СОСТАВ ШИХТЫ ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Российский патент 2010 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки, и может быть использовано для сварки низкоуглеродистых сталей.

Известен электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и электродного покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%: концентрат ильменитовый 44-53; мрамор 6-8; полевой шпат 10-12; силикомарганец 10-14; железный порошок 1-10; целлюлозу 1-2; и связующее - силикат калиево-натриевый - 22-28% к массе сухой шихты, при этом коэффициент покрытия составляет 35-40% (Патент РФ №2199424, В23К 35/365, опубл. 2003.02.27).

Недостатком известного состава является высокая себестоимость электродов для данного типа Э 46 и низкие сварочно-технологические свойства.

Известен электрод для ручной электродуговой резки металла, состоящий из стального стержня и покрытия, включающего отходы обмазочной массы сварочных электродов и оксид железа в виде железной окалины при следующем содержании компонентов, мас.%: отходы обмазочной массы сварочных электродов - 45-55 и железная окалина - остальное (Патент РФ №2209716, В23К 35/365, опубл. 2003.08.10).

Однако указанный состав покрытия электродов предназначен для резки металлов, прошивки отверстий и удаления дефектных участков и не может быть использован для ручной электродуговой сварки металлоконструкций.

Наиболее близким составом и принятым в качестве прототипа является состав электродного покрытия для сварки углеродистых сталей, содержащий компоненты при их следующем соотношении, мас.%: ильменит 35-36, мрамор 8-12; слюда 0-8; каолин 9-10; полевой шпат 21-24; ферромарганец 14-15; ферросилиций 1-2; целлюлоза 1,5-2,0 (Патент РФ №2124426, В23К 35/365, опубл. 1999.01.10).

Недостатком известного состава покрытия является высокий предел прочности металла шва из-за большого содержания в нем дорогостоящих легирующих компонентов, таких как ферросилиций и ферромарганец, следствием чего является неоправданно высокая себестоимость сварочных электродов данного типа.

Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление сварочных электродов, улучшение сварочно-технологических свойств электродов и повышение механических характеристик металла шва.

Поставленная задача решается тем, что состав шихты покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей, содержащий мрамор, ильменит, ферромарганец, слюду и целлюлозу, согласно изобретению дополнительно содержит талькомагнезит, марганцевую руду и отходы электродной обмазочной массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 7,0- 10,0 Ильменит 39,0-41 Ферромарганец 13,0-14,0 Слюда 9,0-12,0 Целлюлоза 1,5-2,0 Талькомагнезит 9,0-12,0 Марганцевая руда 6,5-8,0 Отходы электродной обмазочной массы 7,5-8,5,

при этом отходы электродной обмазочной массы содержат мрамор, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, слюду, плавиковый шпат, кварцевый песок, тальк и порошок калиево-натриевого стекла.

Новый технический результат, достигаемый от реализации предлагаемого состава покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей, 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, >470 Н/мм²; относительное удлинение - δ₅>28%; ударная вязкость - KCU>230 Дж/см² и приводит к снижению себестоимости сварочных электродов. Изменение пределов содержания любого из основных компонентов заявляемого состава покрытия приводит к потере свойств электродов и их удорожанию.

Достижение вышеуказанного нового технического результата обеспечивается тем, что в состав шихты покрытия электродов дополнительно вводятся марганцевая руда, талькомагнезит и отходы электродной обмазочной массы, содержащие мрамор, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, слюду, плавиковый шпат, кварцевый песок, тальк и порошок калиево-натриевого стекла. Такие компоненты, как ферротитан, ферромарганец и ферросилиций являются легирующими элементами, они восстанавливают входящие в расплав оксиды, придают электродному покрытию оптимальное сочетание прочностных и пластических характеристик и способствуют получению высокого качества металла шва. Кварцевый песок, тальк и слюда имеют способность к шлакообразованию, а мрамор и плавиковый шпат являются как шлакообразующими, так и газообразующими элементами, и улучшают защиту капель электродного металла и сварочной ванны от контакта с окружающей атмосферой и также повышают качество металла шва. Целлюлоза, тальк, слюда и порошок калиево-натриевого стекла являются пластификаторами, которые повышают пластичность обмазочной массы и улучшают опрессовку электродов, придавая обмазочной массе высокие реологические свойства. Кроме того, целлюлоза и слюда, имея способность к газообразованию, обеспечивают защиту расплавленного металла от окружающей атмосферы и улучшают качество наплавленного металла. Мрамор и слюда являются еще и стабилизаторами процесса горения дуги, снижающими потери электродного металла и предотвращающими его разбрызгивание. Содержание отходов электродной обмазочной массы в составе покрытия электродов в количестве 7,5-8,5 мас.% обеспечивает вышеуказанный технический результат, а уменьшение их содержания менее 7,5 мас.% или увеличение более 8,5 мас.% снижает уровень механических свойств металла шва и ухудшает сварочно-технологические свойства электродов. Марганцевая руда является легирующим компонентом, содержит до 20% марганца и повышает уровень механических свойств металла шва. Введение в состав шихты покрытия марганцевой руды в количестве 7,0-8,0 мас.% обеспечивает требуемые прочностные характеристики электродного покрытия. Введение талькомагнезита в количестве 9,5-11,0 мас.% позволяет повысить пластичность обмазочной массы, улучшить опрессовку и внешний вид электродов, а также снизить их себестоимость, поскольку талькомагнезит является дешевым компонентом.

Реализация заявляемого изобретения осуществлялась следующим образом.

Пример. На Западно-Сибирском металлургическом комбинате, в цехе производства труб и электродов компоненты предлагаемого состава шихты покрытия электродов были подготовлены в виде порошков с размером частиц не более 630 мкм. На установке автоматического дозирования электродной шихты осуществляли дозировку подготовленного состава. Шихта имела следующий состав (таблица, пример 3), мас.%: мрамор 8,5; ильменит 40,0; ферромарганец 13,5; слюда 11,0; целлюлоза 1,5; талькомагнезит 10,0; марганцевая руда 7,5; отходы электродной обмазочной массы 8,0, в т.ч. отходы электродной обмазочной массы содержали, мас.%: мрамор 3,14; ферротитан 0,56; ферромарганец 0,36; ферросилиций 0,36; слюду 0,12; плавиковый шпат 0,95; кварцевый песок 0,56; тальк 0,1 и порошок калиево-натриевого стекла 1,85. Затем шихта перемешивалась, загружалась в специальные емкости и поступала на участок изготовления электродов. Сухую шихту засыпали в смеситель обмазки, где в определенной пропорции смешивали со связующим - калиево-натриевым жидким стеклом. Количество калиево-натриевого жидкого стекла составляло 23% к весу сухой шихты. Модуль стекла 3,0, плотность 1,43 г/см³, вязкость 0,7 Па·с. Далее полученную обмазочную массу брикетировали в брикеты массой 7 кг на брикетировочном прессе. На электродообмазочном прессе наносили обмазочную массу на металлические стержни диаметром 5,0 мм из стали марки Св-08А. Опрессованные электроды передавали на зачистную машину для удаления покрытия с одного конца под электрододержатель и зачистки торца другого. Готовые электроды сушили при температуре 20°С в течение 24 ч и прокаливали в электропечах при температуре 180°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.

Механические свойства металла шва, выполненного электродами с заявляемой рецептурой состава, имели следующие высокие механические свойства: временное сопротивление разрыву σ_в=482 Н/мм²; относительное удлинение δ₅=30%; ударную вязкость KCU=247 Дж/см² при требованиях σ_в не менее 450 Н/мм², δ₅ не менее 18%, KCU не менее 80 Дж/см² соответственно.

Предлагаемый состав шихты 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 по примерам 2, 3 и 4.

Испытания показали, что возбуждение дуги - легкое, зажигание осуществлялось сразу после прикосновения к изделию. Наблюдалась спокойно, равномерно горящая дуга без вибрации (мягкое шипение), т.е стабильность горения и эластичность дуги - высокие, дуга удлинялась до тройного диаметра электрода. Качество формирования шва - валик равномерный, мелкочешуйчатый с плавным переходом к основному металлу. Шлак отделялся при незначительном механическом воздействии.

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 11,0 10,0 8,5 7.0 6,5 2 Ильменит 38,0 40,5 40,0 39,0 38,5 3 Ферромарганец 12,0 13,0 13,5 14,0 12,0 4 Слюда 9,5 9,0 11,0 12,0 12,5 5 Целлюлоза 1,5 2,0 1,5 1,5 1,5 6 Талькомагнезит 8,5 9,0 10,0 11,5 13,0 7 Марганцевая руда 10,0 8,0 7,5 7,5,0 5,5 8 Отходы 9,5 8,5 8,0 7,5 10,5 Результаты испытаний Сварочно-технологические свойства электродов Низкие Хорошие Очень хорошие Хорошие Низкие Качество металла шва Низкое Хорошее Высокое Хорошее Низкое Реологические свойства обмазочной массы Низкие Хорошие Высокие Хорошие Низкие

Испытания электродов с заявляемым составом шихты покрытия электродов подтвердили их соответствие типу Э 46 по ГОСТ 9467-75.

Предлагаемый состав шихты покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей промышленно применим, позволяет снизить затраты при производстве сварочных электродов, улучшить их сварочно-технологические свойства и повысить механические характеристики металла шва.

Изобретение может быть использовано для изготовления электродов, предназначенных для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых сталей. Состав шихты электродного покрытия содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 7,0-10,0; ильменит 39,0-41,0; ферромарганец 13,0-14,0; слюда 9,0-12,0; целлюлоза 1,5-2,0; талькомагнезит 9,0-12,0; марганцевая руда 6,5-8,0 и отходы электродной обмазочной массы 7,5-8,5. Отходы электродной обмазочной массы содержат мрамор, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, слюду, плавиковый шпат, кварцевый песок, тальк и порошок калиево-натриевого стекла. Технический результат заключается в снижении затрат на изготовление электродов, улучшении сварочно-технологических свойств электродов и повышении механических характеристик металла шва. 1 табл.

Состав шихты покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей, содержащий мрамор, ильменит, ферромарганец, слюду и целлюлозу, отличающийся тем, что он дополнительно содержит талькомагнезит, марганцевую руду и отходы электродной обмазочной массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор 7,0-10,0 Ильменит 39,0-41,0 Ферромарганец 13,0-14,0 Слюда 9,0-12,0 Целлюлоза 1,5-2,0 Талькомагнезит 9,0-12,0 Марганцевая руда 6,5-8,0 Отходы электродной обмазочной массы 7,5-8,5