Порошковая проволока Российский патент 2024 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 низколегированных и легированных хладостойких сталей нормальной и повышенной прочности в различных защитных средах при изготовлении, ремонте и эксплуатации металлоконструкций в районах Крайнего Севера, а также для нанесения на поверхность готового изделия электродного металла с другими заданными свойствами дуговой наплавкой и электродуговым напылением.

Наиболее близкой порошковой проволокой по назначению, принятой за прототип, является порошковая проволока, которая описана в патенте RU 2274535.

Проволока-прототип содержит оболочку из углеродистой стали и шихту, включающую рутиловый концентрат, полевой шпат, электрокорунд, кремнефтористый натрий, ферромарганец, ферросилиций, магний, железный порошок, при этом, магний и рутиловый концентрат введены в шихту в отношении 1:12, а электрокорунд и полевой шпат в отношении 1:2 при следующем содержании компонентов, мас.%: рутиловый концентрат - 4,8-8,4; полевой шпат - 0,8-1,4; электрокорунд - 0,4-0,7; кремнефтористый натрий - 0,2-0,5; ферросилиций - 0,2-0,6; ферромарганец - 1,0-2,7; магний - 0,4-0,7; железный порошок - 3,0-5,5; сталь оболочки - остальное, при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 16%.

Недостатком указанной проволоки - прототипа является то, что в состав данной сварочной проволоки не входят карбидообразующие компоненты. Образование карбидов в электродном металле способствует упрочнению наплавленного слоя у низкоуглеродистых легированных хладостойких сталей. Также недостатком данной порошковой проволоки-прототипа является невысокий уровень работы удара при температуре от минус 20 °С до минус 60 °С из-за низкой раскислённости металла шва и отсутствие легирования элементами, повышающими работу удара при отрицательных климатических температурах.

Задачей заявленного изобретения является создание порошковой проволоки, позволяющей производить сварку и наплавку в защитных средах углеродистых низколегированных и низкоуглеродистых легированных хладостойких сталей с получением сварного шва требуемого химического состава и значением ударной вязкости при температурах до минус 60 °С соответствующей свариваемому материалу.

Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что заявляемая порошковая проволока позволяет производить сварку и наплавку в защитных средах углеродистых низколегированных и низкоуглеродистых легированных хладостойких сталей с получением сварного шва требуемого химического состава и значением ударной вязкости при температурах до минус 60 °С соответствующей свариваемому материалу.

Указанный технический результат достигается тем, что в порошковой проволоке для электродуговой сварки и наплавки хладостойких конструкционных сталей, включающей оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, содержащую: ферромарганец, ферросилиций, шихта дополнительно содержит железную окалину, алюминиевый порошок, феррохром, никель, титан, ванадий и графит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Железная окалина 62,00 - 74,00 Алюминиевый порошок 21,00 - 25,00 Ферросилиций 0,01 - 4,00 Ферромарганец 0,01 - 4,00 Феррохром 0,01 - 3,00 Никель 0,01 - 3,00 Титан 0,01 - 0,30 Ванадий 0,01 - 0,50 Графит 0,1 - 3,00

при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 20-45%.

Железная окалина и алюминиевый порошок в составе проволоки обеспечивают дополнительный ввод в сварочную ванну электродного металла за счет экзотермической реакции между ними, в ходе которой из окалины восстанавливается железо и шлак с выделением тепла. Восстановленное железо с легирующими добавками (ферросилиций; ферромарганец; графит; феррохром; титан; ванадий) образуют электродный металл требуемого химического состава. Шлак защищает сварной шов от агрессивной воздушной среды и не дает быстро ему остыть, что улучшает качество шва, и снижает риск образования трещин. Графит, введенный в состав шихты в указанных соотношениях, обеспечивает достижение оптимального химического состава по содержанию углерода в наплавленном слое металла с основным металлом.

Использование ферросилиция и ферромарганца от 0,01-4 % по массе в составе шихты обеспечивает их соответствие требуемому содержанию легирующих компонентов при сварке и наплавке сварки низколегированных и легированных хладостойких сталей нормальной и повышенной прочности в защитных средах с учетом легирующих добавок, содержащихся в материале оболочки проволоки, угара и окисления компонентов проволоки под действием электрической дуги. Это обеспечивает необходимое содержание марганца и кремния в химическом составе сталей и приводит к требуемым физико-механическим свойствам сварного шва.

Содержание карбидообразующих добавок в наплавочном металле устанавливается в требуемых пределах: титана (от 0,03 до 0,10%) и ванадия (от 0,05 до 0,10%). Дополнительный ввод титана и ванадия в состав шихты позволяет увеличить прочность материала за счет связывания углерода с образованием карбидов в структуре металла, что обеспечивает повышение хладостойкости при отрицательных температурах за счет измельчения структуры металла шва. При сварке и наплавке низколегированных и легированных хладостойких сталей нормальной и повышенной прочности в защитных средах при изготовлении и ремонте металлоконструкций, а также для нанесения на поверхность готового изделия хладостойких слоев и слоев с другими заданными свойствами дуговой наплавкой и электродуговым напылением.

Введение феррохрома в состав шихты позволяет резко увеличить коррозионностойкость наплавляемого шва, а также повысить твёрдость и прочность, но содержание хрома в металле шва не должно превышать 1,5 % это приводит к снижению ударной вязкости материала.

Изменение диапазона коэффициента заполнения порошковой проволоки обусловлено вводом легирующих и карбидообразующих добавок в состав шихты. При вводе дополнительных компонентов идет увеличение потерь тепловой энергии на переплав компонентов, что приводит к возможности устойчивого горения электрической дуги при коэффициенте заполнения от 20% и гарантирует прогнозируемое формирование наплавленного слоя металла. Коэффициент заполнения более 45% нецелесообразен, потому что ведет к неравномерной упаковке шихты в ленту и приводит к разрыву порошковой проволоки.

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%, материал ленты 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 изделия из хладостойкой стали 09Г2ФБ в защитной среде типа АН-348 порошковой проволокой на основе алюмотермитной шихты с коэффициентом заполнения 42% используют состав компонентов следующего содержания, мас.%:

Железная окалина 72,00 Алюминиевый порошок 23,90 Ферросилиций 0,61 Ферромарганец 2,72 Феррохром 0,34 Никель 0,19 Титан 0,06 Ванадий 0,07 Графит 0,11

Приведённый пример состава порошковой проволоки для сварки изделия из хладостойкой стали 09Г2ФБ позволяет получить материал сварного шва следующего состава: углерод 0,1 мас.%, марганец 1,6 мас.%, кремний 0,05 мас.%, хром - 0,3 мас.%, ванадий - 0,06 мас.%, титан - 0,06 мас.%, фосфор - 0,03%, сера - 0,035%, и с механическими свойствами: предел прочности σ_в =550-660 МПа; предел текучести σ_0,2=430-503 МПа; ударная вязкость KCU=34-62 Дж/см²; KCU^-60=29-50 Дж/см².

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам для дуговых сварочных процессов, и может быть использовано для механизированной сварки и наплавки низколегированных и легированных хладостойких сталей нормальной и повышенной прочности в различных защитных средах при температурах до минус 60°С. Предлагается порошковая проволока для электродуговой сварки и наплавки хладостойких конструкционных сталей, включающая оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту. Шихта содержит, мас.%: железная окалина 62,00-74,00, алюминиевый порошок 21,00-25,00, ферросилиций 0,01-4,00, ферромарганец 0,01-4,00, феррохром 0,01-3,00, никель 0,01-3,00, титан 0,01-0,30, ванадий 0,01-0,50, графит 0,1-3,00. Коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 20-45%. Обеспечиваются высокие значения ударной вязкости при температуре до минус 60°С, соответствующей свариваемому материалу. 1 пр.

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

Железная окалина 62,00-74,00 Алюминиевый порошок 21,00-25,00 Ферросилиций 0,01-4,00 Ферромарганец 0,01-4,00 Феррохром 0,01-3,00 Никель 0,01-3,00 Титан 0,01-0,30 Ванадий 0,01-0,50 Графит 0,1-3,00,

при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 20-45%.