Состав электродного покрытия

 

Изобретение относится к области сварки и касается электродных покрытий, используемых для сварки низколегированных и малоуглеродистых сталей. Целью изобретения является повышение стойкости наплавленного металла против порообразования путем снижения окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавляемого металла . Для достижения цели в состав электродного покрытия фтористо-кальциевого типа совместно введены, мае. %: алюминий фтористый 0,05...0,2; алюминий 0,2...1,2 и углерод 0,1...1,2, причем соотношение их количественного содержания А1Рз:С:А1 равно 1:(2...6); (4...6). Совместное введение указанных компонентов позволяет осуществить металлургическую проработку жидкого металла сварочной ванны в процессе сварки. Результатом этого является значительное снижение содержания газов в наплавленном металле. Улучшаются сварочно-технологические свойства электродов, а именно: снижается разбрызгивание металла, улучшается формирование сварного шва и отделимость шлаковой корки, облегчается зажигание дуги. Уровень раскисления и легирования обеспечивается введением, мае. в %: ферротитана 10...16, ферросилиция 2...5 и марганецсодержашего компонента 2 - 6. 4 табл. i W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1388238

51 4 В 23 К 35/365

А1 (OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4138671/25-27 (22) 27.10.86 (46) 15.04.88. Бюл. № 14 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

«ЦНИТМАШ» (72) О. С. Каковкин, В. М. Хананов, В. Б. Пеньков, К. С. Филонов, Г. Г. Носов, Ю. В. Сванидзе, Е. А. Караваева, А. Б. Геллер и Н. Н. Потапов (53) 621.791.04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 880673, кл. В 23 К 35/365, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1260159, кл. В 23 К 35/365, 1985. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к области сварки и касается электродных покрытий, используемых для сварки низколегированных и малоуглеродистых сталей. Целью изобретения является повышение стойкости наплавленного металла против порообразования путем снижения окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавляемого металла. Для достижения цели в состав электродного покрытия фтористо-кальциевого типа совместно введены, мас. о : алюминий фтористый 0,05...0,2; алюминий 0,2...1,2 и углерод 0,1...1,2, причем соотношение их количественного содержания А1Рз.C:А1 равно

1:(2...6):(4...6). Совместное введение указанных компонентов позволяет осуществить металлургическую проработку жидкого металла сварочной ванны в процессе сварки.

Результатом этого является значительное снижение содержания газов в наплавленном металле. Улучшаются сварочно-технологические свойства электродов, а именно: снижается разбрызгивание металла, улучшается формирование сварного шва и отделимость шлаковой корки, облегчается зажигание дуги. Уровень раскисления и легирования обеспечивается введением, мас. в ферротитана 10...16, ферросилиция 2...5 и марганецсодержащего компонента 2 — 6.

4 табл.

1388238

Изобретение относится к сварке и касается составов покрытий электродов, которые могут применяться для сварки углеродистых и низколегированных сталей, в частности, при сварке труб поверхностей нагрева котлов (пароперегревательных установок).

Цель изобретения — повышение стойкости наплавленного металла к порообразованию путем снижения окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавляемого металла.

Введение в состав покрытия алюминия, алюминия фтористого и углерода в указанных пределах и указанном соотношении позволяет осуществить металлургическую проработку жидкого металла сварочной ванны в процессе сварки, результатом которой является значительное снижение содержания газов в наплавленном металле и, соответственно, склонности к образованию пор, а также улучшить сварочно-технологические свойства электродов с данным покрытием, в частности, снизить разбрызгивание во время сварки, улучшить формирование металла сварного шва и отделимость шлаковой корки, облегчить зажигание дуги.

Улучшение сварочно-технологических и металлургических свойств электродного покрытия достигается совместным введением в состав алюминия, алюминия фтористого и углерода при соотношении содержаний алюминия фтористого, углерода и алюминия соответственно 1: (2...6): (4...6) .

Вследствие большого сродства алюминия к кислороду и высокого значения теплового эффекта окисления алюминия обеспечивается легкое зажигание дуги на контактном торце электрода, а присутствие в покрытии алюминия фтористого оказывает влияние на металлургическую проработку первых, недостаточно защищенных от воздуха капель расплавленного металла, что приводит к снижению в металле шва содержания азота и водорода и, как следствие, — к уменьшению количества стартовых. пор. Присутствие мрамора в составе покрытия обеспечивает газовую защиту расплавленного металла от воздуха. Наличие в покрытии углерода в виде древесного или активированного угля способствует нейтрализации активного кислорода с соответствующим снижением

его парциального давления в газовой фазе, в результате снижается содержание кислорода в наплавленном металле.

СО + С вЂ”: 2СО! (1)

Продукты этой реакции термически устойчивы и нерастворимы в расплавленном металле.

Введение в состав покрытия алюминия в количестве 0,2...1,2 (сильного раскислителя) позволяет производить интенсивную металлургическую обработку системы газ— шлак — металл. Наличие алюминия в покрына и менее 2Я ферросилиция не обеспечивает необходимого уровня легирования и раскисления металла, наплавленного электродами с данным покрытием, что приводит к значительному снижению качества металла и его механических свойств. Содержание в покрытии более 16Я ферротитана, более

670 ферросилиция и более 4Я марганецсодержащего компонента ухудшает сварочно-технологические свойства электродов, что

55 тии способствует улучшению процесса зажигания дуги вследствие эффекта термоионизации. Содержание алюминия в покрытии менее 0,2 мас. 00 не оказывает влияния на процесс термоионизации. Когда в покрытии алюминия содержится свыше 1,2 мас. Я, это приводит к снижению механических свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей, и, кроме того, увеличивается разбрызгивание во время сварки. Введение алюминия фтористого (А1Рз) в покрытие приводит к дополнительной металлургической проработке активных зон плавящегося электрода и сварочной ванны фтором продуктом диссоциации А1Рз, в результате чего в наплавленном металле снижается содержание азота и водорода. В состав покрытия вводится алюминий фтористый в количестве 0,05...0,2 мас. Я. Введение в покрытие алюминия фтористого менее 0,05 мас. Я не приводит к снижению содержания в на20 плавленном металле азота и водорода. Когда в покрытии алюминия фтористого содержится свыше 0,2 мас. Я это приводит к ухудшению зажигания дуги и увеличению разбрызгивания во время сварки.

Введение углерода преимущественно в виде древесного угля и/или активированного угля в покрытие в количестве менее

О,1 мас. Я не приводит к снижению в наплавленном металле содержания кислорода за счет реакции (1) . Содержание в покрытии

3р углерода в количестве свыше 1,2 мас. приводит к избыточному легированию наплавленного металла углеродом и вследствие этого снижаются механические свойства металла шва. В качестве пластификаторов покрытия могут быть введены поташ и/или кальцинированная сода, и/или карбоксиметилцеллюлоза. Применение пластификаторов 0,5...2 мас. g> позволяет улучшить технологические свойства обмазочной массы при механизированном способе изготовления электродов. Количество плавикового шпата

40 в покрытии ограничено с учетом его физикохимических свойств, определяющих металлургические аспекты процесса сварки и параметры шлака. Уровень раскисления и легирования наплавленного металла обеспечива45 ется введением ферротитана 10...16 мас. 0, ферросилиция 2...6 мас. / и марганецсодержащего компонента в виде марганца и/или ферромарганца 2 — 4 мас. Я. Содержа ние в покрытии менее 200 марганецсодержащего компонента, менее 1ОЯ ферротита1388238

Формула изобретения

55 з приводит к неудовлетворительному формированию металла шва и его зашлаковке.

Для оценки свойств электродного покрытия изготавливают электроды, составы покрытия которых представлены в табл. 1.

Шихту готовят по известной технологии: сухую смесь компонентов смешивают с жидким стеклом, методом опрессовки наносят на стержень из проволоки Св-08А по ГОСТ

2246-70 О 2,5 мм. Коэффициент массы покрытия всех вариантов электродов составляет 54 -ЗЯ. Электродами с этими покрытиями осуществляют сварку пластин из СтЗ толщиной 4 мм без разделки кромок. Исследуют формирование шва, отделимость шлака, стабильность горения дуги, склонность наплавленного металла к образованию пор и разбрызгивание во время сварки. Сварочно-технологические свойства электродов оценивают с помощью экспертных оценок по баллам.

Оценки сварочно-технологических свойств электродных покрытий приведены в табл. 2.

Учитывая то, что электроды предназначены для сварки труб из малоуглеродистых и низколегированных сталей, а основным браковочным признаком при этом является наличие пор в металле сварного шва, склонность электродов к порообразованию оценивают по пятибалльной шкале; 1 Я брака снижает оценку на 0,1 балла. Для проверки склонности электродов к порообразованию каждым вариантом электродов заваривают по 40 трубных стыков в неповоротном положении (труба 32Х5, сталь 20). Сварку выполняют в два слоя. Режимы сварки: 1„=

=70 — 90 А; U,=24 В. После сварки для выявления пор стыки подвергают послойной протечке шва по окружности с осмотром поверхности каждого слоя через лупу пятикратного увеличения. Толщина каждого снимаемого при проточке слоя равняется 0,1 мм.

Для выявления одиночных газовых свищей

О 1,5 — 3 мм или близкорасположенных групп дефектов по 0,1 — 0 3 мм стык считают бракованным. Стыки, в которых поры отсутствуют или количество их не превышает

2 размеров до 0,2 мм, считают прошедшими контроль. Зажигание дуги и отделимость шлаковой корки оценивают по трехбалльной шкале. Оценку формирования шва проводят на трубных стыках, сваренных при определении отделимости шлаковой корки. Отсутствие подрезов, утяжек и плавный переход наплавленного валика к основному металлу оценивают в 3 балла. Кроме того, оценивают внешний вид шва — величину чешуек и расстояние между ними.

Во время сварки при определении формирования шва производят определение такого показателя как разбрызгивание, так как наличие брызг во время сварки мешает наблюдению за процессом и приводит к загрязнению близлежащей к шву зоны. При!

О

45 этом оценивают характер разбрызгивания и возможность удаления брызг. При сварке известным электродом наблюдается веер мелких капель с частыми крупными, которые трудно удаляются с поверхности металла— эти электроды по разбрызгиванию оценивают в 2,0 балла.

Для определения химического состава металла, наплавленного электродами указанных вариантов, производят 8-и слойную наплавку размером 90Х50 согласно ГОСТ

9466 7S на пластины марки ВСт Зсп по

ГОСТ 380-71. Из этой наплавки вырезают образцы для определения кислорода и азота методом плавки в вакууме. Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле определяют методом карандашной пробы: в медные водоохлаждаемые кокили наплавляют испытываемыми электродами

«карандаши», помещаемые затем в запирающую жидкость (глицерин) .

Результаты химического и газового анализов металла шва приведены в табл. 3.

Для определения механических свойств сварного соединения электродами, состав покрытия которых приведен в табл. 1, выполнена сварка двух пластин из ВСт 3 сп. по ГОСТ 380-71 размером 250Х90ХЗ каждая. Сварку пластин производят с двух сторон без разделки кромок с зазором 1,5 мм, обеспечивающим отсутствие непроваров, согласно ГОСТ 9466-75. Из сварных пластин вырезают и изготовляют по три образца для испытания на растяжение типа XIII u по три образца для испытания на статический изгиб типа XXVIII по ГОСТ 6996-66.

Данные по механическим испытаниям приведены в табл. 4.

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

Таким образом, применение электродов с предлагаемым покрытием позволяет повысить стойкость наплавленного металла к порообразОванию путем снижения окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавляемого металла, а также улучшить сварочнотехнологические свойства электродов, в результате чего повышается качество сварных швов и снижаются расходы на исправление дефектов сварных соединений.

Состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферросилиций, марганецсодержащий компонент, ферротитан, аноминит, пластификаторы, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости наплавленного металла против порообразования путем снижения окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавленного металла, состав дополнительно содер1388238 фтористый при компонентов, Таблица 1

Содержание компонентов в покрытии, мас.

Е ) I Е

Компоненты

68, 73

30,0

38,4

62,15

Мрамор

20,0

30,0

23,0

33,0

Плавиковый шпат

Рутил

ГраФит

6,0

1,0

5,0

4,0

2,0

Ферросилиций

Гематит

16,0

10,0

17

Ферротитан

Марганецсодержаший компонент

Железный порошок

2,5

0,1

1,0

0,5

Пластификаторы

0,3

0,03

0,2

0,1

0,05

Алюминий фтористый

2,1

0,05

0,6

1,2

0,2

Алюминий

2,1

0,09

0,3

0,1

1,2

Углерод

Соотношение

A1F :С:А1

1:2;4

1:3:6 жит углерод и алюминий следующем соотношении мас. о :

Плавиковый шпат

Углерод

Алюминий фтористый

Алюминий

Ферросилиций

23 — 30

0,1 — 1,2

0,05 — 0,2

0,2 в 1,2

2,0 — 5,0

Марганецсодержащий компонент 2,0 — 6,0

Ферротитан 10,0 — 16,0

Пластификаторы 0,5 — 2,0

Мрамор Остальное при этом соотношение содержаний алюминия фтористого (A1F ), углерода (С) и алюминия (А!) составляет 1: (2...6):(4...6).

3 4 5

1:6:6 1:1,7:3 1:7:7

1388238

Та бли ца 2

Показатели сварочноОценки вариантов, в баллах технологических свойств

Склонность к образованию пор 4,4

4,5

4,4

3,0

3,5

2,4

2,7

2,5

2,0

2,2

Зажигание дуги

2,6

2,6

2,7

2,5

2,4

Отделимость шлака

2,8

2,7

2,8

2,6

2,6

Формирование шва

Разбрызгивание во время сварки

3,0

3,0

2,5

2,3

2,1

15,6

15,2

14,8

12,9

Итого

12,3

Таблица 3

Содержание элементов в металле шва, мас.7.

0,071 0,21 0,81 0,038 0,017 0,017 0,016

0,105 0,32 1,18 0,032 0,016 0,016 0,017

0,121 0,47 1,45 0,027 0,016 0,017 0,018 0,9-1,1

0,063 0,17 0,69 0,042 0,020 0,016 0,018

О, 1.68 0,69 1,70 0,032 0,021 0,016 0,018

Варианты электродных покрытий

I (Мп (О) t Nj S P

И см /100 г

1,7-1,9

1, 1-1,3

1,9-2,1

1,8-2,0

1388238

Таблица 4

Темпе aý кгс/мм

Характеристика покрытия

Ek y угол загиба ратура испытаний, С

Минимальные по

ГОСТ

9466-75

50

150

50,8 180

54, 1 180

58,7 170

51 2 170

60, 1 165

20

20

Составитель Т. Арест

Редактор С. Лисина Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Заказ ) 516/18 Тираж 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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