ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 2010 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано для ручной дуговой сварки высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием хрома более 25% и никеля от 15% и более, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основе.

Для сварки упомянутых сталей и сплавов преимущественно применяют электроды с покрытием основного вида, т.е. на основе мрамор-плавиковый шпат - см., например, SU 804308 А1, 15.02.1981 /1/. Такие электроды характеризуются низкой технологической маневренностью при выполнении сварки вследствие недостаточной устойчивости и эластичности дуги, обусловленных низкой эмиссионной способностью покрытия и шлака. Нестабильное плавление электрода, в свою очередь, обусловливает неудовлетворительное формирование сварного шва и его поверхности, а также ухудшение отделимости шлака, особенно из узких и глубоких разделок. Кроме того, упомянутые электроды допускают сварку только постоянным током.

В какой-то мере указанные недостатки могут быть устранены применением электродов с рутиловым, рутилосновным или рутиловокислым покрытием.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого электрода является покрытый электрод для ручной дуговой сварки по RU 2248869 С1, 27.03.2005 /2/. Электрод /2/ состоит из стержня из аустенитной стали и покрытия, содержащего, мас.%: мрамор 10-28, ферромарганец или марганец 6-15, ферросилиций 1-9, феррохром или хром 5-20, магнезит 3-12, железный порошок 2-10, диоксид титана - остальное. Электрод допускает сварку как постоянным, так и переменным током. Его недостатком можно признать некоторую склонность к образованию пор в наплавленном металле, обусловленную кристаллизационной влагой покрытия, трудно удаляемой путем прокалки таких электродов.

Задачей изобретения является улучшение сварочно-технологических свойств электрода и качества получаемого сварного шва.

Технический результат, обеспечиваемый решением указанной задачи, состоит в получении электрода, допускающего сварку, как переменным, так и постоянным током, обладающего высокой сопротивляемостью образованию пор в наплавленном металле, а также легким зажиганием дуги, в т.ч. повторным, и легкой отделимостью шлака вплоть до самопроизвольной.

Поставленная задача решается тем, что в электроде для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе, состоящем из стержня и нанесенного на него покрытия, содержащего мрамор, ферросилиций, ферромарганец или марганец, феррохром или хром, ферромолибден, никель, рутил и/или двуокись титана, стержень выполнен из проволоки с высоким содержанием никеля, а покрытие дополнительно содержит хромовокислый калий (хромпик) при следующем содержании компонентов, мас.%:

мрамор 10-25 ферросилиций 6-13 ферромарганец или   марганец 4-10 феррохром или хром 4-10 ферромолибден 5-10 никель 3-8 хромовокислый калий 0,5-5,0 рутил и/или   двуокись титана Остальное.

Кроме того, покрытие электрода может содержать дополнительно, мас.%: феррованадий 5-10, ферротитан 2-8, а также железный порошок 5-13, доломит до 7.

Соотношение содержания рутила и/или двуокиси титана к содержанию мрамора в покрытии составляет 2-2,5.

При этом стержень электрода может быть выполнен из сплава следующих марок: Св-08Х25Н60М10 или Св-Х23Н40М7, или Св-08Х25Н25М3.

Все компоненты покрытия подобраны таким образом, чтобы оно соответствовало рутиловому или рутилосновному виду. Наличие в покрытии рутила и/или двуокиси титана в указанном соотношении обеспечивает возможность сварки переменным током, не исключая при этом возможности сварки постоянным током.

Исключение склонности к пористости наплавленного металла, полученного с использованием предлагаемых электродов, достигается за счет исключения из покрытия потенциально опасных компонентов - магнезита и поташа, которые содержат кристаллизационную влагу. Кроме того, существенным фактором, подавляющим тенденцию к пористости, является межфазное взаимодействие наплавленного металла и шлака, в процессе которого происходит извлечение газов из расплавленного металла. Хромовокислый калий (хромпик) - КСr₂О₃, являясь очень активным материалом, существенно влияет на межфазное взаимодействие ингредиентов покрытия, образующих шлак. Хромпик влияет на поверхностное натяжение между шлаком и каплями металла, переносимыми с торца электрода в сварочную ванну, что также стабилизирует обменные реакции между шлаком и газовой фазой расплавленного металла. Положительная роль этих реакций проявляется в уменьшении склонности предлагаемых электродов к образованию пор. Кроме того, хромпик оказывает влияние на форму шлака, обеспечивая его формирование от равномерной толщины до серповидной. Серповидные шлаки обладают наиболее легкой отделимостью, особенно из глубоких разделок.

Марганец (или ферромарганец) улучшает механические свойства сварного шва при комнатной и повышенной температуре. Совместное введение в покрытие таких компонентов как ферромарганец или марганец, ферросилиций и железный порошок в предлагаемых количествах позволяет регулировать в широком диапазоне химический состав, теплофизические и механические свойства сварного шва, а также структуру наплавленного металла.

Ферросилиций и ферротитан обеспечивают глубокое раскисление наплавленного металла и снижают склонность к старению.

Сочетание ферромолибдена, феррованадия и никеля позволяет регулировать пластические, прочностные свойства наплавленного металла при повышенных температурах эксплуатации сварных соединений.

Введение железного порошка позволяет регулировать активность покрытия и шлака при горении дуги.

Доломит вводится с целью регулирования сварочно-технологических свойств электрода.

Изобретение реализуется следующим образом.

Для изготовления электродов использовали стержни из проволоки марки Св-08Х25Н60М10, Св-Х23Н40М7 и Св-08Х25Н25М3. Все компоненты покрытия измельчали и смешивали со связующим, в качестве которого использовали натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло.

Составы покрытий электродов для различных проволок, включающих ингредиенты в предлагаемом соотношении, приведены в табл.1. Составы приведены с учетом необходимости дополнительного легирования наплавленного металла элементами, которые не предусмотрены базовым составом электрода. Состав покрытия 1 - на проволоке Св-08Х25Н60М10, составы 2 и 3 - Св-Х25Н40М7, состав 4 - Св-08Х25Н25М3.

В табл.2 и табл.3 приведены химический состав и механические свойства наплавленного соответствующими электродами металла.

Электроды изготавливали опрессовкой, а затем подвергали сушке и прокалке при температуре 280-300°С в течение 1 часа.

Испытания электродов проводили следующим образом. Электродами были сварены пластины из высоколегированной стали толщиной 20 мм, из которой вырезали образцы для механических испытаний и химического анализа наплавленного металла.

В процессе сварки стыковых соединений были выявлены следующие технологические особенности электродов:

- устойчивое горение дуги при сварке как постоянным, так и переменным током;

- легкое зажигание и легкое повторное зажигание дуги;

- незначительные (до 1,5%) потери электродного металла на разбрызгивание;

- очень легкая, а во многих случаях самопроизвольная, отделимость шлака, в том числе из разделок стыкового соединения;

- хорошее формирование симметричного шва с мелкочешуйчатой поверхностью при сварке во всех пространственных положениях (кроме вертикального сверху-вниз).

Таблица 1 Компоненты покрытия Условный номер состава покрытия 1 2 3 4 Рутил или двуокись титана 34 31 34 35 Мрамор 10 18 20 25 Ферросилиций 7 8 10 6 Ферромарганец или марганец 6 10 5 4 Феррохром 5 7 6 4 Ферромолибден 7 5 4 4 Никель 7 6 5 4 Феррованадий - - - 6,0 Ферротитан 2 5 - 4 Доломит 6 - 5 - Хромовокислый калий 3 1,5 3 2,0 Железный порошок 13 8,5 8 6

Таблица 2 Состав покрытия Химический состав покрытия С Si Mn Ni Cr Mo Ti S P 1 0,07 0,32 1,90 59,4 23,7 9,5 0,07 0,010 0,21 2,3 0,08 0,40 2,12 40,1 39,5 6,7 0,05 0,012 0,19 4 0,05 0,28 1,80 24,9 23,2 3,7 0,04 0,008 0,16

Таблица 3 Состав покрытия Механические свойства наплавленного металла Временное сопротивление разрыву, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение, % Ударная вязкость, Дж/см² 1 725 - 35,3 160 2,3 680 - 39,1 173 4 613 418 37,1 157

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием хрома более 25% и никеля 15% и более 20%, а также сплавов на железоникелевой и никелевой основе. Электрод состоит из стержня из высоколегированной стали и нанесенного на него покрытия, содержащего, мас.%: мрамор 10-25, ферросилиций 6-13, ферромарганец или марганец 4-10, феррохром или хром 4-10, ферромолибден 5-10, никель 3-8, хромовокислый калий 0,5-5,0, рутил и/или двуокись титана - остальное. Покрытие может содержать дополнительно, мас.%: феррованадий 5-10 ферротитан 2-8, а также железный порошок 5-13, доломит - до 7. Отношение содержания в покрытии рутила и/или двуокиси титана к содержанию мрамора составляет 2-2,5. Стержень выполнен из проволоки марки Св-08Х25Н60М10 или Св-Х23Н40М7, или Св-08Х25Н25М3. Технический результат состоит в получении электрода, допускающего как сварку переменным, так и постоянным током, обладающего высокой сопротивляемостью образованию пор в наплавленном металле, а также легким зажиганием дуги, в т.ч. повторным, и легкой отделимостью шлака вплоть до самопроизвольной. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Электрод для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей или сплавов на железоникелевой и никелевой основе, включающий стержень и нанесенное на него покрытие, содержащее мрамор, ферросилиций, ферромарганец или марганец, феррохром или хром, ферромолибден, никель, рутил и/или двуокись титана, отличающийся тем, что стержень выполнен из проволоки марки Св-08Х25Н60М10 или Св-Х23Н40М7, или Св-08Х25Н25М3, а покрытие дополнительно содержит хромовокислый калий при следующем содержании компонентов, мас.%:
мрамор 10-25 ферросилиций 6-13 ферромарганец или   марганец 4-10 феррохром или хром 4-10 ферромолибден 5-10 никель 3-8 хромовокислый калий 0,5-5,0 рутил и/или   двуокись титана остальное

2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно, мас.%: феррованадий 5-10, ферротитан 2-8.

3. Электрод по п.1 или 2, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно, мас.%: железный порошок 5-13, доломит - до 7.

4. Электрод по п.1, отличающийся тем, что отношение содержания в покрытии рутила и/или двуокиси титана к содержанию мрамора составляет 2-2,5.