ЭЛЕКТРОД МАРКИ ЭА-868/20 ДЛЯ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО И АУСТЕНИТНОГО КЛАССА Российский патент 2006 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к области производства сварочных материалов и может быть использовано в различных областях промышленности для сварки высокопрочных сталей различного класса.

Из известных электродов, используемых для указанной цели в соответствующих отраслях промышленности, наиболее близким к заявочному электроду по назначению и составу компонентов покрытия является электрод марки ЭА-981/15 ("Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов", И.А.Закс, изд. СПб: "WELCOME", 1996 г., стр. 342, 343), состоящий из стержня - проволоки марки ЭИ-981 (Св-09Х16Н25М6АФ) и электродного покрытия, содержащего в мас.%:

Мрамор49Плавиковый шпат26Марганец металлический6Ферротитан5Двуокись титана6Ферросилиций4Сурик железный2Феррованадий4Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)23-30

Основным недостатком этих электродов является недостаточно высокие прочностные характеристики получаемого металла шва, повышенная склонность его к порообразованию при сварке в потолочном положении, а также горячих трещин в корневых проходах, неудовлетворительная отделимость шлаковой корки при сварке аустенитных марганцовистых сталей.

Техническим результатом является создание электрода для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного класса, обеспечивающих более высокие прочностные свойства металла шва, низкую склонность к образованию горячих трещин, пор в корневых проходах и хорошую отделимость шлаковой корки при сварке всех типов высокопрочных сталей, в том числе аустенитных марганцовистых сталей.

Технический результат достигается тем, что электрод марки ЭА-868/20, состоит из металлического стержня - проволоки и электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферротитан, ферросилиций, марганец металлический, феррованадий. Согласно изобретению стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ, а покрытие дополнительно содержит кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор34,0-49,0Плавиковый шпат28,0-45,0Кварцевый песок3,0-5,0Ферротитан3,0-8,0Ферросилиций2,0-5,0Марганец металлический2,0-8,0Феррованадий2,0-6,0Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)23,0-28,0

причем в качестве стержня используется проволока марки ЭП-868 (Св-10Х19Н23Г2М5ФАТ).

Данное соотношение компонентов в электродном покрытии и легированном стержне из проволоки ЭП-868 позволяет получить электроды, обеспечивающие: высокую стабильность горения дуги, самопроизвольную отделимость шлаковой корки как при сварке перлитных, так и аустенитных марганцовистых сталей, низкую склонность к горячим трещинам, отсутствие пор и высокие прочностные свойства металла шва.

Повышение сварочно-технологических характеристик и снижение склонности металла шва к пористости объясняется заменой в покрытии двуокиси титана на кварцевый песок. Использование двуокиси титана в покрытии приводит при сварке марганцовистых аустенитных сталей к образованию шпинелей, препятствующих отделимости шлаковой корки.

Установленное легирование металла шва позволяет получить высокие прочностные характеристики металла шва - предел текучести не менее 560 МПа, предел прочности не менее 800 МПа и низкую магнитопроницаемость μ≤1,01 металла шва. Получаемые высокие прочностные характеристики металла шва позволяют снизить расход сварочных электродов, в сравнении с электродами марки ЭА-981/15, на 10-15%.

Был проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по изготовлению, испытанию и практическому опробованию электродов для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного классов, в том числе и высокопрочных чисто аустенитных азотистых марганцовистых сталей. Изготовление металлического сердечника включало выплавку слитков из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ, химический состав приведен в таблице 1, из которых путем ковки с последующей прокаткой и волочением получен металлический стержень ⊘ 4 мм.

Электроды были изготовлены в опытном производстве на установке для производства покрытых электродов швейцарской фирмы "Эрликон".

Опытные образцы электродов испытывались на высокопрочных низколегированных и аустенитных марганцовистых сталях. Сварку производили на постоянном токе обратной полярности без предварительного подогрева. Режимы сварки были следующими: Iсв.=140-160 А, Uд=22-26 B, положение шва нижнее. Межпроходная температура составляла не более 100°С.

Визуальный осмотр и радиографический контроль металла шва показал отсутствие недопустимых дефектов: трещин, непроваров, прожогов, крупных неметаллических включений.

Из металла сварных швов, полученного при использовании электродов предлагаемого и известного составов, изготовлены и испытаны образцы для определения химического состава и механических свойств.

Химический состав покрытий предлагаемого и известного сварочного электрода представлены в таблице 2. Данные сравнительных испытаний механических свойств представлены в таблице 3. Технико-экономическая эффективность от использования предлагаемого изобретения выразится в повышении надежности и долговечности изделий, сваренных данными электродами, за счет повышения прочности металла сварного шва и уменьшения склонности металла к образованию горячих трещин.

Таблица 1
Химический состав стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТСSiMnCrNiMoTiSPVN₂Fe0,08
0,12Н.б.
0,41,5
2,518,0
20,022,0
24,04,5
5,80,20
0,45Н.б.
0,015Н.б.
0,0201,0
1,30,20
0,35Ост.Таблица 2
Химический состав покрытий известного и заявленного электродовСостав№Состав покрытия, мас.%Плавиковый шпатКварцевый песокДвуокись титанаФерротитанФерросилицийМарганец мет.СурикФеррованадийМраморЖидкое стеклоЗаявляемый1455-352-634232374-535-442253283-828-24928Изв.426-6546244728-30Таблица 3
Результаты сравнительных испытаний электродовСостав№Характеристики металла шваКоличество пор на 100 мм св. шва. Потолочное полож. Свар.Отделимость шлаковой корки, % (марганц. аустенит. ст.)Предел текучести, МПаПредел прочности, МПаОтн. удлинение, %Работа удара KV, ДжТ=20°СТ=-40°СЗаявляемый1575798326865Отс.Хор.(100%)2587805327463Отс.Хор.(100%)3592807317266Отс.Хор.(100%)Изв.45307503274683Неуд. (15%)Примечание - Данные усреднены по результатам испытаний трех образцов на одну точку.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что заявленный состав по сравнению с известным обеспечивает сварному шву более высокие прочностные характеристики, низкую склонность к образованию пор и горячих трещин. Кроме того, заявленный электрод обеспечивает отсутствие пригаров на сварном шве при сварке аустенитных марганцовистых сталей.

Изобретение может быть использовано при производстве электродов для сварки высокопрочных сталей различного класса, в том числе аустенитных марганцовистых сталей. Металлический стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868). Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 34,0-49,0, плавиковый шпат 28,0-45,0, кварцевый песок 3,0-5,0, ферротитан 3,0-8,0, ферросилиций 2,0-5,0, марганец металлический 2,0-8,0, феррованадий 2,0-6,0, жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси) 23,0-28,0. Электрод обеспечивает высокие прочностные свойства металла шва, низкую склонность к образованию горячих трещин, пор в корневых проходах и хорошую отделимость шлаковой корки. 3 табл.

Электрод для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитного класса, состоящий из металлического стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферротитан, ферросилиций, марганец металлический, феррованадий и жидкое стекло, отличающийся тем, что металлический стержень выполнен из стали марки 10Х19Н23Г2М5ФАТ (ЭП-868), а покрытие электрода дополнительно содержит кварцевый песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор34,0-49,0Плавиковый шпат28,0-45,0Кварцевый песок3,0-5,0Ферротитан3,0-8,0Ферросилиций2,0-5,0Марганец металлический2,0-8,0Феррованадий2,0-6,0Жидкое стекло натриевое (к массе сухой смеси)23,0-28,0