Компонент покрытий сварочных электродов Советский патент 1992 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к материалам для электродуговой сварки и может быть использовано как пластифицирующая и газообразующая добавка в покрытии электродов для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

В качестве добавок, обладающих как пластифицирующими, так и газообразующими свойствами в электродных покрытиях обычно используют целлюлозу, крахмал, декстрин, древесную муку, карбоксиметилцел- пюлозу и некоторые другие вещества.

Широкое применение в мировой практике в качестве компонента электродных покрытий получала целлюлоза.

Однако, из-за использования лесных ресурсов для получения электродной целлюлозы и экологической вредности ее производства возрастает стоимость и дефицитность этого компонента.

Целью изобретения является ресурсосбережение природной древесины и снижение стоимости электродов за счет использования промышленных отходов.

Эта цель достигается тем, что в качестве пластифицирующего и газообразующего компонента электродных покрытий используется вместо целлюлозы отход гидролизной обработки пищевых еельхозрастений - лигнин рисовой лузги.

Лигнин рисовой лузги отличается наиболее высоким содержанием золы (зольный остаток составляегЗО-37%). Отличительной особенностью этого остатка является наличие в нем большого количества кремнезема (SiOa). чем обусловлена более высокая, чем у целлюлозы и других лигнинов температурная устойчивость: 195-220°С,

Обладая более высокой температурой возгорания лигнин рисовой лузги обеспечивает возможность:

улучшения сварочно-технологических свойств рутиловых электродов (содержание целлюлозы 1,7-2,0%) и электродов с органической защитой (содержание целлюлозы 49%);

- расширение диапазона рабочих токов за счет повышения на 25-35% максимально допустимого рабочего сварочного тока;

-уменьшение максимально допустимой длины огарка электродов (без учета зачищенной части), обусловленной требованиями предотвращения пористости в шве, до 20-40 мм, в зависимости от величины сварочного тока. Для этих же электродов на целлюлозе характерная длина таких огарков составляет у рутиловых электродов - не менее 40-50 мм, у электродов с органической защитой - не менее 70-80 мм.

Указанные преимущества способствуют повышению качества сварных соединений, увеличению производительности труда, экономии сварочных электродов.

С использованием лигнина рисовой лузги были изготовлены составы следующих марок электродов: УОНИ 13/55ФК/ паспорт N 36-19-85ПС /ДСК-55ФК/ТУ36. 44.15.01-032-89/МР-3/ паспорт № 36-02- 86 /ВМ-12 /ТУ36.44.15.-90 / Табл./.

Модуль жидкого стекла 2,6-3,0, плотность 1,43-1,47 г/см , вязкость 500-1000 с Па.

В процессе изготовления опытных партий электродов было установлено, что замена целлюлозы на такое же количество лигнина рисовой лузги ие ухудшает опрес- совочные свойства покрытий. Более того, отмечалось улучшение этих свойств покрытий электродов, что выразилось в меньшей шероховатости их поверхностей и в возможности качественной опрессовки электродов, в т.ч. основного вида, при меньших, чем для целлюлозы содержаниях заявляемых компонентов (см. табл. 1). Это вероятно, объясняется наличием в компоненте остатков органических кислот. Молекулы этого реагента взаимодействуют с ионами и атомами, расположенными на углах и ребрах частиц компонентов шихты, силы сцепления частиц друг с другом ослабевают и соответственно снижается пластическая вязкость электрообмазочиой массы.

Следует так же отметить, что введение вместо целлюлозы лигнина рисовой лузги

5 приводило к потемнению покрытий непрокаленных электродов МР-3. АНО-3, ДСК- 55 и УОНИ-13/55ФК. После прокалки цвет резко светлел, приближаясь к характерному для электродов с целлюлозой, являясь та0 ким образом как бы индикатором температуры прокалки, что может быть использовано для визуального контроля этого важного параметра технологического процесса изготовления электродов. Элект5 роды ВМ-12, содержавшие 3 и 4% лигнина рисовой лузги, прокаливаемые по техпроцессу при температуре, меньшей 180° С. имели после прокалки более темный цвет, чем целлюлозные, что объясняется большим

0 зольным остатком лигнинов, определившим изменение цвета покрытия.

Испытания показали, что сварочно-тех- нологические свойства (устойчивость дуги, кроющая способность и отделимость шлака,

5 формирование швов в различных положениях, разбрызгивание) электродов с предлагаемым компонентом не ухудшались. Для электродов же ВМ-12 с лигнином рисовой лузги в покрытии наблюдалось улучшение

0 сварочно-технологических свойств, которое выражалось в повышении верхнего предела рабочего сварочного тока и снижении нижнего предела рабочего сварочного тока. Так, для электродов ВМ-12 диаметром 3 мм с 4%

5 целлюлозы в покрытии максимальный рабочий ток должен быть не более - 110-120А. Увеличение тока до 130-140А приводило к увеличению длины огарка электродов до 120-130 мм из-за покраснения обмазки в

0 этой его части под действием нагрева и появлению пористости в наплавленном металле при дальнейшем ведении процесса сварки. Для электродов же с лигнином рисовой лузги такого явления, приводящего к

5 повышению расхода электродов, при сварке на токах 130-140А не наблюдалось, В отличие от верхнего предела рабочих токов, для нижнего наблюдалось его снижение при замене целлюлозы, на лигнин рисовой лузги

0 до значений 70-80А.

Применение же вместо целлюлозы других лигнинов (стержней початков кукурузы и древесины) не обеспечивает указанных преимуществ. При этом; их использование вме5 сто целлюлозы требует значительного увеличения объемов жидкого стекла для производства мокрых замесов необходимой для электродов консистенции, в то время, как для лигнина рисовой лузги этого не требуется.

Производства опытной партии электродов (v 60т) показало также, что при использовании лигнина рисовой лузги достигается большая стабильность концентричности покрытия, что определялось регулярными замерами ее величины., ,.

Следует также отметить, что при изготовлении электродов возможна как полная замена в покрытии целлюлозы на лигнин рисовой лузги, так и частичная, что указывает на полную их совместимость.

Для оценки газозащитных свойств лигнина рисовой лузги электродами ВМ-12 с лигнином рисовой лузги и с целлюлозой в покрытии (см. табл. 1) сваривали на короткой и длинной дуге односторонние тавровые пробы из стали В Ст.З по толщине 12 мм. В изломах этих проб визуально и при увеличении Х10 не было обнаружено пор. Поскольку отсутствие пор отмечалось И для электродов с меньшим, чем для целлюлозы, содержанием лигнина рисовой лузги это указывало на равнозначность их газозащитных свойств. Это подтверждалось и результатами газового анализа вакуум-плавкой проб металла, наплавленного электродами ВМ-12 с целлюлозой и с 3% лигнина рисо . вой лузги в покрытии. Он показал содержание азота в 3 пробах наплавленного металла для тех и других электродов в пределах 0,007-0,008%, что характерно для типичных рутилрвых электродов МР-3 и свидетельствует в пользу равнозначности газозащитных свойств целлюлозы и лигнина рисовой лузги.

Проверка механических свойств соединений, выполненных электродами, указанными в табл. 1 проводились по ГОСТ 6996-77. Испытания показали, что замена в покрытиях электродов МР-3, УОНИ- 13/55ФК, ДСК-55, ВМ-12 целлюлозы на лигнин рисовой лузги не ухудшает механические свойства сварных соединений и химсоставов наплавленного металла. Так для электродов МР-3 (тип Э46) с 1,5% и 1% содержанием лигнина рисовой лузги соответственно были: 7В 489-533 МПа, 65 21.7-23,6%, ан при +20°С 135-173 Дж/см2 и е7в 510-545 МПа, 5s 21,6-23,6%,ан при +20°С 169-197 Дж/см2, а для электродов ВМ-12 (тип Э46) с 4% и 3% содержанием лигнина соответственно ав 515-545 МПа, 5s 22,1-24.7% ан при +20°С - 117-149 Дж/см2, и ав 531-545 МПа, ds 22,6-24,3. ан при +20°С 153-167. Содержание серы и фосфора в наплавленном металле для всех электродов не превышало соответственно 0,035 и 0.030%.

Аналогичные результаты получены и для фтористо-кальциевых электродов типа Э50А с гарантированной температурой хрупкого перехода наплавле нн ого металла - 20°С марок УОНИ-13/55ФК и ДСК-55. являющихся типичными представителями электродов этого типа. Например, для электродов УОНИ-13/55ФК с 1% содержанием

лигнина рисовой лузги данные механических испытаний были:

„ 540 - 531 - 537 мг- МПа,

&

536 22,2-21,6-23,3

5 и22,4

ан при +20°С

аН45 при -30°С

о 200-217-20Э

208 ог 78 - 93 - 84

85

Дж/см, Дж/см2,

20 а для ДСК-55 с тем же содержанием лигнина рисовой лузги:

5

„ 587 - 554 - 579 ..п мпа,

Ь/оi

,25.0-21,9-24.3 0, fe23J

анпри+20°С

,3- 23.8 -22.1 - . 2

23,0

Дж/см,

а„45пРи-30°С 94 81 .-/-..г

Дж/см2,

80

Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле по данным карандашной пробы для этих электродов УОНИ- 13/55ФК и ДСК-55, прокаленных перед

5 сваркой при +280°С в течение 1 часа соответственно составляло 4,1-5,6 мл/100 г и 5,8-6,6 мл/100 г. Определенное для этих марок электродов с целлюлозой в покрытии содержание диффузионного водорода в на0 плавленном металле лежало в аналогичных пределах.

Равнозначность свойств электродов ВМ-12 с целлюлозой и лигнином рисовой лузги в покрытии, в которых они (4 и 3%)

5 выполняют не только пластифицирующие, но и газообразующие функции указывает на возможность их применения и для электродов с газозащитными покрытиями.

Таким образом, в покрытиях электродов

0 как рутилового, так фтористо-кальциевого типа целлюлоза и лигнин рисовой лузги обеспечивает равнозначное действие на оп- рессовочныб свойства электродов, их сва- рочно-технологические свойства, свойства

5 выполненных ими соединений.

Использование лигнина рисовой лузги в качестве компонента в покрытии сварочных электродов обеспечивает не только сбережение лесных ресурсов но и значительный экономический эффект. При цене за целлюлозу 2000-2200 руб. за 1т, лигнина рисовой лузги 150-200 руб этот эффект для электродной промышленности составит (2000- 200)х5рОО.- 9,0 млн.руб, в год. где 5000 Формула изобретения

Применение лигнина рисовой лузги в качестве пластифицирующего и газообраориентировочная годовая потребность 5 зующего компонента покрытий сварочных электродного производства в целлюлозе.электродов, Формула изобретения

Изобретение состоит в использовании в качестве пластификатора и газообразующего компонента, взамен целлюлозы, лигнина рисовой лузги. Этот компонент позволяет расширить диапазон сварочных токов, уменьшить электродный огарок и улучшить сварочно-технологические свойства рутило- вых, фтористо-кальциевых и органических электродных покрытий. 1 табл.

1,8

1,& 4,0

1,0

1,0

3,0