СОСТАВ СВАРОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 2007 года по МПК B23K35/30 C22C9/06 C22C9/10 

Изобретение относится к сплавам для сварочных проволок и может быть использовано при изготовлении и ремонте изделий из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18%, в том числе эксплуатирующихся в морской воде (рыбозащитные устройства, насосы и др.).

Известен состав сварочной проволоки марки МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 (ГОСТ 492-73), применяемой для аргонодуговой сварки изделий из медно-никелевого сплава марки МНЖ 5-1, мас.%:

никель5,0-6,5железо1,0-1,4марганец0,3-0,8титан0,1-0,3кремний0,15-0,30медьостальное

Однако применение этой проволоки для сварки медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18% не обеспечивает коррозионной стойкости металла шва на уровне коррозионной стойкости основного металла из-за низкого содержания в ней никеля (5,0-6,5%).

За рубежом при аргонодуговой сварке медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 9-12% (типа «Купроникель 90/10», «Кунифер 90/10») используют сварочную проволоку марки SG-CuNi30F, ESAB OK из сплава следующего состава (Кари Лахти, Юкка Луккари, ЭСАБ, Финляндия, Сварка медно-никелевых сплавов на судоверфи Kvaerner Masa-Yards. Svetsaren. Сборник статей по сварке концерна ЭСАБ. 2002 г., том 57, №2, с.9-11), мас.%:

никель29,0-32,0железо0,4-0,75марганец1,0титан0,2-0,3медьостальное

Однако содержание никеля (29,0-32,0) в этой проволоке значительно превышает содержание его в основном металле (9,0-12,0%), что приводит к усилению коррозии основного металла вблизи границы сплавления со швом. Кроме того, стоимость проволоки с повышением содержания в ней никеля значительно увеличивается.

Наиболее близким по составу к предлагаемому сплаву для сварочной проволоки, принятым нами за прототип, является присадочный материал для сварки медно-никелевого сплава (патент №2240866, ФРГ, опубл. 21.02.74) следующего состава, мас.%:

никель8,0-24,0железо0,1-2,0марганец0,1-2,0ниобий0,05-1,5медьостальное

Однако при сварке изделий из медно-никелевого сплава с содержанием никеля 8,0-18,0% этим присадочным материалом в металле шва сварного соединения образуются отдельные поры и скопления пор, что говорит о недостаточном количестве раскислителя в составе данного присадочного материала. Кроме того, при сварке многослойных швов проволокой с содержанием железа на уровне 1,6-2,0% в металле шва возможно образование обогащенной железом χ-фазы, что приводит к снижению коррозионной стойкости металла шва из-за протекания язвенной коррозии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка состава сварочной проволоки с высокими сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающего получение коррозионно-стойких сварных соединений с плотным металлом шва, без трещин, пор и других дефектов.

Технический результат достигается тем, что в сварочную проволоку, содержащую никель, железо, марганец и медь, дополнительно введены титан и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель9,0-20,0железо0,6-1,5марганец0,8-1,5титан0,2-0,4кремний0,08-0,15медьостальное

при этом суммарное количество раскислителей (Mn +Ti +Si) должно быть не менее 1,15 мас.%, а содержание никеля в сварочной проволоке должно превышать содержание его в свариваемом сплаве не менее чем на 1% (для сварки изделий, эксплуатирующихся в морской воде).

Для того, чтобы получить высокую коррозионную стойкость сварного соединения в морской воде, необходимо обеспечить близость химического состава свариваемого сплава и металла шва. При этом стационарный потенциал металла шва в морской воде должен иметь более положительное значение, чем стационарный потенциал сплава, в противном случае металл шва будет протектором по отношению к металлу трубы и, следовательно, будет подвергаться интенсивной коррозии. Чтобы металл шва имел более положительный стационарный потенциал, чем основной металл, содержание никеля в металле шва должно быть выше, чем его содержание в сплаве (желательно не менее чем на 1%, и не более чем на 10%).

Поэтому для сварки медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8,0-18,0% содержание его в сварочной проволоке должно составлять 9,0-20,0%.

Для повышения стойкости металла шва против струевой коррозии вводим в сварочную проволоку железо в пределах от 0,6 до 1,5%. При таком содержании железа оно находится в металле шва в виде твердого раствора. При большем содержании железа в металле шва при многослойной сварке возможно выделение χ-фазы из твердого раствора железа в меди, что приводит к снижению коррозионной стойкости металла шва.

Марганец является хорошим раскислителем, кроме того, он парализует вредное влияние серы. Поэтому с целью повышения качества металла шва в состав сварочной проволоки вводится марганец в количестве 0,8-1,5%. Однако этого количества марганца не достаточно для полного раскисления металла сварочной ванны. В то же время при увеличении содержания марганца свыше 1,5% в металле шва обнаруживаются шлаковые включения, что снижает качество сварного соединения.

Для обеспечения полного раскисления металла сварочной ванны и стабилизации величины зерна металла шва в состав сплава для сварочной проволоки также введены титан в количестве 0,2-0,4% и кремний в количестве 0,08-0,15%. При более низком содержании титана и кремния не обеспечивается полное раскисление металла шва. Более высокое содержание титана и кремния в проволоке может привести к образованию в металле шва интерметаллидов (химических соединений титана с медью, титана с никелем и кремния с никелем). В случае образования интерметаллидов технологическая прочность при сварке снижается, что может привести к образованию трещин в металле шва.

Было также установлено, что для обеспечения отсутствия пор в металле шва суммарное количество раскислителей (марганец,титан, кремний) не должно быть менее 1,15 мас.%.

Опробование сварочной проволоки проводили при сварке труб с толщиной стенки 5 мм из медно-никелевого сплава, содержащего, мас.%: 10,22 Ni; 1,43 Fe; 0,66 Mn, Cu - остальное, ручным аргонодуговым способом неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности.

Было исследовано 4 состава сплавов для сварочной проволоки с различным содержанием компонентов. Оценивалось влияние состава сплава на наличие в металле шва пористости или других дефектов и включений χ-фазы, снижающей коррозионную стойкость металла шва.

Результаты опробования приведены в таблице.

Таблица
Составы сплавов для сварочной проволоки и результаты их опробования

ПроволокаМассовая доля элементов, %Наличие пористости
или других дефектовНаличие χ-фазы в
структуре металла шва NiFeMnTiSiNbCuЗаявляемый состав9,01,50,80,40,15-Остальное-- 15,20,961,10,280,1-35-- 20,00,61,50,20,08-"--Прототип18,21,90,65--0,33"Отдельные поры и скопления пор диаметром до 0,6 ммВключения χ-фазы

Экономический эффект от предложенного изобретения в сравнении с прототипом обеспечивается за счет улучшения качества изделий из медно-никелевых сплавов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении и ремонте изделий из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18%, в том числе эксплуатирующихся в морской воде (рыбозащитные устройства, насосы и др.). Сварочная проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: никель 9,0-20,0, железо 0,6-1,5, марганец 0,8-1,5, титан 0,2-0,4, кремний 0,08-0,15, медь - остальное. Суммарное количество раскислителей (Mn+Ti+Si) должно быть не менее 1,15 мас.%. Содержание никеля в сварочной проволоке должно превышать содержание его в свариваемом сплаве не менее чем на 1%. Проволока обладает высокими сварочно-технологическими свойствами и обеспечивает получение коррозионно-стойких сварных соединений с плотным металлом шва, без трещин, пор и других дефектов. 1 табл.

Состав проволоки для сварки медноникелевых сплавов, включающий никель, железо, марганец и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель9,0-20,0железо0,6-1,5марганец0,8-1,5титан0,2-0,4кремний0,08-0,15медьостальное,

при этом суммарное количество раскислителей (Mn+Ti+Si) составляет не менее 1,15 мас.%.