Состав электродного покрытия для сварки никеля

 

Изобретение относится к сварке, в частности-к сварочным покрытым электродам. Цель изобретения - повышение твердости и механических свойств сварного шва. Состав электродного покрытия содержит, мзс.%: мрамор 40-50; плавиковый шпат 30-40; полевой шпат 3-5; двуокись титана 2-4; бентонит 2-4; карбид титана 8-16; молибден 2-8. Легирующая и раскисляющая часть состава электродного покрытия, состоящая из молибдена и карбида титана, в соотношении друг к другу в пределах 0,125-1,0 способствует образованию однофазной структуры металла сварного шва с развитой поверхностью зерен, что позволяет повысить прочностные и пластические свойства сварного швз. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

0ь 4 ос 4 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728632/27 (22) 14.08.89 (46) 15.09.91. Бюл. М 34 (71) Пермский политехнический институт (72) С. Н. Бажин, M. Н. Игнатов, В, П, Кораблев и С. А. Казанцев (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 322245, кл. В 23 К 35/365, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 617214, кл. В 23 К 35/365, 1976. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЬ ТИЯ

ДЛЯ СВАРКИ НИКЕЛЯ (57) Изобретение относится к сварке, в частности.к сварочным покрытым электродам, Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к составам электродных покрытий, предназначеннымдля ручной дуговой сварки конструкционных материалов, преимущественно никеля.

Цель изобретения — повышение твердости и механических свойств сварного шва, Содержание компонентов в покрытии дает возможность получать шлак типа CaOCaF>SKhcдобавкой Ti&z,близкого к звтектическому составу (температура плавления шлаковой основы 1410-1430 К; вязкость шлака 0,13 Па с; коэффициент основности 3,90; плотность шлака 2,78 г/смз).

Плавиковый шпат относится к газошлакообразующим компонентам, вводится в покрытие с целью газовой защиты сварочной ванны от азота и кислорода воздуха, способствует снижению пористости в металле шва за счет более полного связывания водорода в стойкие соединения OH, HF u

„„5U„„1676777 А1

Цель изобретения — повышение твердости и механических свойств сварного шва, Состав электродного покрытия содержит, мас.$: мрамор 40 — 50; плавиковый шпат 30-40; полевой шпат 3-5; двуокись титана 2 — 4; бентонит 2-4; карбид титана 8-16; молибден 2-8, Легирующая и раскисляющая часть состава электродного покрытия, состоящая из молибдена и карбида титана, в соотношении друг к другу в пределах 0,125-1,0 способствует образованию аднофаэной структуры металла сварного шва с развитой поверхностью зерен, что позволяет повысить прочностные и пластические ceoAcòâà сварного шва, 3 табл, удаления его иэ эоны сварки, разжижает шлак и способствует получению качественного металла шва.

При содержании плавикового шпата менее 30,0 шлак становится тугоплавким, происходит недостаточное рафинирование металла шва, замедляются процессы раскисления, что способствует возникновению пористости и охрупчиванию металла шва, тем самым снижается качество металла шва.

Содержание плавикового шпата в покрытии более 40,0 приводит к снижению вязкости сварочного шлака, нарушению качества защиты металла и его формирования, а также к плохой отделимости шлаковой корки. Значительно оказывается его антистабилизирующая способность, что приводит к снижению устойчивости горения дуги.

Присутствие в покрытии плавикового шпата способствует понижению температу1676777

40 ры плавления и снижает активность оксида

Т10г в высокотемпературной части зоны плавления на границе раздела фаз шлак-металл.

Мрамор в большей степени выполняет газозащитные функции покрытия, оттесняя воздух от дугового промежутка за счет выделяющихся при диссоциации оксидов СОг и СО, что приводит к снижению содержания азота в металле шва и, следовательно, к активизации газовой защиты зоны сварки.

Кроме того, образующийся при диссоциации оксид СаО активно участвует в рафинировании металла шва через способность связывать в нерастворимые соединения и удалять в шлак серу и фосфор. Оксид СаО способствует очистке расплавленного металла шва от неметаллических включений, взаимодействуя с оксидом Я(Ог и образуя соединения типа СаО SIOz, легко переходящие в шлак.

Уменьшение содержания мрамора в покрытии ниже 40% нецелесообразно, так как при этом повышается склонность металла к образованию пор от азота воздуха, проникающего в зону дуги из-за недостатбчной газовой защиты.

При содержании мрамора в покрытии от

40 до 50 включительно пористость отсутствует благодаря эффективной защите от азота воздуха и достаточному количеству карбида титана и молибдена как раскислителей.

При дальнейшем увеличении мрамора, т.е. более 50% в покрытии, происходит значительное образование СОг, СО и Ог, создающее сильное газовое дутье. Резко ухудшаются такие технологические свой- ства электродов, как разбрызгивание, равномерность покрытия шва шлаком, формирование шва и т,д. Усиливается окисление металла газовой средой, раскислителей становится недостаточно, особенно при небольших количествах карбида титана и мо.либдена, что приводит к пористости от кислорода и его соединений.

Двуокись титана — шлакообразующий компонент способствует защите сварочной ванны от взаимодействия с окружающей атмосферой, а также способствует получению мелкочешуйчатых сварных швов с легко удаляемой шлаковой коркой, Двуокись титана легко переходит в шлак, снижает содержание металлических включений в наплавленном металле, придает шлаку свойство жидкотекучести и легкой всплываемости, способствует переносу металла преимущественно в виде мелких капель и снижает разбрызгивание электродного металла.

Двуокись титана уменьшает температурный интервал затвердевания шлака. Окислы титана, взаимодействуя с окислами никеля, образуют титанаты, легко удаляющиеся в шлак. Это приводит к снижению содержания растворенного кислорода в металле и повышению пластических свойств сварных соединений. Введение двуокиси титана с состав фтористо-кальциевого покрытия с целью снижения содержания водорода в наплавленном металле наиболее эффективно по сравнению с другими аналогичными соединениями, так как двуокись титана значительно повышает термодинамическую активность фтористого кальция. В результате водород связывается в стойкое нерастворимое в металле соединение HF и удаляется из металла и зоны сварки. Двуокись титана в большей степени способствует повышению стабильности горения дуги.

Уменьшение содержания двуокиси титана в покрытии ниже 2 нецелесообразно, так как даже с учетом двуокиси титана, образующейся при взаимодействии карбида титана с кислородсодержащими соединениями шлаковая система СаΠ— СаРг—

SIOz — Т!Ог переходит в доэвтектическое состояние по диаграмме плавкости.

При содержании двуокиси титана в покрытии 2 — 4% включительно по диаграмме плавкости система СаО-СаРг-$10г+Т10г находится в пределах эвтектического состояния и здесь наиболее полно проявляется весь комплекс положительных свойств от двуокиси титана.

При дальнейшем увеличении двуокси титана в покрытии, т.е, более 4%, шлаковая система СаО СаР— - SiОг+TiОг по диаграмме плавкости переходит в область заэвтектического состояния со значительным повышением температуры плавления, что неблагоприятно сказывается на сварочнотехнологических свойствах сварочного шлаKB.

Полевой шпат и бентонит в случае применяютсяя как компоненты-пластификаторы. Их основное назначение- в комплексе друг с другом способствовать формированию качественного электродного покрытия на электродном стержне при изготовлении методом on рессовки.

В случае. применения покрытий, содержание полевого шпата в которых не достигало нижних значений, т.е. меньше 3,0%, а бентонита превышало верхние значения, т.е. более 4,0 и наоборот соответственно не достигало нижних значений по бентониту

2,0% и превышало по полевому шпету более

5%, требуемые характеристики пластичности электродной массы выходили за пределы оптимальных свойств.

1676777

Введение мрамора, плавикового шпата, двуокиси титана, полевого шпата и бентонита способствует образованию достаточно надежной газошлаковой защиты расплавленного металла, и позволяет достичь требуемых характеристик горения дуги и обеспечивает изготовление электродов методом опрессовки. При этом установлены предельные содержания этих компонентов в составе электродного покрытия, а именно, : мрамор 40-50; плавиковый шпат 30-40; двуокись титана 2-4; полевой шпет 3-5 и бентонит 2-4.

Карбид титана применяется как раскислитель и легирующйй компонент, Карбид титане в пределах 8-16% как высокотемпературный раскислитель нэ стадии дуги и сварочной ванны предохраняет молибден от окисления, способствует более полному переходу молибдена из покрытия в металл сварного шва.

Содержание карбида титана в покрытии ниже 8 нецелесообразно, так как в этом случае образующаяся газовая защита носит более окислительный характер, т.е. соотношение СОг/СО в газовой среде находится значительно а пользу COz и ее физический объем недостаточен для защиты расплавленного металла от азота воздуха.

Содержание карбида титана в покрытии более 16 также нецелесообразно, так как в этом случае образующаяся в избытке за счет окислительно-восстановительных реакций двуокись титана переводит шлаковую систему СаО-CaFz — SIOz+TIO2 по диаграмме плавкости в область заэвтектического состояния со значительным повышением температуры плавления, что неблагоприятно сказывается на сварочно-технологических свойствах сварочного шлака.

В электродное покрытие вводится 2—

8 молибдена в сочетании с карбидом титана при соотношении Mo/TIC в пределах

0,125-1,0. Введение моллибдена в электродное покрытие позволяет повысить механические свойства сварного шва. Это объясняется следующим.

Металл сварного шва можно рассматривать как сплав системы NI TIC-Мо, С введением молибдена происходит рэстворное упрочнение никеля за счет растворения в нем молибдена. Введение молибдена в сплавы системы Nl TIC способствует уменьшению величины краевого угла смачивания до 0 и позволяет получить более мелкозернистую структуру сплава. Молибден диффундирует из никеля к границам карбидного зерна TIC и замещает часть атомов титана с образованием твердого раствора

TIC-МорС, тем самым снижается хрупкость

5 i0

25 Изменение концентрации молибдена

2-8 g, соответственно увеличения отноше ния Mo! TIC от 0,125 до 1,0 в покрытии элек30

50 карбидной (TIC) составляющей и повышается прочность и пластичность, Было опробовано несколько составов электродного покрь.тия, В качестве стержней применялась проволока марки НП-2 диаметром 4,0 мм. Перед сваркой электроды прокаливали при 350 С в течение 1 ч. Опробование производили на образцах из никеля марки НП-2 толщиной 4,0 мм. Сварку осуществляли постоянным током обратной полярности при силе сварочного тока 160200 А и напряжении на дуге 28-32 В.

В табл. 1 приведены составы электродных покрытий. Химический состав металла сварочных швов представлен в табл. 2. В табл. 3 приведены результаты испытаний с определением твердости и механических свойств сварного соединения.

Установлено (см. табл. 3), что значительное влияние на изменение механических свойств оказывает не только количественное содержание в покрытии молибдена (28 g) в сочетанил с карбидом титана, но и соотношение Mo/TiC (0,125-1,0). трода приводит к измененного концентрации в металле швэ углерода от 0,10 до 0,09%, титана ст 0,17 до 0,10%, молибдена от 0,03 до 0,094 g,, концентрация серы и фосфора в металле шва практически не изменяются и находятся соответственно в пределах

0,002 — 0,003 и 0,012 — 0,013%; к увеличению предела проччости, ударной вязкости и твердости соответственно от 535 до 630

МЛа, от 198 до 277 Дж/см и от 110 до 141,0

HV ед.

В случае применения злектродных покрытий, содержание в которых,в частности, молибдена не достигало нижних значений, т,е. менее 2% (например, состав 1). а отношение Mo/TIC также не достигало нижних значений Mo/Т1С, т.е. менее 0,125, механические свойства находились на уровне меха- . нических свойств металла шва. полученного при сварке с использовэнлем покрытия прототипа, однако сварочно-технологические свойства сварочного шлака были неудовлетворительные, что и не позволяло использовать такие составы покрытий для сварки. В случае применения электродных покрытий, содержание в которых молибдена превышало пределы верхних значений, т.е. более 8% (например, состав 7), соотношение Mo/TIC также превышало верхнее значение, т.е. более 1,0 сварочно-технологические свойства электродного покрытия, а именно недостаточная надежность защиты расплавленного при сварке металла от азота воздуха, не

1676777

0,125-1,0.

Таблица 1

Таблица 2 позволяют использовать такие составы покрытий для сварки.

Формула изобретения

Состав электродного покрытия для сварки никеля, содержащий мрамор, плэви- 5 ковый шпат, полевой шпат, двуокись титана, бентонит, карбид титана, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что, с целью повышения твердости механических свойств сварного шва, состав дополнительно содержит молибден при сле- 10 дующем соотношении компонентов, мас,®;

Мрамор

Плавиковый шпет

Двуокись титана

Бентон ит

Карбидтитана

Молибден причем отношение содержания молибдена к содержанию карбида титана

40-50

30-40

2-4

2-4

8-16

2-8

1570777

Таблица 3

Составитель Т.Арест

Техред М.Моргентал

Редактор H,Ôåäððoâà

Корректор Т.Малец

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 3069 Тираж 494 Подписное, 8НИИПИ Государственного комитета по.изобретениям и открытиям Ори ГКНТ СССР

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