СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2009 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к материалам для дуговой сварки, а именно к составам покрытия электродов, преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Известен состав электродного покрытия преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий, мас.%: мрамор - 49,5-51,0; рутил 5,0-6,0; ферромарганец 4,5-5,5; ферросилиций 8,0-9,0; плавиковый шпат 23,0-25,0; кварцевый песок 1,5-2,5; талькомагнезит 3,5-4,5; сода 1,0-1,5 (Патент RU №2274534, В23К 35/365, опубл. 20.04.2006).

Недостатком указанного состава покрытия является недостаточно высокие реологические свойства обмазочной массы, вследствие чего затруднена опрессовка электродов, недостаточное количество раскислителей, поэтому проблематично получение высокого качества металла шва.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является известный состав электродного покрытия для дуговой сварки, содержащий, мас.%: мрамор - 50-54; плавиковый шпат - 10-13; ферросилиций - 4-6; ферротитан - 3-5; кварцевый песок - 3-6; натриево-калиевое жидкое высокомодульное стекло 28-30; марганец из железомарганцевых конкреций - 4-6; пластификаторы - до 3; минеральный сплав - 6-9 (Заявка RU №2005114239, В23К 35/365, опубл. 2006.11.20).

Недостатком известного состава электродного покрытия так же, как и предыдущего, является низкая эластичность дуги, затруднение при опрессовке электродов и проблематичность получения высокого качества металла шва.

Технической задачей создания изобретения является повышение пластичности обмазочной массы, повышение сварочно-технологических свойств электродов, получение металла шва более высокого качества.

Поставленная задача решается тем, что состав покрытия электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и кварцевый песок, согласно изобретению дополнительно содержит слюду, тальк и целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 49,0-51,0 Плавиковый шпат 14,0-16,0 Ферромарганец 5,0-7,0 Ферросилиций 5,5-7,5 Ферротитан 8,0-10,0 Кварцевый песок 8,5-9,5 Слюда 1,5-2,5 Тальк 1,0-2,0 Целлюлоза 1,0-1,5.

Новый технический результат, достигаемый от реализации предлагаемого состава покрытия электродов, заключается в том, что заявляемая совокупность компонентов покрытия обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, повышение сварочно-технологических свойств электродов и получение металла шва более высокого качества с гарантированно высокими значениями механических свойств: временное сопротивление разрыву - σ_в,>530 Н/мм²; относительное удлинение - δ₅>25%; ударная вязкость - KCU>200 Дж/см². Изменение пределов содержания любого из основных компонентов заявляемого состава покрытия приводит к потере свойств электродов, определяемых задачей изобретения.

Достижение вышеуказанного нового технического результата обеспечивается тем, что наличие в составе покрытия электродов в указанных количествах: слюды - 1,5-2,5%, талька - 1,0-2,0% и целлюлозы - 1,0-1,5% позволяет получить обмазочную массу с высокими реологическими свойствами, позволяющую стабилизировать опрессовку электродов. Кроме того, слюда и тальк, выступающие в роли шлакообразующих, позволяют улучшить защиту капель электродного металла и сварочной ванны от контакта с окружающей атмосферой и повысить качество металла шва. Слюда также повышает стабильность горения дуги, улучшает раскисление наплавленного металла и механические свойства металла шва. При количественных значениях слюды, талька и целлюлозы ниже заявляемых ухудшаются реологические свойства обмазочной массы, а выше заявляемых значений - увеличивается пористость металла шва.

Содержание в покрытии мрамора (49-51%), плавикового шпата (14-16%) и кварцевого песка (8,5-9,5%) обеспечивает оптимальную газошлаковую защиту плавящегося металла. Изменение содержания мрамора в сторону увеличения (>51,0%) ухудшает реологические свойства обмазочной массы, а его уменьшение (<49,0%) приводит к снижению пластических свойств наплавленного металла и увеличению пористости при сварке. Повышение содержания плавикового шпата (>16,0%) приводит к ухудшению устойчивости горения дуги, а уменьшение (<14,0%) снижает механические характеристики металла шва. Снижение содержания кварцевого песка (<8,5%) приводит к увеличению жидкотекучести шлака, а повышение (>9,5%) ухудшает устойчивость горения дуги и увеличивает разбрызгивание электродного металла.

Содержащиеся в составе электродного покрытия такие компоненты, как ферромарганец в количестве 5,0-7,0%, ферросилиций в количестве 5,5-7,5% и ферротитан в количестве 8,0-10,0%, и являющиеся раскислителями позволяют получить высокое качество металла шва и гарантировать высокие значения механических свойств - σ_в, δ₅, KCU. Повышение содержания этих компонентов в покрытии снижает пластические свойства металла шва, а уменьшение - снижает качество металла шва и значения временного сопротивления разрыву.

Реализация заявляемого изобретения осуществлялась следующим образом.

Подготовленные компоненты в виде порошков с размером частиц не более 630 микрон в соответствии с рецептурой дозировали на установке автоматического дозирования электродной шихты. Перемешанную и дозированную в специальные емкости шихту передавали на участок изготовления электродов. Сухую шихту засыпали в смеситель обмазки, где в определенной пропорции смешивали с калиево-натриевым жидким стеклом. Полученную обмазочную массу брикетировали на брикетировочном прессе. На электродообмазочном прессе обмазочную массу наносили на металлические стержни диаметром 4,0 мм из стали марки Св-08А. Спрессованные электроды передавали на зачистную машину для удаления покрытия с одного конца под электрододержатель и зачистки торца другого. На зачищенный торец электрода наносили ионизирующее вещество для облегчения зажигания дуги. Кроме того, на поверхность электрода наносили специальную маркировку. Готовые электроды сушили при температуре 15-25°С в течение 24 часов и прокаливали в камерных печах при температуре 350°С в течение часа.

Затем проводилась проверка сварочно-технологических свойств во всех пространственных положениях сварки (стабильность горения дуги, качество формирования шва, эластичность дуги, отделимость шлаковой корки) и изготавливались образцы для проведения механических испытаний металла шва.

Предлагаемый состав электродного покрытия при различных параметрах количественных значений компонентов вещества и результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов приведены в таблице. Как видно из таблицы, лучшие результаты при изготовлении электродов и сварного шва были достигнуты для электродов с покрытием 3.

Таблица Результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов № п/п Компоненты состава электродного покрытия Содержание, мас.% Пример 1 2 3 4 5 1 Мрамор 42 45 50,0 54 58 2 Плавиковый шпат 18 19 15,0 16 14 3 Ферромарганец 7,0 7,5 6,0 5,5 4,0 4 Ферросилиций 8,5 7,5 6,0 5,0 5,5 5 Ферротитан 7,5 5,0 9,0 8,0 6,5 6 Кварцевый песок 10 11 9,0 5,0 6,0 7 Слюда 3,0 1,5 2,0 3,0 2,5 8 Гальк 2,0 1,0 1,5 2,0 2,3 9 Целлюлоза 2,0 2,5 1,0 1,5 1,2 Результаты испытаний Сварочно-технологические свойства электродов Низкие Снижение уровня Высокие Снижение уровня Низкие Качество металла шва Низкое Снижение качества Высокое Снижение качества Низкое Реологические свойства обмазочной массы Низкие Снижение уровня Высокие Снижение уровня Низкие

Испытания показали следующее:

- возбуждение дуги - легкое. Зажигание сразу после прикосновения к изделию;

- стабильность горения дуги - высокая. Спокойно, равномерно горящая дуга без вибрации (мягкое шипение);

- качество формирования шва - очень хорошее. Валик равномерный, мелкочешуйчатый с плавным переходом к основному металлу;

- эластичность дуги - высокая. Дуга удлиняется до тройного диаметра электрода, пространственное положение отличается высокой стабильностью;

- отделимость шлаковой корки - хорошая. Отделяется при незначительном механическом воздействии.

Предлагаемая рецептура электродного покрытия позволила получить комплекс высоких сварочно-технологических свойств, особенно в вертикальном положении сварки. Кроме того, при испытании на ударный изгиб образцов Шарпи ударная вязкость, KCV, составляла при температуре -30°С более 80 Дж/см², а при -60°С - более 60 Дж/см².

Механические свойства металла шва, выполненного электродами с предлагаемым составом покрытия, имели гарантированно высокие свойства: временное сопротивление разрыву σ_в>530 Н/мм²; относительное удлинение δ₅>25%; ударную вязкость KCU>200 Дж/см² при требованиях σ_в не менее 490 Н/мм², δ₅ не менее 20%, KCU не менее 127 Дж/см².

Испытания подтвердили соответствие электродов типу Э50 по ГОСТ 9467-75, причем значения временного сопротивления разрыву металла шва получены в интервале σ_в=550-560 Н/мм² с хорошей равномерностью и отсутствием выпадов.

Предлагаемый состав электродного покрытия промышленно применим и может быть использован при производстве сварочных электродов с основным покрытием.

Изобретение может быть использовано для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 49,5-51,0, плавиковый шпат 14,0-16,0, ферромарганец 5,0-7,0, ферросилиций 5,5-7,5, ферротитан 8,0-10,0, кварцевый песок 8,5-9,5, слюда 1,5-2,5, тальк 1,0-2,0, целлюлоза 1,0-1,5. Состав обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, улучшение сварочно-технологических свойств электродов и получение наплавленного металла сварного шва высокого качества. 1 табл.

Состав покрытия электродов для сварки углеродистых или низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и кварцевый песок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слюду, тальк и целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор 49,0-51,0 Плавиковый шпат 14,0-16,0 Ферромарганец 5,0-7,0 Ферросилиций 5,5-7,5 Ферротитан 8,0-10,0 Кварцевый песок 8,5-9,5 Слюда 1,5-2,5 Тальк 1,0-2,0 Целлюлоза 1,0-1,5