Электрод для сварки

 

Изобретение относится к сварке, в частности к электродам, используемым для ручной дуговой сварки низколегированной стали перлитного класса в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение уровня ударной вязкости и сохранение прочности сварного соединения после высокотемпературного нагрева и полной термообработки. В качестве стержня электрода используется низколегированная проволока, содержащая марганец, никель, молибден и азот. Состав покрытия содержит, мас.%: плавиковый шпат 18-22, кварцевый песок 5-7, ферротитан 5-7, ферромарганец 0,5-2,0, ферросилиций 3,0-5,5, железный порошок 3-6, поташ 0,5-1,0, никелевый порошок 1,5-2,5 и мрамор остальное. При содержании азота в стальном стержне 0,016-0,034 мас.% суммарное содержание в покрытии ферромарганца и никелевого порошка удовлетворяет соотношению 2,0≤{[FEMN]+[NI]}≤{5-100[N]}, где [FEMN],[NI] - содержание ферромарганца и никелевого порошка в составе покрытия

[N] - содержание азота в стержне. Коэффициент массы покрытия электрода равен 36-44. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ-ЛИК (N (ill

А1 (g))g В 23 K 35/365

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е

:еи, i.i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4428425/25-27 (22) 23,05.88 (46) 23.08.90.Бюл. 31 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

"ЦНИИТИАШ" (72) С.И.Носов, Т,Б.Глушкова, С.Н,Земляков, В.А.Марсунов и Ю.Д.Феофанов (53) 62-1.79).04 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1166950, кл. В 23 К 35/365, 28.04.84.

Авторское свидетельство СССР

¹ 388858, кл..В 23 К 35/365, . 03.03.71. (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к электродам, используемым для ручной дуговой сварки низколегированной стали перлитного класса в различных отраслях машиностроения.

Цель изобретения — повьппение уровня

Изобретение относится к сварке, а именно к электродам, используемым для ручной электродуговой сварки низколегированной стали перлитного класса в различных отраслях машинострое- . ния, в частности для сварки оборудования АЭС.

Цель изобретения — повьппение уровня ударной вязкости и сохранение проч" ности сварного соединения после высркотемпературного нагрева и полной термообработки, 2 ударной вязкости и сохранение прочности сварного соединения после вы сокотемпературного нагрева и полной термообработки. В качестве стержня электрода используется ниэколегированная проволока, содержащая марганец, никель, молибден и азот. Состав покрытия содержит, мас.Ж: плавиковый шпат 18-22, кварцевый песок 5-7,ферротитан 5-7, ферромарганец 0,5-2,0, ферросилиций 3,0-5,5, железный порошок 3-6, поташ 0,5-1,0, никелевый по-, рошок 1,5-2,5 и мрамор остальное.

При содержании азота в стальном стержне 0,016-0,034 мас.X суммарное содержание в покрытии ферромарганца и ни- а келевого порошка удовлетворяет соотноненнн 2,0Е((теМо) +(Ni)1(5-100(iiß (/) где (Feign)> CNij — содержание ферромарганца и ник.".левого порошка в составе покрытия; PNJ — содержание азота в стержне. Коэффициент массы покры-.. 2 тия электрода равен 36-44. 3 табл.

Содержание в составе покрытия электрода никелевого порошка в количестве 1,5-2,5 мас.7 при укаэанном содержании остальных компонентов и выполнении заданного соотношения позволяет обеспечить требуемый уровень ударной вязкости и прочностных свойств металла сварных швов после высокотемпературного нагрева и последующей полной термообработки за счет того, что никель упрочняет феррит

)586886 и уменьшает размер зерна, Таким образом обеспечивается сохранение качества сварного соединения после высокотемпературного нагрева и полной термообработки (закалка + отпуск).

При содержании в покрытии никелевого порошка более 2,5 в наплавленном металле наблюдается образование .хрупких составляющих структур в состоянии после сварки из-за повышения устойчивости аустенита в результате чего снижается сопротивление хрупкому разрушению металла сварных швов после термической обработки. )5

При содержании в покрытии электрода никелевого порошка менее 1,5 металл сварных швов после указанной терми-ческой обработки имеет недостаточные прочностные характеристики из-за уменьшения легирования никелем феррита.

При содержании в покрытии ферромарганца выше 2>О (при указанном содержании остальных компонентов ) ° наблюдается охрупчивание металла сварных gIBQB из-за упрочнения феррита и коагуляции карбидной фазы. При содержании в покрытии ферромарганца менее 0,5 в наплавленном металле в результате его недостаточного раскисления наблюдается порообразование, Содержание азота в стальном стержне электрода может изменяться от

0Ä005 до 0,03, что определяется техническими условиями на сварочную проволоку, способом и условиями выплавки стали (мартеновский, вакуумно-индукционный и другие способа выплавки) т.е. азот является неуправляемой rro содержанию примесью, оказывающей влияние на механические свойства наплавленного металла (упрочнение и охрупчивание). При содержании азота 0,0050,015 суммарное содержание ферро45, марганца и никелевого порошка может быть выбрано произвольно, исходя из укаэанных пределов обоих компонентов, а при содержании азота 0,016-0,03 необходимо подбирать это суммарное содержание никеля и ферромарганца, .50 поэтому для обеспечения механических свойств металла сварных швов после высокотемпературного нагрева и полной термообработки следует корректировать состав покрытия, в частности содержа"

I ние ферромарганца и никелевого по-рошка в зависимости от содержания азота в стальном стержне.

При содержании азота в cTBJIbHOM стержне электрода 0,016-0,03 этот элемент начинает действовать как ле" гирующая добавка, увеличивая прочностные характеристики и одновременно ох- рупчивая наплавленный металл за. счет образования нитридов. В этом случае, т.е. если содержание азота . изменяется от 0,016 до 0,03, суммарное содержание ферромарганца и никелевого порошка должно соответствовать концентрации азота в стальном стержне и определяется из соотношения

При этом при увеличении концентрации азота необходимо уменьшить максимально допустимое содержание ферромарганца и никелевого порошка, а при уменьшении концентрации азота наоборот.

Если PFeMng + (Nig (2,0, то в наплавленном металле наблюдается порообразование из-за недостаточного раскисления. При )FeMn j-+ ) М) ) 5-100 PN j наплавленный металл обладает низким сопротивлением хрупкому разрушению из-за повышения доли хрупких .структур и составляющих, При содержании азота более 0,03 наплавленный металл имеет неудовлетворительное сопротивление хрупкому разрушению при всех соотношениях ферромарганца и никелевого порошка в покрытии электрода из-за сильного увеличения доли хрупких структур, в частности нитридов железа, Содержание в покрытии электрода. плавикового шпата от 18 до 22 снижа- ет пористость в наплавленном металле за счет более полного связывания водорода и удаления его из зоны дуги.

При содержании плавикового шпата меньше 18 .в наплавленном металле возникает водородная пористость. При содержании плавикового шпата больше 22 нарушается устойчивость дуги, так как из-за снижения скорости затвердевания шлака он мешает процессу сварки.

Содержание в покрытии ферротитана в количестве 5-7 и исключение двуокиси титана обеспечивают необходимое раскисление наплавленного металла и исключают нежелательное легирование

5 1586886 6 титаном, позволяют улучшить уровень сопротивления хрупкому разрушению, При содержании ферротитана менее 5Х возникает порообразование в наплавленном металле из-за его недоста5 точного раскисления. При содержании в покрытии ферротитана более 7Х падает уровень сопротивления хруп" кому разрушению из-за повышения легирования титаном наплавленного металла.

Увеличение содержания железного порошка в покрытии до 3-6 приводит к улучшению технологичности изготов- 15 ления электродов и, кроме того,увеличивает производительность наплавки. При содержании железного порошка менее З ухудшается технологичность изготовления электродов и па- 20 дает производительность наплавки. При содержании в покрытии электрода железного порошка более 6Х ухудшается удаляемость шлака и увеличивается разбрызгивание при сварке. 25

Кварцевый песок в количестве 5-7 улучшает вязкость шлаковой корки. При содержании в покрытии кварцевого песка менее 5 . наблюдается недостаточная вязкость шлаковой корки. При содержа- 30 нии кварцевого песка более 7 резко возрастает вязкость шлаковой корки, кроме того, происходит насыщение напланленного металла кремнием .и ухудшается сопротивление хрупкому 35 разрушению наплавленного металла, Ферросилиций в количестве 3-5Х действует в качестве раскислителя и препятствует образованию в наплавленном металле пор. При содержании ферро- 40 силиция более 5 в наплавленном металле увеличивается содержание кремния, при этом резко падает сопротивление хрупкому разрушению.

Изготовляют электроды с указанными в табл.1 составами покрытия и содер45

55 жанием в стальном стержне марки

Св-10ГН1МА азота. В табл.2 представлены механические свойства металла, наплавленного электродами указанного в табл.1 состава.

Качество сварного .соединения после высокотемпературного нагрева и полной термообработки (закалка + отпуск) оценивают пределом прочности и сопро. тивлением хрупкому разрушению наплав-. ленного металла. Эа параметр сопротивления хрупкому разрушению принята ударная вязкость образца Шарпи при

20 С, равная 49 Дж/см . Предел. прочности при 20 С> равный 540 ИПа, и при 350 С, равйый 490 МПа, является параметром прочностных свойств наплавленного металла.

Свойства наплавленного металла получены после термооабработки нагрев

1150ОС, выдержка 2 ч, охлаждение на воздухе, закалка от 920 С, выдержка 1 ч, охлаждение в масло, отпуск 650 С, выдержка 10 ч, охлаждение с печью со скоростью

10-25 C/÷ технологический отпуск о о

620 С, выдержка 15 ч,.650 С, выдержка 30 ч, охлаждение с печью со скоростью 10-25 С/ч.

Коэффициент веса покрытия электрода равен 36-49 и в конкретных партиях электродов для стержня диаметрам

3 мм составляет 40-44 для стержней диаметром 4 мм 38-42Х, а для стержней диаметром 5 мм 36-40, В табл.3 представлены результаты испытаний механических свойств сварных соединений, выполненных электродами с диаметрами стержней 3-5 мм и имеющих состав покрытия по варианту 1 (табл.1), Сварные швы подвергнуты указанной термообработке.

Электрод обеспечивает повышение уровня ударной вязкости при сохранении прочностных свойств сварных соединений после высокотемпературного нагрева и последующей термообработки, Формула изобретения

Электрод для сварки ниэколегированной стали перлитного класса, состоящий из стержня, выполненного из низколегированной проволоки, содержащей марганец, никель, молибден, и покрытия, содержащего мрамор, плавикавый шлат, кварцевый песок, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, железный порошок и поташ, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения уровня ударной вязкости и сохранения прочности сварного соединения после высокотемпературного нагрева и полной термообработки, сварочная 3 проволока дополнительно содержит азот в количестве 0,005-0,03 мас., а состав покрытия дополнительно содержит никелевый порошок при следующем соотношении компонентов. мас. :

1586886

Состав

Солержание компонентов а мас.2

i Песок кварце вый

Азот в стальном стержне

Ферро нарга нец

Ферротитан

Ферроси- Никелелицнй вый порошок

Железный поКалий Мрамор угле кислый поташ

5-1000 икошпет рошок

5 5

7 7

5 5

7 7

0 5

63,5 0,005

49 0,015 з,о

I.,5 30

1 5 6,0

0,5

0 5

5,5

1,5 г,о з,о

61 0,005

46>5 0,015

2,5 э,о

0 5

2 ° О

2,5 6,0

2,0 4,5

1>5 3,0

1,5 6,0

5,5

1>5

6 б

5 5

4,0

I >5

О,8

55>2 0,010

63 5 0,016

49,6 0,016

49,6 0,016

51 0,030

3,4

0,5 э,о

0,5

7 5

7 5

7 . 5

5 5

6 6 1,9

5,5

I 5

3,4

2 5 6,0

1,5 6,0

0,9

5,5

1,5

3,4

5 ° 5

1,5

0,5

2,О

1,5 3,0

2,0 4,5

0,5 з,о

О,s

63,5 0,030 2,0

55,9 0,020 3,0

0,8

4,0

0,8

Таблица2

545

350

498

543

498

350

50

624

555

350

616

561

350

568

512

350

585

500

350

18-22

5-7

5--7

0,5-2,0

3-5,5

1 5-2,5

3-6

0,5-1,0

Остальное при этом при содержании азота в стальном стержне Оз016-0,034 мас.Ж суммар- ное содержание в составе покрытия

Плавиковый шлат

Кварцевый песок

Ферротитан

Ферромарганец

Ферросилиций, Никелевый порошок

Железный порошок

Поташ

Мрамор

2 22

3 18

20

6 18

8 22

9 22

1о 18 го ферромарганца и никелевого порошка определяется из соотношения

2>R(pPeMn+ (>>>)) <(5- > OO (MjI, где (РеМп), М) — содержание ферромарганца и никелевого порошка в составе покрытия;

PN) — содержание азота в стержне, причем коэффициент массы покрытия электродов равен 36-443.

Т а б л и ц а

)586886

Продолжение табл.2.3 ) 4.

584

49

520

350

582

20

350

517

616

20

577

350

6)5

20

350

579

581

52

520

350

Предел прочности,ИПа

ТемпераУдарная вяэкость, кДж/см тура испытания, OC

20 550

350 499

20 547 .350 491

20 546

350 492

20 548

350 492

20 551

380 497

20 549

350 499

20 549

350 48)

20 545

44

42

40

68

40

38

40

63

36

Диаметр Коэффициен стержня веса покры электро- тия,Ж да,мм

350 498

20 542

350 496

Таблица 3