Состав электродного покрытия

 

СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ преимущественно для сварки стыковых швов способом сверху-вниз, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферросилиций, ферромарганец, кварцевый песок, окислы циркония, желееный порошок, алюмосиликат, о т л ичающий ся тем, что, с целью повышения сварочно-технологических свойств путем улучшения проплавляю щего действия электродов при сварке способом сверху-вниз, облегчения отделимости шЛака и увеличения линейной скорости сварки, состав дополнительно содержит ферротитан, сидерит, долоютт, карбонат бария, а алюмосиликат введен в виде ортоклаза при следунвдем соотношении компонентов,- мас.%: 10-15 Мрамор Плавико1-5 вый шпат Ферроси3-10 лиций Ферромар5-10 ганец Ферро10-15 титан (Л Кварце4-8 вый песок 3-5 Сидерит 10-15 Доломит Карбонат 5-8 бария Окислы 5-7 циркония 2-4 Ортоклаз эо Железный Остальное порошок о ;о j; :

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 В 23 К 35 365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3-10

10-15

5-8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3543217/25-27 (22) 26.10.82 (46) 23.03.84. Бюл. 9 11 (72) В.П. Яценко, В.Д. Тарлинский, С.В. Михайлицын и В.П. Костюченко (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт метизной промышленности и Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (53) 621.791.04(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 304099, кл. В 23 К 35/365, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 625880, кл. В 23 К 35/365,05.05.77, 3. Авторское свидетельство СССР

Р 329988, кл. В 23 К 35/365,15.12.70 (прототип). (54)(57) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ преимущественно для сварки стыковых швов способом сверху-вниз, содержащий мрамор, плавиковый шпат„

Ферросилиций, ферромарганец, кварцевый песок, окислы циркония, желев. ный порошок, алюмосиликат, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения сварочно-технологических свойств путем улучшения проплавляю щего действия электродов при свар- ке способом сверху-вниз, облегчения отделимости шлака и увеличения линейной скорости сварки, состав дополнительно содержит ферротитан, сидерит, доломит, карбонат бария, а алюмосиликат введен в виде ортоклаза при следующем соотношении компонентов,. мас ° 4i

Мрамор 10-15

Плавиковый шлат 1-5

Ферросилиций

Ферромарганец 5-10

Ферротитан

Кварцевый песок 4-8

Сидерит 3-5

Доломит 10-15

Карбонат бария

Окислы циркония 5-7

Ортоклаз 2-4

Железный порошок Остальное

1080946

5-10

1-10

5-10

10-15

Изобретение относится к сварке, в частности к составам электродных покрытий, предназначенных преимущественно для сварки стыковых швов в раэличных пространственных положениях, в том числе способом сверху- 5 вниз.

Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас.Ъ:

Плавиковый шпат 5-15

Доломит 50-60

Титановый концентрат

Ферроси- 15 лици и 5-10

Ферромарганец 5-10

Ферротитан 10-20 20

Электроды с таким покрытием пред назначены для сварки сверху-вниз j1 ).

Однако при сварке стыковых соединений они не обеспечивают провар корня шва. Кроме того, эти электроды не позволяют вести сварку с высокой линейной скоростью, несмотря на то, что сам способ сварки сверхувниз предопределяет значительное повышение линейной скорости сварки.

После сварки такими электродами шлак трудно удаляется из разделки.

Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас.Ъ:

Плавико- 35 вый шпат

Ферросилиций 5-15

Ферромарганец 40

Ферротитан

Кварцевый песок 5-10

Фторопро- 45 иэводные этилена 4-15

Мрамор Остальное

Электроды с таким составом покрытия позволяют производить сварку сверху-вниз при обеспечении высокой технологической прочности и высокого уровня вязко-пластических свойств, в:том числе ударной вязФтсти при отрицательных температурах (2).

Недостатками электродов являются слабое проплавляющее действие,и, как следствие, невозможность проварить корень шва при сварке сверху-вниз, неудовлетворитель отделимость неудовлетворительную отделимость сва 60 рочного шлака и низкую линейную скорость сварки. Таким образом, эти электроды, применительно к сварке сверху-вниз, имеют пониженные сварочно-технологические свойства.

5-20

2-10

3-10

10-15

5-7

2-4

Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Мрамор 30-50

Плавиковый шпат

Кварцевый песок 1-10

Ферромарганец

Ферросилиций 2-15

Двуокись циркония 3-20

Ставролит 1-3

Слюда 1-6

Целлюло з а 4-5

В состав покрытия может быть введен железный порошок до 503 (3 ).

К недостаткам электродов с этим покрытием относятся невозможность проварить корень шва при сварке свер ху-вниз и низкая линейная скорость .сварки.

Целью изобретения является повышение сварочно-технологических свойств путем улучшения проплавляю" щего действия электродов при сварке способом сверху-вниз, облегчения отделимости шлака и увеличения линейной скорости сварки, Для достижения поставленной цели состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферро силиций, ферромарганец, кварцевый песок, окислы циркония, железный порошок, алюмосиликат, дополнительно содержит ферротитан, сидерит, доломит, карбонат бария, а алюмосиликат введен в виде ортоклаза, при следую. щем соотношении компонентов, мас.Ъ|

Мрамор 10-15

Плавиковый шпат 1-5

Ферросилиций

Ферромарганец 5-10

Ферротитан

Кварцевый песок 4-8

Сидерит 3-5

Доломит 10-15

Карбойат бария 5-8

Окислы циркония

Ортоклаз

Железный порошок Остальное

Для сварки способом сверху-вниз на обратной полярности с образованием обратного валика необходимо, чтобы газодинамическое давление потока плазмы P„ сварочной ду1080946

25

30 ги, определяющее проилавляющее ее действие удовлетворяло следующим требованиям: при сварочном токе

125 A — P . ) 1 00 Па, при сварочном токе 150 A — Р „ D 150 Па; при сварочном токе 200 А — В ) 250 Па.

Для увеличения газодийамического потока плазмы сварочной дуги (Р гд) в состав покрытия введен ряд разнотипных карбонатов — карбоната кальция, магния, бария и железа, имеющие различные температуры диссоциации. В результате получен достаточно широкий температурный диапазон диссоциации карбонатов. В табл. 1 приведены значения газодинамическогс давления потока плазмы P * и указаны технологические возможности электродов с покрытиями, созданными на базе одного карбоната СаСО> и на базе CACO> « MgCO 3 + FeCO> « BaCOp, с различной темпетатурой диссоциации.

Таким образом, электродное покрытие, созданное на базе CaCO + MgCO«

+ FeCO + ВВ.СО увеличивает проплавляющее действие-сварочной дуги и способствует формированию валика. при сварке корневого слоя шва на спуск °

Кроме того, для сварки сверхувниз с образованием обратного валика необходимо, чтобы электрод обладал запасом технологичности, который определяется разностью характеристической вязкости В1п,)0,5РПаг, разностью поверхностного натяжения db 50 МДж/см и разностью межфаэного натяжения а4 150 МДж/см.

Введение в состав покрытия ферротитана позволяет не только модифицировать микроструктуру металла шва, что повышает ударную вязкость, но и обеспечивает в сочетании с (MgO+

+ Fe>O> + ВаО) необходимый запас технологичности электродов ° Влияние содержания в основном шлаке сис. темы СаО=СаР2 добавок М О (за счет доломита), Ре2оз (эа счет сидерита), TiO> (за счет FeTi) и В8.0 (за счет BaCO3 ) на запас технологичности электрода представлено в табл.2.

Готовят три состава электродных покрытий при следующем соотношении компонентов, которое приведено в табл. 3.

Порошок указанного состава зер- . нистостью менее 0,5 мм смешивают в смесителе с жидким стеклом до получения однородной обмазочной массы.

Затем методом опрессовки обмазочную массу наносят на проволоку СВОЗА диаметром 3,0 мм. Толщина покрытия на сторону составляет 0,8 мм. Изготовленные таким образом электроды подвяливают на воздухе при комнатной температуре, а затем прокаливают при 350 С и испытывают в сравнении с электродами известным составом покрытия (23, который принят за базовый образец.

В табл. 4 приведены результаты промера величины провара при сварке корневого слоя шва стыкового соединения. В данном случае сварку выполняют в потолочном и вертикальном положениях сверху вниз, т.е. в позициях затрудненного проплавления корне)P вого слоя шва. Сварочный ток во всех случаях составляет 90-110А, а величины зазора в стыке и притупления кромок равны соответственно 2,5 и

2,0 мм.

Как видно из табл. 4 электроды ,с покрытием составов I — III обеспе .чивают гарантированный провар корня .шва и получение обратного валика.

В результате этого исключается трудоемкая дополнительная операция под варки корня шва изнутри, которая в отдельных случаях, например, при сварке труднодоступных закрытых со;судов и т..п. вообще невыполнима.

Отделимость шлаковой корки со шва оценивают на маятниковом копре.

Для этого на специальные образцы, в узкую разделку которых направляют валики электродами с покрытиями составов I - III известного состава . 2 маятником наносят удар с дозированной энергией, равной во всех елучаях 0,4 кгс.м. Степень отделимости шлака определяют по отношению площадей откола шлаковой корки с наппавленного валика (табл. 5 } к общей площади наплавки.

Как видно иэ табл. 5 электроды с предлагаемым покрытием обеспечивают улучшенную отделимость шлаковой корки. Это связано с введением

40 в состав покрытия сидерита, который исключает образование комплексных шпинелей на границе металл-шлак.

Линейную скорость сварки и скорость плавления электродов опреде45 ляют при сварке на величине тока, равной 100А (табл. 6).

Введение в состав покрытия электрода железного порошка в сочетании с большим количеством ионизато, ров сварочной дуги обеспечивает на 20-ЗОВ выше скорость плавления электрода, а следовательно, и линейную скорость сварки. Наряду с этим, часть железного порошка иэ покрытия окисляется и образующаяся в шлаке FeO ославляет активность кремневосстановительного процесса, что в сочетании с комплексообразующими окислами титана, циркония и бария повышает механические.свойст60 ва металла шва.

В табл. 7 представлены показатели механических свойств металла шва, полученного с помощью электродов, с покрытиями состава. I-III и

65 известного состава (23 °

1080946

Как видно из табл. 7 электроды с покрытием составов 1-III обеспечивают получение металла шва с механическими свойствами на уровне и даже выше, чем электроды с известным покрытием (21.

1 3a блица 1

Е „,Па *.

Сварочный ток, A

Технологические возможности электрода

Вид покрытия на базе

125

Сварка способом сверху-вниз невозможна

СаСО

150

148

200

128

125

180

150

303

200

Таблица 2

Вязкость в точке перегиба на кривой

fng

Вид покрытия

Расплав Расплав

1 покрытия шлака

Расплав покрытия

Расплав шлака

Традиционная система (CACO> + СяГ ) 2 0,11-0 18 0,11-0,16 200-204

196-268

0,35-0 51 0.,08-0,11 210-230

261-268

0,78-1,32 0,09-0,11 264-272

204-192,a COg + Mg ГО3 +

FeCQ (сидерит)

Дополнительно

+ Fa O3

+ +Т О

Кроме того еще васоз

Легко осуществляется сварка корневого слоя шва способом сверху-вниз с образованием обратного валика

Поверхностное натяжение q i b при температуре

1500 С, МДж/см

1080946,Продолжение табл. 2

Межфазное натяжение б,,ц при температу ре 1500 С

Запас технологичности

Техноло гические возможности электрода

Вид покрытия

Расплав покрытия

По вязкости htny

Расплав шлака

Традиционная система (Саc03 +

+ CaF2) 2 1050-1132

1082-1146 0-0,02 +5-64 6-32 Сварка невозможна

Дополнительно

M80 + Fe 0 +

+ Т102

1170-1150 1148-1112 0,24-0,43 +58

+31

+22

+38

Кроме того еще

ВаСО8

1230-1248 1052-1065 0,67-1,23 -60

-80

-178

-183

Таблица 3

Известное покрытие

Состав

Компоненты

f2) 50

12

Мрамор

Плавиковый шпат

10

10

12

Ферросилиций

Ферромарганец

Ферротитан

Кварцевый песок

По по верхност" ному нат.

Дьп

По межфаэному натяжению м-ш

Возможная сварка сверху вниз, но практически беэ об. раэования обрат. ного валика

Легко осуществляется сварка сверху вниз с об- разованием обратного валика

1080946

Цродолжение табл. 3

I I (остав

10

Карбонат бария

Окислы циркония

Ортоклаэ

Железный порошок

28

Фторопроизводные этилена

Таблица 4

Состав покрытия

Известный (2) -0,Ф

+1,5

+1,0

Таблица 5

Составы покрытий

Показатель

Известный (2 g

Отношение площади

:отколов шлаковой корки к общей площади наплавки

0,85

0,55

0,95

0,92

Сидерит

Доломит

Компоненты

+2>0

+1 5

+2,0

-1,0

+1 0

Известное покрытие

Г21

1080946

Таблица 6

Состав покрытия

Показатель

Скорость плавления электрода, см/с

0,49

0,47

0,45

0,38

Линейная скорость сварки, м/ч

21

20

Таблиц а 7

Состав

Известное покрытие

Показатели механических свойств металла шва

Временное сопротивление разрыву, кг/мм

53л

Предел текучести, кг ммl2

50

28

30

Относительное удлинение,Ъ

Ударная вязкость кгн/см по Менаже(при +20 С ) по Шарпи,(при -20 С)

21

22

7,0

6,5

8,0

9,5 по Шарпи (при -40 С) 4,0

4,5

4,7

Составитель Н. Иванова

Редактор Н. Бобкова Техред Т.Фанта Корректор, A. Тяско

Эаказ 1425/9 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам из обретений H открытий

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

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