Шихта электродной проволоки Советский патент 1993 года по МПК B23K35/368 

Изобретение относится к сварке, а именно к сварочным материалам, предназначенным для механизированной сварки в углекислом газе стальных отливок и поковок.

Цель изобретения - обеспечение высокой стойкости сварных швов против образования пор при механизированной сварке в углекислом газе стальных отливок и поковок по ржавчине, окалине и другим остаточным продуктам литья и ковки без предварительной подготовки свариваемых поверхностей, а также повышение сопротивляемости сварного соединения образованию трещин при сварке отливок и поковок, изготовленных из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода 0,3-0,6% и лигирующих элементов хрома до 2%, никеля до 2%. а молибдена до 1%.

Для достижения указанной цели в состав шихты электродной проволоки, содержащей диоксид титана, диоксид кремния, оксид натрия, оксид калия, фторид кальция, ферромарганец и железный порошок, дополнительно введены ферросилиций и гематит с криолитом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: Диоксид титана40,0-60,0

Диоксид кремния5.0-10,0

Оксид натрия2,0-4.0

Оксид калия0,2-1,0

Фторид кальция0,5-2,0

Ферромарганец5,0-25,0

Ферросилиций1,0-10.0

Железный порошок1,0-15,0

Гематит с криолитом 10,0-25,0, при содержании гематита 55-85% (криолит остальное), причем отношение суммарного количества диоксида титана, диоксида кремния, оксида натрия и оксида калия к количеству гематита с криолитом выбрано в пределах 2,0-5,0. а для достижения другой

цели введен порошок алюмомагниевый (ПАМ) в количестве 3-10% от массы флюсовой составляющей.

Совместное введение ферросилиция и гематита с криолитом в шихту электродной проволоки рутилового типа позволяет получить качественно новые технологические характеристики сварочного материала. При плавлении шихты, дополнительно содержащей ферросилиций и смесь гематита с криолитом в количестве 10-25%, негативное влияние остаточных продуктов литья и ков- ки, попадающих со свариваемых поверхностей в сварочную ванну, полностью нейтрализуется. Механизм повышения стойкости металла швов против образования пор при сварке проволокой с шихтой заявляемого состава следующий. Известно, что в окислительных шлаках протекает восстановление элементов из присутствующих в шлаке оксидов, причем этот процесс сопровождается увеличением содержания кислорода и неметаллических включений в металле шва. Кроме того, при сварке проволоками рутилового типа восстанавливаемые мз шлака титан и кремний препятствует удалению водорода из сварочной ванны. Совокупность таких процессов взаимодействия расплавленного металла с рутиловым шлаком и является причиной низкой стойкости швов против пор. Присутствие повышенного количества оксидов натрия и калия в составе окислительного рутилового шлака еще более снижает стойкость швов против пористости. При сварке электродной проволокой рутилового типа в углекислом газе отливок и поковок по ржавчине, окалине и другим остаточным продуктам литья и ковки в зону плавления вместе с этими продуктами вносятся дополнительные порции кислорода и водорода, которые растворяются в сварочной ванне и шлаке. Для нейтрализации негативного влияния расплавленных загрязнений необходимо подавить восстановление титана и кремния из шлака в металл и обеспечить при этом достаточную газопроницаемость шлака для удаления из сварочной ванны повышенных количеств кислорода и водорода, вносимых в ванму со свариваемых поверхностей. Это достигается за счет выбора отношения между суммарным содержанием оксида титана, оксида кремния, оксидов натрия и калия к суммарному содержанию гематита м криолита в пределах 2,0-5,0, и изменения равновесных соотношений компонентов реакций восстановления титана и кремния путем введения ферроеилйцйй а количестве 1,0-10,0%.

При смешении суммарного количества оксида титан ; оксида кремния, оксмдоз натрия и калия к суммарному содержанию гематита и криолита менее 2,0 и содержании ферросилиция менее 1% стойкость швов против пор недостаточна из-за неполного

подавления реакций восстановления титана и кремния из шлака в металл, а при содержании ферросилиция более 10% и выборе указанного отношения более 5 резко ухудшаются технологические характеристики

0 сварочной проволоки (возрастает разбрызгивание электродного металла и ухудшается стабильность горения дуги).

Таким образом введение в состав шихты 1.0-10% ферросилиция и гематита с кри5 олитом в количестве 10-25% . при соблюдении полученного экспериментально соотношения компонентов обеспечивает качественно новые свойства сварочной проволоки, что позволяет выполнять сварку от0 ливок и поковок по ржавчине, окалине и другим остаточным загрязнениям без предварительной очистки свариваемых кромок. Минимальное суммарное содержание газов в металле, наплавленном электродной

5 проволокой, содержащей шихту заявляемого состава, обеспечивается при содержании гематита (внутри общего количества суммы гематита с криолитом 10-25%), 55-85%, а остальное - криолит. Меньшее количество

0 гематита и, соответственно, большее количество криолита ухудшает технологические характеристики проволоки (возрастает разбрызгивание и ухудшается стабильность горения дуги). При большем количестве

5 гематита и меньшем криолита ухудшается газопроницаемость шлака и на поверхности шва появляются дефекты - следы червей, образуемые пузырьками газов, всплывшими из сварочной ванны, но не перешедшими

0 в шлак. Введение диоксида титана в пределах 40-60% позволяет получить рутиловый шлак с наилучшими технологическими свойствами и обеспечивающий хорошее формирование швов. Добавка диоксида кремния в

5 количестве 5-10% улучшает отделимость шлаковой корки с поверхности шва, оксиды натрия 2,0-4,0 и калия 0,2-1,0 служат стабилизаторами горения дуги, фторид кальция 0,5-2,0 делает рутиловый шлак более корот0 кими. Введение ферромарганца, ферросилиция, сильных раскислителёй, и железного порошка в пределах 5,0-25,0; 1,0-10,0 и 1,0- 15,0 соответственно, обеспечивает равномерность плавления шихты приведенного

5 состава и достаточную степень раскисления сварочной ванны.

Отливки и поковки, предназначенные для тяжелонагруженных металлоконструк ций (например, шнеки угольных комбайнов, кронштейны гребных валов, якорные цепи

повышенной прочности и др.), изготавливают из сталей, дополнительно легированных хромом (до 2%), никелем (до 2%), молибденом (до 1 %) и имеющих повышенное (0,3- 0,6%) содержание углерода. Для предотвращения склонности сварного соединения на таких сталях к образованию трещин шихта заявляемого состава должна дополнительно содержать порошок алюмо- магниевый (ПАМ) в количестве 3-10% от массы флюсовой составляющей. При меньшем содержании ПАМ, в швах и околошовной зоне возможно появление трещин, а при большем -также как и при увеличении содержания криолита - резко увеличивают- ся размеры капель электродного металла и возрастают потери на разбрызгивание.

В табл. 1 приведены примеры, проверенных на практике композиций шихты электродных проволок, испытанных в лабо- раторных условиях. Опытные проволоки 1, 2..3, 7, 8, 9 соответствуют предполагаемым способам как по количественному составу ингредиентов шихты так и по установленному экспериментально отношению суммар- ного содержания диоксида титана, диоксида кремния, оксида натрия и оксида калия к количеству гематита с криолитом в пределах 2-5,

Электродные проволоки 1, 3, 8 имели коэффициент заполнения 18%, проволоки 2, А, 7, 9(2 имели коэффициент заполнения 8%7В качестве металлической основы этих проволок использовали низкоуглеродистую стальную ленту. G использованием этой же металлической основы были изготовлены электродные проволоки , 5, 6, 10, 11, 12, с коэффициентом заполнения 13+1%, ингредиенты шихты которых взяты в соотношениях выходящих за пределы значений, предлагаемых в данном изобретении.

Для проверки сварочно-технологиче- ских свойств опытных электродных прово- лок 1-12 использовали автомат А-1416 для сварки в среде защитного газа и источник питания ВС-600. Сварку производили проволокой диаметром 1,6 мм на постоянном токе обратной полярности, в среде углекислого газа. Сварочный ток 330 А, напряжение на дуге 30 В.

Стойкость швов, выполненных опытными проволоками 1-12. против образования пор оценивали следующим образом. На пластине из стали 15Л, покрытой слоем окалины, переплавляли различное количество проволок диаметром. 0,8 мм марки Св- 08Г2С, предварительно покрытых слоем ржавчины. Критерием стойкости проволок опытного состава против образования пор приняли количество переплавляемых ржавых проволок, вызывающих появление не более 5 единичных пор на 100 мм длины шва. Переплавляемые проволоки предварительно покрывали равномерным слоем ржавчины путем выдержки над 3% водным раствором NaCI в течение 72 ч при температуре 25°С и последующей сушке при температуре 80-90°С.

Результаты сварки опытными электродными проволоками 1-12 приведены в табл.

2. Л;. .

Сопротивляемость сварного соединения, заваренного опытными электродными проволоками 7-12, образованию трещин оценивали следующим образом. Составной образец из листовой стали 35ХГСА толщиной 40 мм с наличием на поверхности ржав- ч;имы, окалины и других загрязнений собирали в кондукторе и зажимали с торцов. Валики наплавляли с использованием тех же параметров сварки, что и для предыдущих опытов с соблюдением равных размеров валика по ширине для каждой серии опытов. В одну серию входят наложение валиков одной опытной проволокой на четырех испытывающихся пробах. Предварительный или сопутствующий подогрев не применяли.

После наложения валика одну из четырех испытывавшихся проб разрушали немедленно для проверки наличия трещин. Остальные три пробы разрушали после выдержки в кондукторе в течение 48 ч. Затем проводили обмер сечения излома валика для определения площади, занимаемой трещины.

Данные приведены в табл. 3.

На основании результатов проведенных опытов можно сделать вывод, что при содержании в заявляемых пределах ферросилиция и гематита с криолитом, алюмомаг- ниевого порошка, диоксида титана, диоксида кремния, оксида натрия, оксида калия, фторида кальция, ферромарганца, железного порошка и соблюдении соотно шения

ТЮа + Si02 + Na20 + К20

2-5 шихгематит + криолит та обеспечивает электродной проволоке новый комплекс свойств. Опытными проволоками 1, 2, 3, 7, 8, 9 можно производить сварку отливок и поковок по ржавчине, окалине и другим остаточным продуктам литья и ковки, без предварительной подготовки свариваемых поверхностей. Кроме того опытными проволоками 7. 8, 9 можно сваривать отливки и поковки дополнительно легированные хромом до 2%, никелем до

2%, молибденом до 1% и с содержанием углерода 0,3-0,6%.

Формула изобретения

1. Шихта электродной проволоки для механизированной сварки в углекислом газе, содержащая диоксид титана, диоксид кремния, оксид натрия, оксид калия, фторид кальция, ферромарганец, железный порошок, отличающаяся тем, что. с целью повышения стойкости сварных швов против образования пор при сварке стальных отливок и поковок по ржавчине, окалине и другим остаточным продуктам литья и ковки без предварительной подготовки свариваемых поверхностей, в шихту дополнительно введены ферросилиций и гематит с криолитом при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

диоксид титана -40-60;

диоксид кремния - 5,0-10,0;

оксид натрия -2,0-4,0;

оксид калия -0,2-1,0;

фторид кальция -0,5-2.0:

ферромарганец -5,0-25,0;

ферросилиций -1,0-10.0;

железный порошок - 1,0-15,0; гематит с криолитом - 10-25,

при содержании гематита 55-85% (криолит - остальное), причем отношение суммарного количества диоксида титана, диоксида кремния, оксида натрия и оксида калия к количеству смеси гематита с криолитом составляет 2,0-5,0.

2. Шихта по п. 1. о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью, повышения сопротивляемости сварного соединения образованию трещин при сварке без предварительной подготовки поверхности отливок и поковок, изготовленных из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода 0,3- 0,6 мае. % и легирующих элементов - хрома до 2 мас.%. никеля до 2 мас.%, молибдена до 2 мас.%, флюсовая составляющая дополнительно содержит алюмомагниевый порошок в количестве 3-10% от массы шихты.

Использование: механизированная сварка в углекислом газе стальных отливок и поковок. Сущность изобретения: Шихта электродной проволоки, содержит, мас.%: диоксид титана 40,0-6.0; диоксид кремния 5,0-10,0, оксид натрия 2,0-4,0, оксид калия 0,2-1.0, фторид кальция 0.5-2,0, ферромарганец 5,0-25,0, ферросилиций 1,0-10,0,же- лезный порошок 1,0-15.0. ПАМ 3,0-10.0, гематите криолитом 10.0-25,0 при содержании гематита 55-85%, криолит - остальное. Отношение суммарного количества диоксида титана, диоксида кремния, оксида натрия и оксида калия к количеству гематита с криолитом выбрано в пределах 2.0-5,0. Изобретение обеспечивает стойкость сварных швов против пор и трещин и позволяет вести сварку без предварительной подготовки поверхностей. 3 табл.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Продолжение табл, 3