Состав порошковой проволоки для сварки открытой дугой стальных конструкций с алюминиевым покрытием

 

СОЮЗ,COBETGHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1054000

Зс50 В 23 К 35/368

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«« «««

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3469343/25-27 (22) 14.07.82 (46) 15.11.83. Бюл. и 42 (72) А.Г.Василенко, В,М.Карпенко, Г.Б.Билык и А.Ф.Власов (71) Краматорский индустриальный институт (53) 621.791.042.3(088.8) (56) 1. Патент США И 4003766, -кл. В 23 К 35/34, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Ю 360183, кл. В 23 K 35/368, 17. 12. 71 (прототип) . (54) (57) СОСТАВ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ

ДЛЯ СВАРКИ ОТКРЫТОЙ ДУГОЙ, СТАЛЬНЫХ

КОНСТРУКЦИЙ С АЛ!ОМИНИЕВЫМ ПОКРЫТИЕМ, состоящий из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей окислы железа, ферросили ций, ферромарганец, плавиковый шпат, мрамор, рутил, железный порошок, о т .л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения пластично-вязких свойств металла шва за счет более полного окисления алюминия и последующего удаления окисла алюминия через шлак и повышения сварочно-технологических свойств порошковой проволоки при сварке стальных конструкций, покрытых слоем алюминия более 100 мкм, . шихта дополнительно содержит двуокись циркония и кремнефтористый натрий, а окислы железа введены в виде ока" пины при следующем соотношении ком" понентов состава„ мас.7,: . Окалина 8,6-9,0

Ферросилиций 0,2-0,6

Ферромарганец 1,8-2,6

Плавиковый шпат - 1,5-3,0

Мрамор О, 5-1,0, Рутил 1 5-310

Двуокись циркония 0,5-1,0

Кремнефтористый натрий 2,0-2,5

Железный порошок 8,2-12,5

Малоугперодистая стальная оболочка Ост ал ьное

2 покрытых алюминием толщиной до

300. мкм.

Сварные швы, выполненные данной порошковой проволокой обладают IlpH этом плохой отделимостью шлака, что объясняется значительным переходом в наплавленный металл алюминия с поверхности иэделия, который приво.дит к образованию нитридных и оксид10 ных включений, .отрицательно влияющих на пластично-вязкие свойства. Наличие в проволоке:Ферротитана, являющегося сильным окислителем, усугубляет действие алюминия и ухудшает . 15 отделимость шлака, Кроме того, повышенное содержание газошлакообраэующих компонентов, особенно мрамора, плавикового шпата, рутила, наряду с другими Факторами

20 служит причиной разбрызгивания элек- . тродного металла, склонности наплавленного металла к пористости, образования большого количества шлака, затрудняющего сварку,в вертикальном положении, а также сварку деталей вращения малого диаметра s результате его стекания.

Целью изобретения является улучmesne пластично-вязких свойств металла за счет более полного окисления алюминия через шлак и повышение сварочно-технологических свойств порошковой проволоки при сварке сталь" ных конструкций, покрытых слоем алюминия более 100 мкм.

Остальное

Изобретение относится к составам порошковых проволок для сварки откры той дугой ао всех пространственных положениях стальных конструкций с алюминиевым покрытием толщиной до

300 мкм.

Известна порошковая проволока 1.1) для сварки стали с алюминиевцм покрытием, содержащая в шихте следующие компоненты, мас.Ф:

Кремний < 1,5

Марганец 1 1,0

Фтористый кальций 2-15

Окислы металлов (с основяостью смеси 1„0-12,5 } 15" 50 .Железный порошок Остальное Данная проволока не обладает не обходимыми сварочно-технологическимй, свойствами при сварке сталей с алюминиевым покрытием толщиной более

100 мкм из-за значительного перехода алюминия из.покрытия в сварной шов, в результате чего "ухудшаются пластично-вязкие свойства сварного шаа и отделимость шлака.

Известна также порошковая проволока для сварки конструкций L2 ), покрытых алюминием, состоящая из ме— таллической оболочки и порошкообразной шихты, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас. :

Гематит 1,14-2,28

Ферросилиций 0,57- 0,76

35 ферромарганец 0,57-0,76

Плавиковый шпат 6,08-6,46

Мрамор 1 71 "2 13

Рутил 5, 89-6, 27

Железный порошок 17,6- l9,4

Ферротитан 1, 33-1, 71.

Металлическая оболочка

Известный состав проволоки обла .дает необходимыми сварочйо-технологи"l ческими свойствами при сварке стали с алюминиевым покрытием до 200 мкм.

Однако для сварки покрытия толщиной до 300 мкм данная проволока содержит недостаточное количество окислов металла, обеспечивающих окисление алюминия и удаление полученного окисла

А1 20 в шлак. А следовательно, не 55 обесйечиваются требуемые пластичновязкие свойства сварных соединений, выполненных на металлоконструкциях, Поставленная цель достигается тем, что состав порошковой проволоки для сварки открытой дугой стальных конструкций с алюминиевым покрытием, .состоящий иэ малоуглеродистой сталь" ной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей окислы железа, Ферросилиций, Ферромарганец, плавикоаый шпат, мрамор, рутил, железный порошок, дополнительно содержит двуокись циркония и кремнефтористый натрий, а окислы железа введены в виде окалины при следующем соотношении ком" понентов состава, мас.3:

Окалина 8,6-9,0

Ферросилиций 0,2-0,6

Ферромарганец 1, 8-2,.6

Плааиковый шпат 1г5 3,0

Мрамор 0 5 1,0 .Рутил 1,5-3,0

Двуокись циркония 0,5-1,0 1054000

8,2-12>5

Кремнефтористый натрий 2,0-2,5

Железный порошок

Иалоуглеро- 5 дистая стальная оболочка Остальное

Процентное содержание вводимой в проволоку окалины 8,6-9,03 опре" делено из расчета, чтобы ее масса 10 составляла с расправляемым алюминие" вым покрытием (2, 15-2,25 г на 100 г . проволоки } отношение 4:1, чтобы масса получаемой в процессе сварки же лезоалюминиевой термитной смеси со- 15 ставляла не менее 3Я массы шихты проволоки, что позволяет в полной мере осуществить экзотермическую реакцию 3FeO +2А1 = А1 0Э+ 3Fe (аналогично с Fe>0 > и Ге О+) и, та- 20 ким образом,вывестй алюминйй иэ сварного шва путем окисления его и удаления получаемого окисла в шлак, что обеспечивает требуемые пластичновязкие свойства сварных соединений, вы-25 полненных на металлоконструкциях, по..крытых алюминием.

Выделившееся в процессе взаимоцействия окислов железа с алюминием

L покрытия термитное тепло увеличивает время существования сварочной ванны в жидком состоянии, что создает более благоприятные условия . для удаления.окисла А1 0 в шлак путем его всплывания и выноса на поверх-, ность раздела фаз, а восстановленное в этой реакции железо увеличивает коэффициент наплавки порошковой проволоки.

Выбор окалины по сравнению с другими окислителями, например ге» матитом, произведен исходя иэ более низкого содержания s ее составе серы (не более 0,0411 ) и фосфора (не более

0,0)21 ), являющихся вредными примесями в металле сварного шва (концентрация серы и фосфора в гематите до

О, 153 каждого), а также из того, что окаЛина является дешевым и недефицитным отходом производства стальных эа50 готавок.

Введение кремнефторида натрия совместно с плавиковым шпатом и мрамором при меньшем содержании последних по сравнению с проволокой-прототипом способствует образованию раннего шла- 55 кового расплава, позволяет повысить жидкотекучесть и улучшить кроющую способность шлака, уменьшить опасность образования пор и получить плотный металл. Кремнефтористый натрий благоприятно влияет и на процесс расплавления металлических составляющих шихты, так как переходя- в жидкое состояние, он повышает электропроводность сердечника проволоки.

При меньшем, чем 2,04 введении кремнефтарида натрия, эффект от него проявляется незначительно. Верхний предел 2,53 выбран из соображений количества газошлакообразующих компонентов проволоки.

Введение двуокиси циркония позволяет снизить газонасыщенность метал" ла .сварного шва, что существенно повышает его пластичность.

Введение двуокиси циркония совместно с рутилом, а:также уменьшение в 3 раза содержания мрамора, снижает потери металла на угар и разбрызгивание. Пределы содержания вводимой двуокиси. циркония выбраны из соображений ее дефицитности и высокой стоимости (верхний предел 1,03 ) и появления эффекта от ее введения

-(нижний предел 0,53 ).

Пределы содержания Ферромарганца и ферросилиция выбраны из расчета, чтобы соотношение марганца и крем" ния в проволоке было близким к 3:1, что обеспечивает высокие значения ударной вязкости (при сварке сталь" ных металлоконструкций с алюминие- вым покрытием }. Верхняя граница содержания ферросилиция в проволоке (О, 63 ) ограничена по причине увеличения количества неметаллических включений s сварном шве с увеличением содержания кремния. Нижний предел содержания ферромарганца и ферросилиция ограничен заданными .значения" ми характеристик прочности металла шва, которые с уменьшением содержа" ния в нем марганца и кремния снижа" ются.

Количество газошлакообразующих: мрамора, плавикового шпата и рутила, выбрано из расчета их соотношения

1:3:3 и суммарного содержания всех гаэошлакообразующих в проволоке, близкого к 153, что обеспечивает хорошую газовую защиту, кроющую способность шлака и другие сварочно-технологические свойства проволоки, Оставшийся обьем трубчатой порошковой проволоки заполнен железным порошком, обеспечивающим увеличение

1054000

Таблица

Содержание в проволоке, мас. 4

II Ш

Компоненты

8,6

8,8

9,0

Окалина ферросилиций ферромарганец

Плавиковый шпат

Мрамор

Рутил

Двуокись циркония

0,6

0,4

0,2

2,2

2,6

1,8

3,0

2,5

1,0

0 5

0,8

3е0

2 5

1 5

0 5

0,8

1,0

Кремнефтористый натрий

2 5

2,0

2,2

9,8

8,2

12 5

Железный порошок

Металлическая оболочка

Остальное Остальное Остальное

Для изготовления самозащитной порошковой проволоки диаметром 3 мм применяется стальная лента марки 08 кп раз"З5 .мером 0,5х 15 мм. Коэффициент заполнения проволок составляет 0,29-0,31. Проволока при сварке стали с алюминиевым покрытием толщиной до 300 мкм обеспечивает устойчивое протекание дуго- 4О вого процесса, хорошее, формирование шва, меньшее разбрызгивание электродного металла.

Перед сваркой проволоку прокаливают при 250"260оС в течение 1 ч.

Сварку выполняют .аппаратом АБС постоянным током обратной полярности от выпрямителя ВС-600.

Сваривают пластины 200х100х12 мм из стали СТЗеп (О, 154 С; 0,553 Мп;

0,253 S l; 0,023 Р; 0,033 S), покрытой методом электродугового напыления слоем алюминия толщиной 300 мкм, стыковым швом в два прохода.

Исследования проводят в диапазоне режимов:

° 55

Сварочный ток, A

Напряжение на дуге, В

Скорость сварки, и/ч коэффициента наплавки и электропроводность проволоки.

Конкретные составы порошковых проволок приведены в табл.1.

Химическим анализом определяют содержание алюминия, серы и фосфора в металле сварного шва. Определяь.r ударную вязкость на образцах типа Vl по ГОСТ 9454-78. Коэффициент разбрызгивания определяют как отношение массы брызг к массе. расплавленного металла проволоки. Определяют также диапазон напряжений на.дуге, в котором может быть получен сварной шов без пор.

Для определения количества шлака на 100 г наплавленного металла выполняют наплавку одиночного валика и определяют массу наплавленного металла и шлака, образовавшегося в результате плавления проволоки.

Отделимость шлаковой корки определяют путем приложения ударной нагрузки со стороны корня шва сваренной пластины и отнесения площади отделившегося шлака к работе удара. Температура сварного шва при определении отделимости шлаковой корки составляет 450 С. Усредненные результаты о испытаний сведены в табл.2.

1054000

Таблиц а 2

Ь

Отделимость держае алюния в талле арного а, мас.Ж

Содержание в металле сварного шва, масА, не более

Состав

Коэффициент раэбрыз" гивания, Ф

Ударная вяэкост ь, Дж/сми

Верхний предел напряже" ния на дуге, при котором может быть получен сварной шов без пор

A aa

Масса шлака на 100 г наплавленного . металла шлака, см /кг м фосфора серы ° ю я"

792

0,013

126

13,3 0,029 0,028 5,5

Ц 0,675

l3 7 0,026 0,025 5,3

7,4

128

1П. О, 018

14, . 0,022 0,019

33 . 32

5,0

Прототип 0,3

16,9 0,052

0,047 2,1

9,1

Составитель: Н.Германова

Техред Ж.Кастелевич Корректор,A.Äçÿòêî

Редактор М.Колб

Заказ 8983/12 Тираж 1106 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва 3-35, Раушская наб, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таким образом предлагаемая порошковая проволока обладает значитель но большей окислительной способностью no отношению к алюминию покрытия, Это видно по снижению более чем в ЗО

15 раэ содержания алюминия в сварном шве, что обеспечивает увеличение в

1,3 .раза ударной вязкости, по сравнению с известным составом проволокипрототипа. В два раза снижается ко- 35 личество вредных -примесей (серы и фосфора ) в металле сварного шва. B

2,5 раза улучшается отделимость шлаковой корки, .в 2 раза снижается склонность к порообразованию. Коэффициент разбрызгивания уменьшается на 223, Общее количество шлака уменьшается íà 234 при сохранении хороших сварочно-технологических свойств проволоки.