Состав электродного покрытия

Состав электродного покрытия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к сварке, а именно к сварочным материалам, применяемым при электродуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей. Цель изобретения - улучшение сварочно-технологических свойств электродов при сварке на посто янном и переменном токе, снижение стоимости электродов . Состав электродного покрытия содержит, мас.%: мрамор 30-35, ферросилиций 5-6, отходы производства черной и цветной металлургии: шлам производства алюминия 10-15, окалина стали 95X18 13- 20, ферромарганец Ф Мн 75 Ас 6 (некондиция ) 6-10, а также плавиковый шпат 8-13, алюминий 4-8, кальцинированная сода 2- 5, хлористый калий 2-7. Шлам производства алюминия имеет в своем составе, мас.%: АЬЮз 56-59, Na 9-10. F 11-14, Ре20з 0,5-1,1, N32S04 0,5-1,5, Si02 0,5-0,6, S 0,023-0,123, ,6. Зтабл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801980/08 (22) 11.12.89 (46) 30.03.92. Бюл. N 12 (71) Запорожский машиностроительный институт им.B,ß.×óáàðÿ (72) М.Н.Голубов, П.П,Лазебнов, М,П.Ревун, С.М.Григорьев, В.Н.Баранник, А, М.Жилинский, Ю.Ç.Казарновский, А.С.Яценко, В.И.Сидоренко и А.В.Моторный (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 11229966334455,, кКл, B 23 К 35/365, 04.07.85. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к сварочным материалам, применяемым при электродуговой сварке низкоуглеИзобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам, применяемым при электродуговой сварке конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Для сварки конструкций из низкоуглеродистых сталей, эксплуатирующихся при нормальных температурах, разработана широкая номенклатура электродов (тип

Э42-Э50 ГОСТ 9466-75) с высокими сварочно- технологическими свойствами, обеспечивающих получение равно прочных сварных соединений.

Известен сварочный электрод марки

УОНИ 13/55 с покрытием фтористо-кальциевого типа, которое содержит следующие компоненты, мас.%:

Мрамор 54

Плавиковый шпат 15

Двуокись кремния 9

Ферромарганец 5

„, . Ж „„1722755 А1 родистых и низколегированных конструкционных сталей. Цель изобретения — улучшение сварочно-технологических свойств электродов при сварке на постоянном и пе; ременном токе, снижение стоимости электродов. Состав электродного покрытия содержит, мас.%. мрамор 30 — 35, ферросилиций 5-6, отходы производства черной и цветной металлургии: шлам производства алюминия 10 — 15,. окалина стали 95Х18 13—

20, ферромарганец Ф Мн 75 Ас 6 (неконди ция) 6-10, а также плавиковый шпат 8-13,. алюминий 4 — 8, кальцинированная сода 2—

5, хлористый калий 2-7. Шлам производства алюминия имеет в своем составе, мас,%;

А!гОЗ 56 — 59, Na 9 — 10, F 11-14, РегОз 0,5-.1.1, Каг$04 0,5-1,5, $10г 0,5 — 0,6, $0,023-0,123, С < 0,6, 3 табл.

Ферросилиций 5

Ферротитан 12

Электрод марки УОНИ 13/55 предназначен для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Металл шва, наплавляемый электродами с фтористо-кальциевым покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали. Низкое содержание вредных примесей (серы и фосфора) обусловлено повышенной рафинирующей способностью фтористо-кальциевых шлаков. Благодаря малому содержанию газов, неметаллических включений и вредных примесей металл шва, выполненный электродами с фтористокальциевым покрытием, стоек против старения, имеет высокие показатели ударной вязкости и обладает повышенной стойкостью против образования кристаллизационных трещин, 1722755

Недостатком электродов УОНИ 13/55 является необходимость проведения сварки только постоянным током обратной полярности, а также пониженная стойкость против образования в металле шва пор при наличии ржавчины на кромках, увлажнении покрытия или удлинении дуги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащий следующие компоненты, мас. :

Углерод 1 — 3,5

Гематит 5 — 30

Ферромарганец 4 — 10

Ферротитан 10 — 20

Мрамор 20-40

Криолит 3 — 10

Полевой шпат 0,2 — 35

Кремнезем 1 — 4,5

Ферросилиций 1 — 5 при отношении содержания гематита куглероду 4,4 — 8,9.

Указанное электродное покрытие обеспечивает высокие сварочно-технологические свойства электродов, в том числе высокую стойкость металла шва против порообразова ния, незначительное разбрызгивание наплавляемого металла и принципиальную возможность ведения сварки на переменном токе, Электроды с данным электродным покрытием обеспечивают значения механических свойств металла шва на уровне электродов Э50, Применениеданного покрытия при изготовлении электродов позволяет получить хорошие показатели пластичности электродной массы.

Однако принятый в качестве прототипа состав электродного покрытия имеет -ряд недостатков, которые связаны с характером протекания металлургических процессов во время сварки. Так, реакции восстановления железа и кремния углеродом экзотермические, т.е. протекаютс выделением значительного количества тепла, При колебаниях параметров режима сварки (особенно в сторону увеличения) это может привести к нежелательному перегреву металла на стадии капли и в высокотемпературной зоне сварочной ванны, что вызовет неоднозначные изменения в процессах раскисления, обезуглероживания — науглероживания, дегазации и т,д. Электродные покрытия данных электродов не обеспечивают необходимого качества сварных швов при наличии ржавчины на поверхности свариваемых деталей, так как при этом будет нарушаться рекомендуемое оптимальное соотношение между количеством гематита и углеродом. Следует также отметить недостаточно высокую стабильность горения дуги на переменном токе. и наличие в данном

5 составе дефицитных, достаточно дорогих ферросплавов и синтетических материалов (криолит).

Цель изобретения — разработка состава электродного покрытия фтористо-кальцие10 вого типа для сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, обеспечивающего получение качественного сварного соединения на постоянном и переменном токе, экономию

15 дефицитных ферроматериалов и снижение стоимости электродов за счет введения в покрытие отходов производства черной и цветной металлургии.

Поставленная цель достигается тем, что

20 в состав электродного покрытия, содержащего мрамор, феррооилиций, дополнительно введены шлам производства алюминия, окалина стали 95Х18, ферромарганец Ф Мн

75 Асб (некондиционный), хлористый калий, 25 а также кальцинированная сода, алюминиевый порошок, плавиковый шпат при следующих соотношении компонентов, мас. :

Мрамор 30-35

Плавиковый шпат 8 — 13

30 Шлам производства алюминия 10-15

Окалина стали (95Х18) 13 — 20

Ферромарганец Ф Мн 75 Асб 6-10

Ферросилиций 5 — 6

Алюминий 4-8

35 Кальцинированная сода 2 — 5

Хлористый калий 2-7

Введение дополнительно в состав электродного покрытия шлам производства алюминия является отходом технологиче40 ского процесса производства алюминия и имеет следующий химический состав, мас,, AlzOg 56-59, Na 9-10, F 11 — 14, Ре20з

0,5-1,1, Ма2504 0,5 — 1,5, SION 0,5-0,6, S

0,023 — 0,123, С g< 0,6, 45 Присутствие в шламе соединений железа не позволяет подвергать его дальнейшей утилизации. для нужд основного производства. Входящие в состав шлама натрий и фтор в основном связаны в виде криолита

50 Na (AIFj.), который растворяет в себе до

15% оксида алюминия и образует комплексные шлакообразующие компоненты, способствующие более эффективному протеканию процессов удаления водорода, Это связано с

55 тем, что в шлаках оксид алюминия ведет себя как амфотермное соединение, образуя комплексные анионы (А(Ог; А!Оз-) с кислыми (SI0g; Т102) и Основными Оксиддми (СаО, FeO, МпО). Такие сложные соединения имеют более низкую химическую актив1722755

25 ной ванны, эффективному снижению содер- 30

40

50

55 ность по отношению к NaF и А!Ез, которые образуются после разложения криолита при плавлении (T» = 1293 К). В дальнейшем фторид алюминия возгоняется (Тя 3. 1533

К) и участвует в процессах связывания водорода; Фтористый натрий при этом вначале способствует понижению температуры плавления оксида алюминия и других термостойких оксидов, улучшая шлаковую защиту капель электродного металла.

Таким образом, данный компонент электродного покрытия содержит в своем составе шлакообразующие вещества (AI20a, Ре20з, 3 02), элементы, стабилизирующие горение дуги на переменном токе (Na, А!), элемент, снижающий содержание водорода в металле шва (F) в соотношениях, благоприятных для протекания металлургических процессов при сварке.

Дополнительно введенная окалина стали 95Х18 является отходом прокатного производства и содержит в связанном состоянии элементы, мас. : 01 20-21, Сг

15 — 17, С 0,8 — 0,9, Si 0,3 — 0,4, Мп 0,2 — 0,25, Си(i%,1, Fe остальное.

Присутствие окалины 95Х18 в составе покрытия электрода в указанных пределах способствует улучшению шлаковой защиты и насыщению кислородом металла- сварочжания водорода и углерода в наплавленном металле.

Известно, что для снижения (ограничения) содержания углерода в наплавленном металле, а также для улучшения газовой защиты в покрытие электродов вводят окислы железа (гематит). Однако более эффективными в этом отношении являются термически стойкие оксиды хрома, входящие в состав окалины стали 95Х18, имеющие температуру плавления выше 2500 К. Находясь в шлаке, контактирующем с каплями электродного металла, оксид хрома, в отличие от оксидов железа, расплавляясь, реагирует с углеродом металла при более высокой температуре, когда углерод является наиболее активным раскислителем. Введение в покрытие марганца несколько уменьшает обезуглероживающее действие оксида хрома, стабилизируя при этом содержание кремния. Тугоплавкие мелкодисперсные окислы хрома служат также центрами газообразования и активного выделения окиси углерода и других газов. Кислород является элементоИ, наиболее активно препятствующим поглощению водорода жидким желе-. зом. С повышением содержания кислорода в металле растворимость водорода понижается, что исключает появление пористости и повышает стойкость против образования

20 кристаллизационных трещин. Кроме того, кислород как поверхностно-активный элемент способствует мелкокапельному переносу электродного металла, уменьшая коэффициент разбрызгивания. Однако значительное повышение концентрации кислорода в наплавленном металле оказывает отрицательное воздействие на пластические свойства сварного соединения, особенно на ударную вязкость.

Таким образом, совместное .введение оксидов железа и хрома в виде окалины стали 95Х18 оказывает благоприятное влияние на протекание металлургических процессов и газовыделение от момента образования капли до кристаллизации металла шва.

Для эффективного протекания процессов раскисления металла сварочной ванны в состав электродного покрытия дополнительно введены ферросилиций, алюминий и ферромарганец Ф Мн 75 Асб (некондиционный), имеющий следующий состав, мас. ф:

Мп 77-79, С 5,8 — 6,0, Si 3,3 — 3,5, Р О;05, Fe остальное. Данный ферромарганец имеет более низкую стоимость, недефицитен, так как не находит дальнейшего применения в металлургическом производстве из-за высокого содержание углерода и гранулометрического состава (менее 10 мм).

В составе предлагаемого электродного покрытия углерод не оказывает существенного отрицательного воздействия на расплавленный металл. Наоборот, углерод активно связывает избыток кислорода в расплавленном металле, способствует протеканию восстановительных процессов, Дополнительно введенные в состав покрытия кальцинированная сода и хлористый калий способствуют повышению стабильности процесса сварки на токе переменной полярности и улучшению условий газовой защиты расплавленного металла. Следует отметить, что применение кальцинированной соды для этих целей общеизвестно, тогда как использование хлоридов щелочных металлов нетрадиционно. Имея низкую температуру плавления (Т„„: = 776 С), хлористый калий диссоциирует на ионы еще до начала плавления электродного покрытия.

При температуре плавления электродного стержня хлорид калия (Typal и 1500 С) переходит в газообразное состояние, способствуя значительному повышению стабильности дуги на переменном токе, ее эластичности. Это объясняется низким потенциалом ионизации паров калия, что снижает температуру и напряженность поля столба дуги, уменьшая пик напряжения повторного зажигания дуги, Следует также от1722755

55 метить активное взаимодействие образующихся при диссоциации ионов хлора с водородом в покрытии и зоне сварки. В результате протекающих реакций образуется термодинамически устойчивый и нераст- 5 воримый в жидком металле хлористый водород, а количество диффузионного водорода в шве и склонность к образованию пор уменьшается. Это позволяет заменить часть обычно вводимого для этой цели в покрытие 10 плавикового шпата, который, являясь сильkblM деионизатором, ухудщает параметры столба дуги, особенно при сварке на переменном токе.

Конкретные составы электродного по- 15 крытия приведены в табл. 1. По указанным составам было изготовлено методом опрессовки на лабораторном электродном прессе пять партий электродов. B качестве связующего компонента использовали ка- 20 лиево-натриевое жидкое стекло с одулем

2,5-3,0 и плотностью 1,25-1,29 г/см, On ытными электродами выполняли сварку пластин д = 6 мм размером 80 х 200 мм на переменном и постоянном токе обратной 25 полярности (Ic = 120 — 140 А; 0д = 28 — 30 В; бэ = 4 мм).

Из сварного соединения механическим способом вырезали образцы для механических испытаний и металлографических исс- 30 ледований. Механические испытания проводили в соответствии с ГОСТ 6996-66.

Результаты механических испытаний (табл.

2) показали наиболее высокий предел прочности металла сварного шва, выполненного 35 электродами Вг = В4, по сравнению с прототипом. Показатели ударной вязкости при этом соответствуют требованиям, предъявляемoIM к электродам типа Э50 (KCU ) 8 Kt cz м/см ). 40

Наплавленный металл имеет следующий химический состав, мас.%: С<0,22, Мпа

40,97, Si < 0,62, Cr < 0,3, S < 0,030, .

< 0,035, Oz< <0,058.

Металлографическими исследованиями 45 установлено, что металл шва имеет мелкозернистую ферритно-перлитную структуру и незначительное количество неметаллических включений.

Предлагаемое покрытие обеспечивает 50 высокие сварочно-технологические свойства (табл, 3): стабильное горение дуги, минимальное разбрызгивание, хорошее, формирование наплавленного металла, легкая отделимость шлака, отсутствие пор, трещин и т.д.

Результаты проведенных исследований подтверждают возможность осуществления изобретения и получения положительного эффекта при использовании совокупности существенных признаков изобретения (табл, 1 — 3).

Итак, по сравнению с прототипом, разработанное электродное покрытие позволяет использовать отходы промышленного производства черной и цветной металлургии, получить высокие сварочно-технологические свойства и при этом существенно снизить стоимость изготовленных электродов, сэкономить дефицитные ферроматериалы, обеспечив необходимые механические свойства сварного соединения, Формула изобретения

Состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых и низколегированнbiх конструкционных сталей, содержащий мрамор, ферросилиций, ферромарганец, криолит, оксид железа, оксид кремния, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью улучшения сварочно-технологических свойств электродов при сварке на постоянном и переменном токе, снижения стоимости электродов, состав покрытия дополнительно содержит плавиковый шпат, алюминиевый порошок, кальцинированную соду, хлористый калий, в качестве ферромарганца введен ферромарганец Ф Мн 75

Ас6, оксид железа введен в виде окалины стали 95Х18, а оксид кремния и криолит введены в виде шлама производства ал юминия, при следующем содержании компонентов, мас,%:

Мрамор 30-35

Плавиковый шпат 8-13

Шлам производства алюминия 10 — 15

Окалина стали 95Х18 13 — 20

Ферромарганец Ф Мн 75 Асб 6 — 10

Ферросилиций 5 — 6

Алюминий 4 — 8

Кальцинированная сода 2 — 5

Хлористый калий 2 — 7 причем шлам производства алюминия имеет следующий состав, мас.%: Ab03 56 — 59, Na 9 — 10, F 11 — 14, FezOz 0,5 — 1,1, Na2S04 0,5—

1,5, Я!02 0,5 — 0,6, S 0,023 — 0,123, С ь 0,6.

1722755

Таблица1

Конструктивные особенности электродов

Содержание компонентов, мас.3, в составах

Составляющие электродов и компоненты покрытия

Прото- В< В Вз В» В тип

Электродное покрытие:

Углерод 3

Гематит

Кремнезем 1 ,Ферромарганец 7

Ферросилиций 1

Ферротитан 12

Криол ит

30 32 35 33

Мрамор 40

Полевой шпат 10

Плавиковый шпат

15 13 10 8

17 15 12 10

1О 13 16 20 шлам производства алюминия

Окалина стали

95Х18

Ферромарганец

Ф Mq 75 Асб

12 10 8 6

2 4 6 8

Алюминий

Сода кальцинированная

3 2

4 7

Хлорид калия

П р и м е ч а н и е: электродный .стержень - сварочная проволока Св-08А

Таблица2

Механические свойства металла сварного шва

Предел прочности, ИПа Ударная вязкость (кГс/мм2) Дж/см2 (кГс м/см2) Состав электродного покрытия

Род тока

Переменный Постоянный

Постоянный Переменный

535 (53, 5)

510 (51)

550 (55)

580(58)

570(57)

500(50) Прототип

П р и м е ч а н и е: приведенные .в таблицих данные подтверждаются актом испытаний предлагаемого электродного покрытия в, в) в в в

500 (50)

520 (52)

580(58)

600 (60)

580 (58)

52О (52) 160 (16)

120(12)

120 (12)

110 (11)

110 (11)

80(8) 120(12)

120 (12)

110 (11)

110 (11)

100 (1О)

80 (8) 1722755

> в ! и

I

1

1 вв,

ВО В

I

IZ

I Э

I Z

IO

l2 I «

SI Y

rI o

>S I о!о

l-I «

uI fQ

)>>и X

1

0)l Э

Э! Э э!э о!о аи а о!о хих

1

Q;I I0

fQ1 lg

Эв Э о!о

CLI О. о!о хих

1 си Q;

fgl lg

Y1 Y о!о ои о

Бв л

mI ш

1

0)l 0) о!о

ZI Z тl т

Sl S

«l

I-1 Iо!о

Шв Ш

SI S

rI r

> 1 >Я о!о 1-1 Iои о

»и >

I

lX; I

lgl fg

Yl Y о!о ои в) лl л

Ш! Ш

I (IX, I fQ

f0 I Z э!т

OI S аи в о! их!о

0)1 l2

Sl S т! т

> и>е о!o

l-I Iо!о

0>и О>

KI IL

fg1 вО

ZI Z ти т

Sl S

«1 С

l-I louo!

lD I о!э тл о

rI z

ыи т с! s в-в с о! во

I ваяв lL

fQ1 П)

Yl Y

OI О в)и о л! .а

ШВ Ш о ч о

Э с () в

Q; l fk

ВО! IX;

Yl Z о!ч в)! Э

Z>l CL

mI o

Ш! Ф

Sl S ти т

>XI >S о!о

I-I Iои о

:»и:»

Kl К

lgl fg

ZI Z

rI т

Sl S с! с

l-I louo

0) I

OI 0)

zlЭ

r1

SI O

В!CL и-! о

O1 X

lg

Iо

>Я о

Ш о

Э

Y о

Э т

L о о с

z х

Э

II о

z о

CL

lg

Ш о

I Z

1 Э

IZ ио

m1 стиo

> I о!о

|-! с

OI fQ

О>в X

l 1

I S

1 CL ио

1 l2

Э! l0)l О) 1 С

Ol m

Ои О о!с хв о

1

Ill В0

fgl К

YI Z

Ol ч ои Э

Э!а

m I и.) Э о

z с

Э вВ0! В2

fgl lg

Э|Э о!о аи О. о!о хих

I 1

I S

I CL ио

0)l Ш о! итиЭ

r1«

sI m

«l O в-! Ч

OI »

1 Z

1 0) иz

IO шв с

S1 Y

rI o

> 1 о!о и-! с

OI fQ

0>и X

Kl

fgl fL

Yl lg

OI Y

uI f0 л! S

Шl Z

IL I

fQ1 В0

zl fQ тl Э

SI 0

«l CL

I-l O

O1 X

Э о

Z с

0) 1 S г

fD

1 ! X

z

1 lg

1 т

1 Э

1

1 в X

I

I С и

1 о !

К

1 S

f>) z о э

Ш CL о л в

Iо s о

О; л с z

S Э

ВО Ч

fQ K

:» о вО!

O. вО

Q

«. S

fQ Х

I- |О

Э 12

x o

Л lg

1- а

О |О о о

z y о

С вО

l2 о э

Э

z вО

Ш lg о m

О. Э

x o

CL L о о е3. z

1о s о

X O. о с )

fD ч >х в- о о ш

L

О> ч

CL о с

1

1

1

I

1 !

I в

l !

1 в

I и в

i

1

I I

I I

1 1

1 I в в в

1 I 1

1 I I

I 1

Й\

I Cf) 1

1 1

I 1

I И вЂ” 1! I

1 I 1

Ш I 1

И fg I 1

1 l- I 1 в.) и 0 и и

Ов С|

1 Ж I

I I 1

l I

1 I I

I 1 1

I 1 1! I 1

В I 1

I 1 1

I I 1

I 1 1

I 1 1

I I 1

I I 1

I 1 1

I I CQ 1

I 1 1! 1 1

1 1 I

I 1 I! I l

I 1 I

1 1 I

1 1 I

1 1 I

1 1 I

1 I I

1 I !

1 1 I с

1 1 S I

1 в l- I

1 О

1 I 1- I

1 CL I с

I 1

Г 1

1 1! 1 в 1

1 1 в 1

1 I

I 1

1 1

I S 1

I С 1

I lD 1

I u- 1! fg 1

1 0) 1 в fg 1

1 1 о I

1 l

I 1

I 1

1

1

I

X о ! Z

I Z

I О) !

I Э

1 O.

1 Э

1 C

1 ! |О

I ! Э

I ! О.

I вО ! ш о

l ! S

1 CL с

I I

1 л с ! 0) ! lI fQ

1 Z

I Э ! X

I вО

z ! Я

1 Э х о

I II

1 о

I Z

1 О

1 Iо о с

1 fg

1 Х

I Э !

1 O.

I fQ

I Ш о

1 S ! CL с

1 I

1 л

1 С

I 0)

1 II

1 « ..0) в.) )с