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

Изобретение относится к сварке, а именно к электродным покрытиям для изготовления покрытых электродов, и может быть использовано для сварки ответственных конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву до 50 кгс/мм² (490 МПа).

Для сварки вышеуказанных сталей наибольшее распространение получили электроды с покрытием на основе рутилового концентрата, однако его высокая стоимость требует поиска новых композиций покрытия электродов.

Наиболее близким к заявляемому составу является электродное покрытие (а.с. №841873 от 30.01.81 г.), которое содержит следующие компоненты (мас.%):

Мрамор 5-15 Полевой шпат 10-18 Каолин 5-12 Ферромарганец 12-18 Целлюлоза 1-2 Оксиды РЗМ 1-10 Ферросилиций 0,5-6 Ильменитовый концентрат остальное

Такой состав обеспечивает широкий диапазон рабочих токов, однако металл шва сильно загрязнен неметаллическими включениями.

Цель изобретения - снизить содержание неметаллических включений в металле шва.

Для достижения поставленной цели в состав электродного покрытия для сварки углеродистых сталей, содержащий карбонат, органический газообразователь, минерал из группы силикатов, титансодержащий минерал, марганецсодержащий компонент, дополнительно введен гематит при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Гематит 8-20 Карбонат 10-15 Минерал из группы   силикатов 12-22 Марганецсодержащий   компонент 10-20 Титансодержащий   компонент 20-55 Органический   газообразователь 2-5

Для проведения испытаний в качестве конкретных компонентов покрытия взяты: карбонат-мрамор или магнезит; марганецсодержащий компонент-силикомарганец марки СМн17, или СМн22, или СМн26.

В качестве минерала из группы силикатов взяты слюда, или тальк, или нефелин, или полевой шпат.

В качестве органического газообразователя взяты крахмал, или целлюлоза, или лигнин.

Введение в покрытие электрода в определенном массовом соотношении гематита снизило содержание неметаллических включений в металле шва и повысило его ударную вязкость.

Достижение поставленной цели объясняется тем, что неметаллические включения в шве, главным образом это комплексные оксиды продуктов раскисления кремния, марганца, алюминия и титана, разрушаются кислородом гематита. Например, включения кварца (SiO₂) и корунда (Аl₂О₃), попадая в сварной шов из покрытия электрода, не успевают всплыть на поверхность сварочной ванны в процессе сварки из-за малого времени существования ванны в жидком состоянии.

Поступая в металл шва, эти включения взаимодействуют с FeO (продукт диссоциации гематита), образуя более сложные и обычно более легкоплавкие оксидные включения, переходящие в шлаковую фазу. Это способствует значительному снижению количества неметаллических включений в шве.

Заявляемый состав электродного покрытия по своим свойствам отличается от прототипа и обеспечивает достижение высокого положительного эффекта - снижение количества неметаллических включений в металле шва и повышение его ударной вязкости.

При разработке покрытия были подготовлены и испытаны 6 вариантов покрытия, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1 Наименование Содержание, % мас. 1 2 3 4 5 6 Карбонат             MgCO₃ 10 13 16 ----- ------ ------ СаСО₃ ----- ----- ----- 10 13 16 Гематит 8 14 20 8 14 20 Минерал из группы силикатов             кварцевый песок 12 17 22 ------ ----- ------ полевой шпат ---- ---- ----- 12 17 22 Марганецсодержащий компонент             силикомарганец 10 15 20 ---- ----- ------ ферромарганец ----- ----- ----- 10 15 20 Титаносодержащий минерал             ильменит 55 46,5 20 ----- ----- ----- титаносиликат ---- ----- ----- 55 46,5 20 Органический газообразователь             целлюлоза 5 4,5 2 ---- ----- ------ лигнин ---- ---- ----- 5 4,5 2

При изготовлении электродов в качестве связующего использовали жидкое калиево-натриевое стекло. Покрытие наносилось на стержни проволок Св08А диметром 4 мм методом опрессовки.

При сварке в качестве источника питания дуги использован трансформатор ТД-500. Сила сварочного тока составляла 180-200 А. Перед сваркой электроды прокаливали при температуре 180°С в течение 90 мин. Количество неметаллических включений определяли путем электролитического растворения металла шва.

Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2
Количество неметаллических включений в металле шва электродов. Варианты Количество неметаллических включений к весу металла шва, % Механические свойства σ_в, МПа δ, % О_н, Дж/см² Прототип (а.с. 841873) 0,048 450-480 18-20 70-140 1 0,020 460-480 24-28 140-160 2 0,014 480-500 26-28 145-150 3 0,015 465-475 22-24 148-156 4 0,022 470-490 24-28 142-154 5 0,021 460-500 26-27 141-152 6 0,023 480-510 25-28 148-155

Испытания показали, что снижения содержания карбонатов менее 10 мас.% снижает защитные свойства шлаковой фазы, а увеличение свыше 15 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение содержания гематита более 20 мас.% затрудняет формирование шва в вертикальном и потолочном положениях пространства, а снижение менее 8 мас.% снижает механические свойства металла шва.

Увеличение количества минерала из группы силикатов более 22 мас.% резко увеличивает вязкость шлака и нарушает формирование, а менее 12 мас.% не оказывает необходимого влияния на свойства шлака.

Увеличение титаносодержащего минерала свыше 55 мас.% нарушает стабильность горения дуги, а снижение менее 20 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение органического газообразователя свыше 5 мас.% приводит к сильному разбрызгиванию, а снижение менее 2 мас.% нарушает защиту расплавленного металла.

В сравнении с прототипом предлагаемый состав покрытия обеспечивает низкое содержание неметаллических включений в металле шва и высокую ударную вязкость.

Состав покрытия содержит низкотоксичные, сравнительно недорогие и недефицитные компоненты и весьма технологичны в изготовлении.

Изобретение может быть использовано для изготовления электродов типа Э-46 для сварки конструкций из углеродистых сталей. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: карбонат 10-15, органический газообразователь 2-5, минерал из группы силикатов 12-22, титансодержащий минерал 20-55, марганецсодержащий компонент 10-20, гематит 8-20. В качестве минерала группы силикатов покрытие содержит слюду, или полевой шпат, или кварцевый песок. В качестве титансодержащего минерала содержит ильменит или титансиликат. В качестве марганецсодержащего компонента содержит силикомарганец или порошок легированной стали. Электрод с приведенным покрытием обеспечивает низкое содержание неметаллических включений в металле шва и высокую ударную вязкость, покрытие изготовлено из нетоксичных, сравнительно недорогих и недефицитных компонентов. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Состав электродного покрытия для изготовления электродов типа Э-46 для сварки конструкций из углеродистых сталей, содержащий карбонат, органический газообразователь, минерал из группы силикатов, титансодержащий минерал, марганецсодержащий компонент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гематит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Гематит 8-20 Карбонат 10-15 Минерал из группы   силикатов 12-22 Марганецсодержащий компонент 10-20 Титансодержащий минерал 20-55 Органический газообразователь 2-5

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерала группы силикатов он содержит слюду, или полевой шпат, или кварцевый песок.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего минерала содержит ильменит или титансиликат.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего компонента содержит силикомарганец или порошок легированной стали.