целлюлоза 1,5-2,0 (см. патент РФ №2124426, МПК⁶ В 23 К 35/365).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является покрытие электрода для сварки углеродистых сталей, содержащее ильменитовый концентрат, целлюлозу, тальк, ферромарганец и мрамор при следующем соотношении компонентов, мас.%: ильменитовый концентрат 38,6-41,2; целлюлоза 1,3-1,5; тальк 36,5-37,7; ферромарганец 16,2-17,0; мрамор 5,2-6,2 (см. авторское свидетельство СССР №2138379, МПК⁶ В 23 К 35/365).

Общим недостатком описанных покрытий электродов для сварки являются низкие сварочно-технологические свойства, а также относительно высокое содержание вредных примесей в наплавленном металле, таких как сера и фосфор, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва.

Предлагаемым изобретением решается задача улучшения сварочно-технологических свойств электродов для сварки и снижения содержания вредных примесей в наплавленном металле.

Для достижения указанного технического результата покрытие электрода для сварки, содержащее ильменитовый концентрат и целлюлозу, дополнительно содержит волластонит, ферросиликомарганец и магнезит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ильменитовый концентрат - 37-39

целлюлоза - 1,5-2,0

волластонит - 37-39

ферросиликомарганец - 15,0-16,5

магнезит - 5-9.

Улучшение сварочно-технологических свойств и снижение содержания вредных примесей в наплавленном металле обеспечиваются за счет введения в покрытие волластонита, содержащего в своем составе основной оксид СаО. При этом одновременно сохраняются показатели механических свойств наплавленного металла (таблицы 2, 3).

Изменение состава предложенного покрытия в сторону уменьшения менее минимального и в сторону увеличения более максимального содержания любого из входящих в него компонентов приводит к ухудшению свойств электродов.

Содержание в покрытии электрода ильменитового концентрата, составляющего 37-39 мас.%, является оптимальным, так как обеспечивает хорошую кроющую способность шлака и хорошее формирование сварного шва. Уменьшение содержания ильменитового концентрата ниже 37 мас.% приводит к ухудшению кроющей способности шлака и формирования сварного шва, а увеличение содержания ильменитового концентрата свыше 39 мас.% приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла.

Содержание в покрытии целлюлозы в количестве 1,5-2,0 мас.% является оптимальным потому, что она поддерживает на должном уровне надежную газовую защиту сварочной ванны, необходимую для предотвращения пористости наплавленного металла. Введение целлюлозы в количестве менее 1,5 мас.% приводит к ухудшению газовой зашиты сварочной ванны и, следовательно, к образованию пор в наплавленном металле. Введение целлюлозы в количестве более 2,0 мас.% приводит к повышению содержания водорода в газовой атмосфере дуги и к дополнительной загазованности окружающей среды, в частности рабочего места сварщика.

Содержание в покрытии электрода волластонита в количестве 37-39 мас.% является оптимальным, так как обеспечивает уровень сварочно-технологических свойств и приводит к снижению в наплавленном металле вредных примесей - серы и фосфора. Волластонит - недорогой, недефицитный компонент покрытия, являющийся местным сырьем. Уменьшение содержания волластонита ниже 37 мас.% не обеспечивает образования шлаковой корки, равномерно покрывающей металл сварного шва, а увеличение содержания волластонита выше 39 мас.% приводит к ухудшению формирования сварного шва.

Ферросиликомарганец в количестве 15,0-16,5 мас.% введен в состав покрытия в качестве раскислителя и легирующего компонента для обеспечения необходимых механических свойств наплавленного металла. Введение ферросиликомарганца в количестве, меньшем 15,0 мас.%, приводит к уменьшению прочности наплавленного металла, а введение этого компонента в количестве, большем 16,5 мас.%, приводит к неоправданному повышению прочности и снижению пластичности наплавленного металла.

Содержание в покрытии магнезита сырого в количестве 5-9 мас.% является оптимальным вследствие того, что оно определено из условия обеспечения надежной газовой защиты сварочной ванны. Уменьшение содержания магнезита ниже 5 мас.% приводит к ухудшению газовой защиты сварочной ванны и, следовательно, к повышению склонности к образованию пор в наплавленном металле, а увеличение содержания магнезита выше 9 мас.% приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами. Для изготовления покрытия электродов для сварки использовали 37-39 мас.% ильменитового концентрата, 1,5-2,0 мас.% целлюлозы, 37-39 мас.% волластонита, 15,0-16,5 мас.% ферросиликомарганца и 5-9 мас.% магнезита сырого (см. таблицу 1). Компоненты покрытия загружались в смеситель для смешивания с последующим добавлением жидкого стекла до 30% от массы шихты. Затем полученная обмазка наносилась на металлические стержни диаметром 4 мм из сварочной проволоки Св-08 способом опрессовки.

Таким образом были получены электроды с заявляемым покрытием. В процессе изготовления электродов установили, что покрытие легко поддается опрессовке, что объясняется наличием в нем большого количества волластонита.

Результаты испытаний покрытия электрода типа Э46 по ГОСТ 9467-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей”, покрытия электрода марки МР-3, выбранного в качестве прототипа, и заявляемого покрытия электрода приведены в таблице 2, отображающей механические свойства и содержание серы и фосфора в наплавленном металле, и в таблице 3 оценки сварочно-технологических свойств электродов.

Как следует из таблиц 2, 3, покрытие электрода для сварки заявляемого состава позволяет уменьшить содержание в наплавленном металле серы в 2,2-2,7 раза и фосфора в 1,7-1,8 раза по сравнению с содержанием серы и фосфора в наплавленном металле, полученном с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Прочность на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием предлагаемого покрытия электрода, на 6-12% выше прочности на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа; относительное удлинение и ударная вязкость – более чем на 15% выше относительного удлинения и ударной вязкости наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Высокие механические свойства и более низкое содержание серы и фосфора в наплавленном металле, полученные с использованием электрода для сварки с заявляемым покрытием, сочетаются с улучшенными сварочно-технологическими свойствами электрода с заявляемым покрытием - удовлетворительной устойчивостью сварочной дуги, мелкочешуйчатым формированием поверхности валика, малым разбрызгиванием расплавленного металла, малой склонностью наплавленного металла к образованию пор.

Результаты испытаний показывают, что по механическим свойствам наплавленного металла электроды с предлагаемым покрытием, обеспечивающие высокие значения относительного удлинения при большей прочности на разрыв, относятся к типу Э46 по ГОСТ 9467-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей”.

Использование предлагаемого покрытия электрода по сравнению с известным покрытием электрода марки МР-3 - прототипом - позволяет расширить сырьевую базу для изготовителей электродов и улучшить их сварочно-технологические свойства при сохранении высоких показателей механических свойств наплавленного металла.

Таблица 1
Заявляемые составы покрытия электрода для сварки№ составаСодержание компонентов, % масс. ИльменитВолластонитМагнезит сыройФерросиликомарганецЦеллюлоза138386,216,01,8237379,015,02,0339385,016,51,5437395,516,52,0Таблица 2
Механические свойства, содержание серы и фосфора в наплавленном металлеВид электродаМеханические свойстваСодержание, % Временное сопротивление разрыву σ_В, Н/мм²Относительное удлинение δ₅,%Ударная вязкость KCU, Дж/см²,SРТипа Э46 по ГОСТ 9466-75 (группа 2)4601878,5≤0,040≤0,045Марки МР-3 с покрытием-прототипом45724960,0380,042Состав 1С заявляемым покрытием496281120,0140,024Состав 2 485291020,0180,026Состав 3 51019990,0160,026Состав 4 5,821950,0170,028Таблица 3
Оценка сварочно-технологических свойств электродовВид электродаСварочно-технологические свойства Устойчивость дугиФормирование поверхности валикаРазбрызгиваниеСклонность наплавленного металла к порамТипа Э46 по ГОСТ 9466-75УдовлетворительнаяСреднечешуйчатоеСреднееСредняяМарки МР-3 с покрытием-прототипомУдовлетворительнаяСреднечешуйчатоеСреднееСредняяС заявляемым покрытиемУдовлетворительнаяМелкочешуйчатоеМалоеМалая

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для сварки углеродистых сталей. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: ильменитовый концентрат 37-39, целлюлоза 1,5-2,0, волластонит 37-39, ферросиликомарганец 15,0-16,5, магнезит 5-9. Покрытие обеспечивает повышение сварочно-технологических свойств и снижение содержания вредных примесей в наплавленном металле, в частности серы и фосфора, улучшить его механические свойства. 3 табл.

Покрытие электрода для сварки, содержащее ильменитовый концентрат и целлюлозу, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит волластонит, ферросиликомарганец и магнезит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ильменитовый концентрат 37-39

Целлюлоза 1,5-2,0

Волластонит 37–39

Ферросиликомарганец 15,0-16,5

Магнезит 5-9