ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА Российский патент 2018 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно, к порошковым проволокам для дуговых сварочных процессов и может быть использовано для механизированной сварки и наплавки низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций.

Наиболее близкой по составу шихты, принятой за прототип, является порошковая проволока, которая описана в патенте РФ RU 2454309.

Проволока-прототип содержит оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, характеризующуюся следующим соотношением компонентов, мас. %: железная окалина - 52,5-73,1; алюминиевый порошок - 17,5-24,4; ферросилиций - 0,4-10; ферромарганец - 2-16; графит - 0,1-4, при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 30-50%.

Недостатком указанной проволоки - прототипа является то, что использование данной сварочной проволоки при сварке и наплавке с применением кремне - марганцевых флюсов (типа АН-348) приводит к ухудшению физико-механических свойств получаемого сварного шва, уменьшению предела текучести сварных соединений из среднеуглеродистых сталей. Это происходит из-за повышенного содержания ферромарганцевой добавки (более 2%) в составе шихты и, как следствие, приводит к значительному насыщению марганцем металла сварного шва при сварке и наплавке с флюсами, содержащими кремне-марганцевую основу. Повышенное содержание марганца не позволяет добиться идентичного химического состава с основным (матричным) металлом низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей.

Задачей заявленного изобретения является создание порошковой проволоки, позволяющей производить сварку и наплавку в защитных средах низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей с получением сварного шва требуемого химического состава с возможностью увеличения прочности соединения без понижения его пластичности и вязкости.

Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что заявленная порошковая проволока позволяет производить сварку и наплавку в защитных средах низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей с получением сварного шва с возможностью увеличения прочности соединения без понижения пластичности и вязкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в порошковой проволоке, включающей оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, содержащую железную окалину, алюминиевый порошок, ферромарганец, ферросилиций, графит, в шихте дополнительно содержится никель при следующем соотношении компонентов мас. %:

железная окалина 54-73,9 алюминиевый порошок 18,9-25,9 графит 0,1-4 ферросилиций 0,01-10 ферромарганец 0,01-10 никель 0,01-3

при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 10-50%.

Железная окалина и алюминиевый порошок в составе проволоки обеспечивают дополнительный ввод в сварочную ванну электродного металла за счет экзотермической реакций между ними, в ходе которой из окалины восстанавливается железо и шлак с выделением тепла. Восстановленное железо с легирующими добавками (ферросилиций, ферромарганец, графит, никель) образуют электродный металл требуемого химического состава.

Графит, введенный в состав шихты в указанных соотношениях, обеспечивает достижение оптимального химического состава по содержанию углерода в металле сварного шва с основным металлом.

Использование ферросилиция и ферромарганца от 0,01-10% по массе в составе шихты обеспечивает их соответствие требуемому содержанию легирующих компонентов при сварке и наплавке низкоуглеродистых и высокоуглеродистых низколегированных марок сталей в защитных средах с учетом легирующих добавок, содержащихся в материале оболочки проволоки, угара и окисления компонентов проволоки под действием электрической сварочной дуги. Это обеспечивает необходимое содержание марганца и кремния в химическом составе сталей и приводит к требуемым физико-механическим свойствам сварного шва.

Дополнительный ввод никеля в состав шихты позволяет увеличить прочность сварного шва, без понижения пластичности и вязкости сварного соединения при сварке и наплавке низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций. При использовании никеля менее 0,01 мас. % технический результат не достигается, при содержании никеля более 3 мас. % структура шва становится отличной от материала основного металла.

Изменение диапазона коэффициента заполнения порошковой проволоки стало возможным вследствие уменьшения количества вводимых ферритных добавок в состав шихты. При данной концентрации идет уменьшение потерь тепловой энергии на переплав компонентов, что приводит к возможности устойчивого горения электрической дуги при коэффициенте заполнения от 10% и более и гарантирует прогнозируемое формирование сварного шва.

Для изготовления порошковой проволоки применяется лента из низкоуглеродистой стали холодной прокатки, неполированная, особо мягкая. Требования к ленте оговорены ГОСТ 503-81. Размеры ленты по толщине и ширине определяются технологией изготовления проволоки заданного диаметра. Основные показатели механических свойств ленты следующие: временное сопротивление разрыву 280-400 МПа; относительное удлинение - не менее 30%, материалом ленты служит сталь 08кп. Подготовленные компоненты шихты взвешиваются дозами на один замес. Смешивание компонентов производится любым способом, обеспечивающим достаточную однородность получаемой шихты. В формирующем устройстве происходит формирование ленты и заполнение шихтой трубчатой металлической оболочки проволоки. После чего заготовка на волочильной машине обжимается до требуемого диаметра (1-5 мм). После волочения проволока наматывается на кассеты требуемого диаметра.

Для сварки и наплавки в защитной среде типа АН-348 изделий из стали Ст3сп порошковой проволокой на основе термитной шихты с коэффициентом заполнения 35% используют состав компонентов следующего содержания, мас. %:

Железная окалина 72,44 Алюминиевый порошок 25,44 Ферросилиций 0,9 Ферромарганец 0,8 Графит 0,3 Никель 0,12

Приведенный пример состава порошковой проволоки для сварки и наплавки изделий из стали Ст3сп позволяет получить материал сварного шва со следующими физико- механическими свойствами: предел прочности σ_в=452-500 МПа, предел текучести σ_0,2=255-355 МПа, ударная вязкость KCU=52-75 Дж/см², которые подтверждают улучшение физико-механических свойств металла сварного шва.

Изобретение может быть использовано для механизированной сварки и наплавки низкоуглеродистых и среднеуглеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций. Оболочка порошковой проволоки выполнена из низкоуглеродистой стали. Шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: железная окалина 54-73,9, алюминиевый порошок 18,9-25,9, графит 0,1-4, ферросилиций 0,01-10, ферромарганец 0,01-10, никель 0,01-3. Коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 10-50%. Порошковая проволока обеспечивает получение сварного шва с высокой прочностью соединения без понижения пластичности и вязкости.

Порошковая проволока для электродуговой сварки конструкционных сталей, включающая оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, содержащую железную окалину, алюминиевый порошок, ферромарганец, ферросилиций, графит, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит никель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

железная окалина 54-73,9 алюминиевый порошок 18,9-25,9 графит 0,1-4 ферросилиций 0,01-10 ферромарганец 0,01-10 никель 0,01-3

при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 10-50%.