Состав электродного покрытия

 

Изобретение относится к области сварки, в частности к составам электродных покрытий, предназначенных для сварки стыков трубопроводов из углеродистых и туголегированных сталей Целью изобретения является снижение склонности сварного шва к порообразованию В состав электродного покрытия, содержащего, мас.%: фaмop 45-55, криолит 2,5-6,0, ферросилиций l-i, ферромарганец 3-7, ферротитан 8-15, пластификаторы 0,5- 1,5 и плавиковый шпат, дополнительно введены алюминий и политетрафторэтилен в количестве соответственно 0,2-3 и О,1-3о При этом отношение содержания алюминия к политетрафторэтилену составляет 1-3, что приводит к снижению содержания газов в наплавленном металле. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (504 В 23 К 35 365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСНОМУ CENQETEllbCTB Y (21 ) 3857235/25-27 (22) 18.02.85 (46) 30.09,86. Бюл. МР 36 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

"ЦНИИТМАШ" (72) О. С. Каковкин, Н. Н. Потапов, В. Б. Пеньков, В. М. Хананов, А. Б. Геллер, Ю. В. Сванидзе, С. Н. Вивсик, К. С. Филонов и Е. А. Караваева (53) 621,791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 335892, кл. В 23 К 35/265, 06. 1.0. 79.

Авторское свидетельство СССР

9 625880, кл. В.,23 К 35/365, 05. 05. 77.

Авторское свидетельство СССР

N 428892, кл. В 23 К 35/365, 19.10.72. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к области сварки, в частности к составам электродных покрытий, предназначенных для сварки стыков трубопроводов из углеродистых и туголегированных сталей. Целью изобретения является снижение склонности сварного шва к порообразованию. В состав электродного покрытия, содержащего, мас.7: мрамор 45-55, криолит 2,5-6,0, ферросилиций 1-, ферромарганец 3-7, ферротитан 8 — 15,пластификаторы 0,51,5 и плавиковый шпат, дополнительно введены алюминий и политетрафторэтилен в количестве соответственно

0,2-3 и 0,1-3, При этом отношение содержания алюминия к политетрафторэтилену составляет )-3, что приводит к снижению содержания газов в наплавленном металле. 4 табл.

1260159

Отсутствие алюминия сказывается на окислительном потенциале покрытия и процесс зажигания дуги.

Таким образом, совместное введение алюминия с политетрафторэтиленом в соотношениях 1-3 обеспечивает прохождение реакции (1), что приводит к уменьшению в наплавленном металле азота, кислорода и водорода, а также уменьшает склонность к пористости

Изобретение относится к сварке и касается составов покрытий электродов, которые могут применяться для сварки углеродистых и низколегированных сталей, в частности для 5 сварки стыков трубопроводов.

Цель изобретения — повышение качества сварного соединения за счет снижения склонности металла шва к порообразоваиию.

Введение алюминия совместно с политетрафторэтиленом в покрытие в указанных пределах дает возможность осуществить специфическую металлургическую проработку металла во время сварки и снизить в наплавленном металле содержание кислорода, водорода и азота.

Совместное введение алюминия и политетрафторэтилена в соотношениях 1-3 и количествах, приведенных вышее, способствует благодаря низкой температуре плавления алюминия и большой активности алюминия и фтора в зоне плавлений протеканию реакции

2А1+ЗРг =2AlF (1) и тем самым тормозит разложение

A1F входящего в состав криолита, в результате чего способствует защите расплавленного металла в момент З0 зажигания дуги, Фторид алюминия обладает. специфическими свойствами. о

При сварочном процессе он присутствует в газовой фазе и в шлаке и благодаря активности способствует умень- 35 шению в наплавленном металле содержания кислорода и азота, Увеличение содержания криолита вместо политетрафторэтилена приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств электродов, так как входящий в состав криолита Na. А1Р при увеличении последнего выше 67 совместно с алюминием ухудшает отделимость шлака, возможность сварки в пространственных положениях и увеличивает разбрызгивание. при наличии хороших сварочно-технологических свойств электрода.

Присутствие мрамора в составе покрытия обеспечивает газовую защиту расплавленного металла от воздуха.

Это происходит за счет диссоциации мрамора во время сварки:

СаСО СаО+СОг, (2)

2СОг - 2СО+20. (3)

Присутствие в покрытии политетрафторэтилена, содержащего (-CFi-CF ) способствует нейтрализации кислорода газовой фазы

СОг+С - 2СО. (4)

Продукты этой реакции термически устойчивы и нерастворимы в жидкой стали.

Фтор является сильнейшим окислителем, превосходящим по окислительным свойствам кислород. Из соединений, содержащих фтор, политетра— фторэтилен обладает наиболее приемлемыми свойствами, что обуславливает его введение в покрытие, Политетрафторэтилен не взаимодействует с жидким стеклом и при о нагревании свыше 400 С разлагается, В отличие от окислов фториды имеют более низкую температуру воз3 гонки и не растворимы в металле, Наличие фтора в реакционной зоне способствует получению наплавленного металла чистым по водороду, азо-. ту и кислороду.

Активность фтора и физические свойства его соединений способствуют такому явлению физико-химической обработки, как блокирование активных электродных зон и сварочной ванны. В результате в наплавленном металле снижается содержание кислорода, водорода и азота, Наличке политетрафторэтилена в покрытии способствует упрочнению покрытия и увеличивает его влагостойкость, При прокалке электродов о при 350-400 С политетрафторэтилен плавится без разложения, что обеспечивает указанные свойства.

Содержание политетрафторэтилена меньше указанного предела не обеспечивает уменьшение кислорода, водорода и азота в наплавленном металле.

Введение политетрафторэтилена выше указанного предела ухудшает технологичность при изготовлении, так как политетрафторэтилен плохо

12601 59

t0 смачивается жидким стеклом и ухудшает физико-химические снойстна шлаков в процессе сварки.

Введение н состав покрытия алюминия (сильный раскислитель) позво- 5 ляет производить интенсивную металлургическую проработку системы газ— шлак — металл.

Алюминий, как сильный раскислитель, позволяет изменять газовую фазу, образующуюся при плавлении электродов, а именно снижать окислительный потенциал:

ЗСаСО +2А1=3(СаО)+ЗСО+(А1 Оз) (5)

Al О . — продукт изменения газовой 15 фазы — переходит в шлак и, являясь термически прочным соединением, не взаимодействует с расплавленным ме.таллом.

Введение алюминия в покрытие сни- 20 жает содержание кислорода в наплавленном металле, а также способствует лучшему процессу зажигания дуги за счет эффекта термоионизации. Это происходит благодаря низкой темпера- 5 туре плавления алюминия, большего его сродства к кислороду и большого теплового эффекта реакции окисления.

Введение алюминия в покрытие ниже 0,2 мас.X приводит к легированию 30 . наплавленного металла алюминием и вследствие этогок снижению пластичности малоуглеродистых и низколегированных сталей, кроме того увеличивается разбрызгивание во время свар- З5 ки.

Количество плавикового шпата в покрытии ограниченно его физико-химическими свойствами, влияющими на шлаки, образуемые при плавлении 40 электрода.

Присутствие криолита совместно с политетрафторэтиленом и алюминием улучшает служебные свойства наплавленного металла и уменьшает склон- . 45 ность к пористости. Это обусловлено физико-химическими свойствами A1F

7 и составных соединений криолита (1 . 6) °

Нижний предел введения криолита 50 н покрытие 2,5 мас. — это минимум, при наличии которого проявляется металлургическое влияние криолита, обеспечивающее указанное действие.

При меньшем количестве эффект не 55 наблюдается.

Максимальный предел введения криолита 6 мас.X. При большем количестве ухудшаются сварочно-технологические свойства, связанные с увеличением жидкотекучести шлаков и формированием шва.

Ограничение содержания мрамора в покрытии до 55 мас.% и применение пластификаторов 0 5-1,5 мас.X позволяет получить хорошую технологичность при изготовлении.

Нижнее значение мрамора в покрытии 45 мас.X. объясняется необходимым минимумом газов, выделяемых при плавлении электродов, необходимых для защиты расплавленного металла от воздуха. Это особенно касается электродов малых диаметров (2,0;

2,5> 3,0 мм), для которых применяется предлагаемое покрытие.

Таким образом, применение элект.— родов с предлагаемым покрытием позволяет повысить качество металла шна и снизить расходы на исправление дефектов сварных соединений.

Для оценки свойств электродов с указанным покрытием изготовлены опытные партии электродов по 5 кг каждая, Составы покрытий приведены в табл. 1

Электроды готовили на электродообмазочном грессе модели АОЭ-1, Технология изготовления стандартная, принятая для электродов со фтористокальциевым покрытием. Стержни электродов изготавливались из сварочной проволоки Сн-08А по ГОСТ 2246-70, Диаметр стержней 2,5 мм. Диаметр калибрующей втулки 4,2 мм. Коэффициент массы покрытия всех вариантов электродов 50+3%. После естественной сушки в течение 24 ч электроды прокаливали н камерной электрической печи при 350 С в течение 1,5 ч.

Испытания электродов проводились в соответствии с требованиями ГОСТ

9466-75. При этом исследовались сварочно-технологические свойства электродов, химический состав металла шва; механические свойства металла шва.

Сварочно-технологические свойства покрытий разных электродов оценивали с помощью экспертных оценок по баллам. Оценивали в баллах следующие характеристики. склонность к образованию пор, зажигание дуги, повторное зажигание дуги, отделимость шлака; разбрызгивание во время сварки.

5 1260

Основной браковочный признак при сварке труб поверхностей нагрева котлов — наличие пор в наплавленном металле. Склонность электродов к порообразованию оценивали по пятибальной шкале. 1Х брака снижал оценку на О,1 балла.

Для проверки склонности электродов к порообразованию каждым вариантом электродов заваривали по 40 0 трубных стыков в,неповоротном положении (труба 32 5, стапь 20). Сварка выполнялась в два слоя, Режимы сварки. Х,е =70-90 А, У =24 В, После сварки для выявления пор !5 стыка подвергались послойной проточке шва по диаметру с осмотром поверхности каждого слоя через лупу пятикратного увеличения. Толщина каждого снимаемого прн проточке слоя 20 равнялась О,1 мм.

При выявлении одиночных газовых свищей ф 1,5-3 мм или групп, мелкорасположенных по 0,1-0,3 мм, стык считали бракованным. Стыки, в которых поры отсутствовали ипи количество их не превышало два размером по 0,2 мм, считали прошедшими контроль.

В табл. 2 показаны свойства злект- 30 родного покрытия, Электроды с укаэанным покрытием обеспечивают высокую стойкость наплавленного металла к порообразованию.

Зажигание дуги также является . З5 важным показателем, так как в значительной мере определяет качество сварного соединения. Процесс зажигания дуги оценивали по трехбальной шкале, Основнымн критериями слукили 40 разрывная длина дуги, определяемая по известной методике К, К. Хренова, и минимальный ток, при котором возбуждался стабильный дуговой разряд, В процессе сварки покрытыми 45 электродами по ряду причин приходится прерывать процесс. Для возобнов1 ления сварки необходимо, чтобы торец электрода, замыкаемый на основной металл, был электропроводен. 50

В зависимости от состава покрытия при обрыве дуги возможна зашлаковка торца, образование глубокой втулки ипи одновременно с зашлаковкой торца имеет место глубокая втулка. 55

Присутствие этих факторов усложняет процесс зажигания. При оценке электродов на повторное зажигание дуги

159 учитывали состояние торца, глубину и эмиссионные свойства покрытия, Отделимость шлаковой корки — важ ный показатель сварочно-технологических свойств электродов, влияющий в значительной степени на производительность и качество сварки.

Отделимость шлаковой корки оценивали по трехбальной шкале.

Для этого электродами, составы которых приведены в табл 1, заваривали неповоротные стыки из труб (30х3 длиной 150 мм) за один проход, Если шлак после остывания удалялся самопроизвольно, то это оценивалось в три балла. Если самопроизвольного удаления шлака после остывания не происходило, то сваренный стык бросали .на стальную плиту с заданной высоты и после этого оценивали площадь шва, освободившуюся от шлака.

Каждые 40 мм высоты уменьшали показатель на 0,1 балла.

Формирование шва при сварке является важным показателем сварочнотехнологических свойств электродов, особенно при сварке в разделку.

Оценку формирования шва производили на трубных стыках, сваренных при определении отделимости шлаковой корки, Отсутствие подрезов, утяжек и плавный переход наплавленного валика к основному металлу оценивали в

3 балла..Кроме того, оценивали внешний вид шва — величину чешуек и расстояние между ними.

Во время сварки при определении формирования шва производили определение такого показателя, как разбрызгивание, так как наличие брызг во время сварки мешает наблюдению за процессом, а также приводит к загрязнению близлежащей к шву зоне.

При этом оценивали характер разбрызгивания и возможность удаления брызг.

Во время сварки электродами

Ю 1 и 2 наблюдалось непериодическое мелкое разбрызгивание, капли легко удалялись с поверхности металла. Эти электроды получили оценку

3 балла.

При сварке электродами Ф 3 наблюдалось периодическое мелкое разбрыз гивание, капли легкб удалялись с поверхности металла. Эти электроды получили оценку 2,5 балла, 1260159

Таблица .1

Наименование компонентов ° Состав г

45 52 55

397 198 45

Мрамор

Плавиковый шпат

Криолит

2,5 4

6,0.Дальнейшее суммирование баллов по каждому определенному составу электродного покрытия (табл. 2) показало, что электроды Р 1;2 и 3 имеют высокие сварочно-технологические 5 свойства.

Для определени химического состава металла, наплавленного электродами указанных составов, производили восьмислойную наплавку площадью

90х50 согласно ГОСТ 9466-75, Наплавка производилась на пластинах марки ВСт Зсп по ГОСТ 380-71.

Из этой наплавки вырезались образцы для определения кислорода и азота. методом плавки в вакууме.

Содержание диффузионного водоро- да в наплавленном металле определя.лось на карандашах, наплавленных в медных водоохлаждаемых губках. Запирающей жидкостью являлся глицерин.

Результаты химического и газового анализа приведены н табл. 3.

Из результатов газового анализа видно, что содержание кислорода, азота и водорода в металле, нанлавленном электродами N 1,2 и 3, низкое, что определило уменьшенную .склонность наплавленного металла к образованию пор. 30

Различный уровень легирования наплавленного металла определил количество введенных в покрытие ферросплавов.

gTIH определения механических 35 свойств сварного соединения электродами, приведенными в табл, 1, выполнялась сварка двух пластин из ВСТ

Зсп по ГОСТ 380-71 размером 250х90х хЗмм каждая. 40

Сварку пластин производили с двух сторон без разделки кромок с зазором 1,5 мм, обеспечивающим отсутст вие непроваров согласно ГОСТ 9466-75 °

Из сваренных пластин вырезали и изготовили три образца для испытания на растяжение типа ХШ и три образца для испытания на статический изгиб тип ХХV1П по ГОСТ 6996-66.

В табл. 4 приведены свойства наплавленного металла при использовании электродов с покрытием;

Все электроды отвечают требованиям для типа 3-50 А по ГОСТ 9467-75.

Таким образом, электроды г ука". занным покрытием имеют высокие.сварочно-технологические свойства, более устойчивы к порообразованию и . обладают хорошей технологичностью при изготовлении. ю

Формула изобретения

Состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый шпат, криолит, ферросилиций, ферромарганец, ферротитан и пластификаторы, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества сварного соединения путем склонности металла шоа к порообразованию, состав дополнительно содержит алюминий и политетрафторэтилен при.следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Мрамор 45-55

Криолит 2,5-6,0

Ферросилиций 1 5

Ферромарганец 3-7

Ферротитан 8-! 5

Пластификаторы 0,5-1,5

Алюминий 0,2-3

Политетрафторэтилен 0,1-3

Плавиковый шлат Остальное при этом отношение содержания алюминия к политетрафторэтилену составляет 1-3.!

1260 59

Продолжение табл.1

Йанмвиованив «омпоиентов

I 2 . Э

Алюминий

0,2 1,5 3

0,1 0,7 3

Карбоксиметилцеллюлоза (пластификатор) 0,5 1,0 1,5

Таблица 2

Оценки составов, балл з

Показатели сварочнотехнологических свойств

Склонность к образованию пор

4,5

4,3

4,5

2,5

3,0

3,0

2,5

2,5

3,0

2,5

2,5

2,5

3,0

3,0

3,0

Формирование шва

Разбрызгивание во время сварки

3,0 3,0

17,8 19,3 17,4

Итого

Таблица 3 г 1 Вм"те си /100 г

Составы электрод щи локрытил

Содерввиие элементов в иетелле ива, Т

L" Г. 1 ц (rg (°

0,17 0,8

0,)0

0,036 0 018 0 018

0,019

О,ll 0,38 1 l 0,028 0,012 0,0! 7 0,018

0,12 0,65

1,9

Политетрафторз тилен

Ферросилиций

Ферромарганец

Ферротитан

Зажигание дуги

Повторное зажигание дуги

Отделимость шлака

1 3 5 5

3 4,0 7

8 13 5 15

0,022 . 0,012 0 017 0 018

1 ° 7-! 9

1, 1-1,3 0,8-1,!

1 2601 59

Таблица 4

Составы покрытия кгс/cM

Минимальные по

ГОСТ 6996-66

150

Предлагаемые

180

50,8

53,8

180

59,5

170

Составитель Н, Иванова

Редактор М. Петрова Техред М.Ходанич корректор С. ШекмаР

Заказ 5168/10 Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

:Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Температура испытания, ОС

Угол загиба о, град