Состав электродного покрытия

 

Изобретение относится к сварке и может быть использовано при изготовлении электродов для малоуглеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях. Целью изобретения является повышение сварочно-технологических свойств (стабильность горения дуги, формирование шва, глубина втулки покрытия и т. д.) при сварке в положениях, отличных от нижнего. Для этого в качестве слоистого силикатного минерала в состав покрытия введен концентрат флогопитовый, который получен из природного флогопита , в частности, путем очистки от апатита и является листовой (слоистой) магнезиальной слюдой из подгруппы магниево-железистых слюд. В составе покрытия компоненты находятся при следующем соотношении, мае. %: компонент, содержащий оксид титана 35-55; карбонат металла 5-20; ферромарганец 10-15; целлюлоза 1-3,.концентрат флогопитовый 8-35. Кроме того, состав может содержать 12-20 мае. % железного порошка . 1 з. п. ф-лы, 2 табл. Чя Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

seK

ПАТЕНТКБЙБИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4850255/27 (22) 11.07.90 (46) 23,11.91. Бюл. № 43

{71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по монтажным и специальным строительным работам (72) Р. Л. Лауфер, И. С. Иоффе и Л. Б, Чистов (53) 621,791.04(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 288961, кл. В 23 К 35/365, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 404592, кл. В 23 К 35/365, 1971, 3. Заявка Японии ¹ 54 — 4331, кл. В 23 К

35/365, 1979.

4, Авторское свидетельство СССР № 963771, кл. В 23 К 35/365, 19.11.80. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к сварке и может быть использовано при изготовлении электродов для малоуглеродистых и низколегированных сталей во всех пространстИзобретение относится к сварке, в частности к составам электродных покрытий, и может быть использовано в электродах для ручной электродуговой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях.

Известно использование в составах электродных покрытий в качестве пластификатора фтористого флогопита синтетического в количестве, не превышающем 18% (1) и (3).

Однако фтористый флогопит синтетический по ТУ 41 — 07 — 965-80 дефицитный и дорогой искусственно созданный продукт. Он получается как отходы при опытном производстве монокристаллов и поэтому его сто„„5U„„1692795 А1 венных положениях. Целью изобретения является повышение сварочно-технологических свойств (стабильность горения дуги, формирование шва, глубина втулки покрытия и т. д.) при сварке в положениях, отличных от нижнего. Для этого в качестве слоистого силикатного минерала в состав покрытия введен концентрат флогопитовый, который получен из природного флогопита, в частности, путем очистки от апатита и является листовой (слоистой) магнезиальной слюдой из подгруппы магниево-железистых слюд. В составе покрытия компоненты находятся при следующем соотношении, мас. 7ь: компонент; содержащий оксид титана 35 — 55; карбонат металла 5 — 20; ферромарганец 10 — 15; целлюлоза 1 — 3, концентрат . флогопитовый 8 — 35, Кроме того, состав может содержать 12-20 мас. железного порошка. 1 з. и. ф-лы, 2 табл. имость равна 3 — 3,5 тыс, руб. за 1 т. Этот О флогопит не содержит гигроскопической влаги; поэтому применяется в покрытиях электродов фтористокальциевого типа. )

В покрытиях электродов рутилового ти- Ц1 па его применять нельзя, так как в этом случае ввиду низкого уровня влаги в зоне дуги в расплавленном металле при его кристаллизации процесс выделения водорода протекает вяло, что приводит к пористости металла шва, Кроме того, он имеет высокое удельное электросопротивление, как линейное, так и объемное, что отрицательно влияет на стабильность горения дуги.

1692795

Известно также применение природной слюды в качестве наполнителя при производстве резины (марки СМФ вЂ” 125 и

СМФ вЂ” 160) в буровых растворах (марка

4:ФБ — 20), Однако эта природная слюда-флогопит отличается значительным разбросом по химическому составу и, в частности, содержит оксид фосфора в качестве не менее 0,50,8%, что делает невозможным ее применение в сварочных материалах.

Известен состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащий

Следующие компоненты, мас.7,:

Мрамор 8 — 13

Рутил 46-52

Слюда 17 — 21

Ферромарганец 11 —,13

Алюмосиликат натрия 2-5

Целлюлоза 0,5 — 2,0

В качестве слюды в этот состав, как практически и во все другие, где содержится слюда без конкретного названия минерала, вводится концентрат мусковитовый, поскольку до настоящего времени он является

Единственной природной слюдой, используемой в сварочных материалах (2). Это покрытие технологично в изготовлении ввиду достаточной пластичности обмазочной масСы при опрессовке и небольшого количества компонентов. Электроды с этим покрытием обладают хорошими сварочнотехнологическими свойствами.

Однако механические характеристики металла шва заурядны, ввиду чего при отрицательных температурах они не регламентируются каталогом. В направленном металле остаются невыведенными неметаллические и газовые включения. Это происходит ввиду относительно невысокого содержания единственного минерального компонента — мрамора, поставляющего в сварочный шлак основной оксид СаО и высокого содержания в покрытий минералов, состоящих преимущественно из кислых (Sl Ог) и аморфных (А!гОз; ТОг) оксидов рутила и концентрата мусковитового; что и обеспечивает основность шлака электродов этой марки в пределах 0,35-0,45.

Наиболее близким к предлагаемому является состав электродного покрытия, преимущественно для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащий следующие компоненты, мас.ф>.

Карбонат металла 5-38

Ферромарганец 12 — 20

Слоистый силикатный минерал 3 — 40

10

30 Особенно усложняются условия сварки

Компонент, включающий оксид титана 16 — 45

Состав может также содержать 1 — 4% целлюлозы. В качестве слоистого силикатного минерала состав содержит пирофиллит (4). Электроды с покрытием этого состава обеспечивают гарантированные характеристики механических свойств наплавленного металла и технологичны в изготовлении изза высокой пластичности обмазочной массы ввиду наличия пирофиллита — слоистого сипи ката.

Однако вследствие большого количества SIOz, содержащегося в пирофиплите (66,7%), сварочный шлак обладает повышенной жидкотекучестью, что затрудняет проведение сварки на вертикали и в потолке. Особенно это проявляется при завышении значения коэффициента массы покрытия электрода, что нередко бывает при несвоевременной замене износившейся калибрующей втулки при нанесении обмазочной массы на электродную проволоку, Из-за присутствия в пирофиллите Alz0z до 29% такое относительно "толстое" покрытие тугоплавко и глубина втулки покрытия на электроде достигает иногда 5 — 7 мм, что приводит к нестабильному горению дуги. при проведении ее в положениях, отличных от нижнего. В этом случае поддержание стабильности горения дуги путем увеличения сварочного тока становится нецелесообразным, так как возрастающий при этом размер сварочной ванны ведет к стеканию шлака и в результате к плохому формированию шва и зашлаковкам.

Цель изобретения — повышение сварочно-технологических свойств при сварке в положениях, отличных от нижнего.

Поставленная цель достигается за счет того, что в составе электродного покрытия, преимущественно для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащем карбонат металла, компонент, включающий оксид титана, ферромарганец, целлюлозу, а также слоистый силикатный минерал, в качестве последнего введен концентрат флогопитовый при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Компонент, содержащий оксид титана 35-55

Карбонат металла 5 — 20

Ферромарганец 10-15

Целлюлоза 1 — 3

Концентрат флогопитовый 8-35, при этом концентрат флогопитовый содержащий следующие компоненты, мас.ф:

Оксид кремния 37,0 — 42,0

1692795

Оксид алюминия 11.0 — 17,0

Оксиды металлов группы II А 18,5 — 24,0

Оксиды щелочного металла

Железо в пересчете на оксид железа (li 1) 5,5-7,0

Сера в пересчете на SO3

Фосфор в пересчете нэ Р205 0,05 — 0,1

Гигроскопическая влага

Посторонние примеси минерального происхождения 1,0-7,0

Кроме того, состав может дополнительно содержать железный порошок в количестве 12-20 мас.%.

Разработан процесс получения концентрата флогопитового указанного состава для сварочных материалов из природного флогопита, включающий в себя, в частности, очистку его от апатита, содержание в котором РгОз составляет около 40, Концентрат флогопитовый представляет собой продукт переработки природного минерала флогопитэ, являющегося листовой (слоистой) магнезиальной слюдой иэ подгруппы магниево-железистых слюд, химической формулы KMga(SIaAIO>o)(F.ОН)2 ил и

К20 6МЯО А!203 6SIO2 Н20, Однако на практике химический состав минералов группы слюд весьма изменчив, поскольку в них широко распространены явления замены одних катионов другими (явление изоморфизма). В результате устанавливаются широкие изоморфные смеси в которых Mg заменяется Fe, Al — Fe

Кроме того, существуют и гетеровалентные изоморфные замещения типа

Mg2 (Fe2 ) — AI +(Få ) и др, Поэтому в концентрате всегда присутствует некоторая доля примесей (FeO, ВаО, СаО, МарО, Ре20з, МпО, бг20з, Т!02 и некоторые другие).

По результатам многочисленных анализов флогопита разных месторождений колебание в составе флогопита для основных инградиентов составляет, мас. : SION

36,84-45,05; А!20з 10,87 — 17,0; MgO 18,5—

29,38; СаО 0-1,70; FeO 0,11-7,62; FezOa

0,16 — 3,06; К20 6,0 — 10,32; NazO 0,03 — 2,16; F

0-6,0; Н20 0,38 — 5,42; ЯОз 0,07 — 0,34; Р205

0,5-3,1.

6,0 — 12,0

0,04 — 0,1

1,0 — 3,0

Предлагаемый состав флогопитового концентрата для использования в сварочных материалах имеет значительно суженные границы по содержанию ряда окислов (SiO, MgO. Ее20з) по сравнению с колебани50 расплавленного металла от воздушной атмосферы и более легкое возбуждение сварочной дуги. В то же время огнеупорность флогопита на 300 †4 С ниже, чем у пирофиллита.

55 Цена концентрата флогопитового с особыми для производства сварочных материалов требованиями по калькуляции затрат в зависимости от степени очистки на 10 — 30 ниже цены концентрата мусковитового.

45 ями составов природных флогопитов. Некоторые близкие по свойствам окислы, содержащиеся в флогопите, объединены, это оксиды металлов группы II А (Мд04СэО), оксиды железа (ЕеО и FezOa) и оксиды щелочного металла (Kz04NazO), Целесообразность объединения заключается в том, что один из окислов значительно по массе преобладает над другим.

Ввиду того, что в составе флогопитового концентрата содержится до 7,0 мас. примесей минерального происхождения, многие примесные окислы, содержащие в малом количестве (Т Ог, ВаО, МпО, СюОз,F и др.) и не оказывающие вообще отрицательного влияния на сварочно-технологические свойства электродного покрытия, в составе конкретно не оговорены, Поскольку содержание вредных примесей (PzOg, ЯОз) в составе ограничено до

0,1 каждого, они не оказывают существенного влияния на свойства предложенного электродного покрытия во всем диапазоне составов. То же самое относится к содержанию оксидов. щелочного металла (KzO+NazO) и Ре20з, поскольку уже минимальное содержание (6,0 мэс. ) оксидов щелочного металла обеспечивает хорошую стабильность горения дуги, а с повышением их содержания она только улучшается, причем диапазон изменения Ре20з (1,57) несущественно влияет как на сварочно †технологические свойства покрытия, так и на механические характеристики металла шва.

Благодаря тому, что содержание кислотного оксида SION в концентрате флогопитовом более чем в 1,5 раза ниже, чем в пирофиллите, содержание одного из оксидов металла группы ПА — основного окисла

MgO достигает = 22 мас. (в пирофиллите его нет), а содержание амфотерного окисла

А!20з в два раза ниже, основность получаемого "короткого" шлака составляет P > 0,8.

Температурный интервал обезвоживания на 200 С выше у концентрата флогопитового, чем у пирофиллита, а его удельное объемное и поверхностное электросопротивление соответственно на порядок ниже, что обеспечивает лучшие условия защиты

1692795

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава электродного покрытия было приготовлено шесть составов покрытий, приведенных в табл. 1.

В качестве слоистого силиката применен концентрат флогопитовый, играющий роль одновременно шлакоабраэующего и стабилизатора дуги при сварке, а также пластификатора при опрессовке электродов.

При проведении проверки использовали концентрат флогопитовый следующего состава, мас, : оксид кремния 39,3; оксид алюминия 14,6; оксиды металлов группы IIA (MgO+CaO) 22,4; оксид железа 5,7; оксиды щелочных металлов (К20+йа20) 9,8; оксид фосфора 0,08; оксид серы ($0з) 0,04; гигроскопическая влага 1,8 и посторонние примеси минерального происхождения 6,28.

Компонент, содержащий оксид титана, вводится в виде рутилового или ильменитового концентрата, карбонат металла — в виде мрамора или магнезита. По обычной технологии методом опрессовки покрытие наносят на стержни из ниэкоуглеродистой проволоки диаметром 3 мм марки Св08. Коэффициент массы покрытия составляет

Км.п.=28 — 34 .

В качестве связующего использовано жидкое калиево-натриевое стекло модулем

2,85 — 3,05 и плотностью 1,44 — 1,46 г/см . При опрессовке отмечены высокая пластичность обмазочной массы и хороший внешний вид покрытия, его высокая технологичность в изготовлении.

Для определения механических свойств сварного соединения и сварочно-технологических свойств электродов с указанными . составами покрытия выполнена сварка пластин из стали в Ст 3 сп толщиной 14 мм на соответствующих диаметру электрода режимах. Оценку сварочно-технологических характеристик при сварке проводили по ГОСТу, а также методом экспертной оценки. В табл. 1 дана суммарная оценка по пятибалльной системе.

Из табл. 1 следует, что оптимальные показания сварочно-технологических характеристик, глубины втулки покрытия при удовлетворительных механических характеристик достигнуто при введении в состав покрытия концентрата флогопитового в пределах 10 — 30 . Отмечаются легкость возбуждения дуги и высокая стабильность ее горения во всех пространственных положениях. Наблюдается хорошее формирование шлаКа, так как иэ-за пониженного содержания оксида кремния в концентрате флогопитовом (менее 45 ) шлак менее жидкотекуч, более вязок.

При снижении количества концентрата флогопитового против укаэанного нарушается стабильность горения дуги из-за прилипания электрода. Это и риводит к

5 затруднениям в формировании сварочной ванны, особенно при сварке "в потолке".

Кроме того, возникают значительные затруднения при опрессовке покрытия ввиду малой пластичности обмазочной массы.

10 При увеличении концентрата флогопитового сверх 30 наблюдается увеличение длины втулки покрытия ввиду повышения ее тугоплавности, что ухудшает сварочно-технологические характеристики электродов, 15 падает ударная вязкость, особенно при20 C. В шестой партии из-за обрывов дуги и зашлаковки не удалось получить качественный образец для механических испытаний.

В табл. 2 приведены данные об испыта20 нии составов покрытий с граничным и оптимальными содержаниями основных компонентов концентрата флогопитового, при этом количество концентрата флогопитового в составе покрытия взято на трех

25 уровнях, минимальном (10 мас. ), среднем (20 мас. ) и максимальном (30 мас. ). Количество остальных компонентов в составах покрытий соответствует партиям 2, 3, 4.

Так как наибольшее влияние на свойст30 ва электродного покрытия оказывают три основных окисла концентрата флогопитового: Я! 02, А!20з и (MgO+CaO), то в отношении их и проводились исследования, Нижний уровень содержания этих основных трех

35 окислов в концентрате флогопитовом для продукта основного месторождения после его очистки от примесей равен для: SION

37$, AI>O3 11 (Mg0+CQO) 18,5

Ввиду практической невозможности

40 получения природного продукта с таким одновременным содержанием основных окислов, комбинируя различные методы обогащения в лабораторных условиях, получены три продукта, в каждом из которых

45 содержание одного из указанных трех окислов доведено до минимального содержания, Добавляя затем в полученные продукты в виде порошков высокой степени чистоты кварцевый песок (SIO ), промышленную

50 окись алюминия (AI208) и периклаэ спеченный (MgO) получали разные уровни их содержания в концентрате, входящем в состав покрытия экспериментальных партий, Как видно из табл. 2 оптимальные по55 казания сварочно-технологических характеристик достигаются при указанных пределах основных составляющих концентрата флогопитового, При увеличении содержания оксида кремния сверх укаэанного предела отмече10

1692795 соотноше35-55

5-20

10-15

1 — 3

8 — 35, 6,0 — 12,0

0,05 — 0,1

Таблица 1

Соверканне конпонентое, няс.З, в партии

1 2 3 4

Коипоненты и свойства

Концентрат рутилоеый

40 39

Концентрат нльненитовый

Нранор

Нагнезнт ферронарганец

Цегыюлоза

Железный пороаок

11

IS

Концентрат рлогопитовый

32

10 20

132-148

Т37

34-50

85;Ъ

Ударная вязкость, Дя/сн, при

141-184

Т59—

20 С

164-129

-8-—

148-!67

183-206

190

44-52

135-161

1ко

1 о

35-48

37 т53

49-61

62 81

- 20 С

0 8-2 8

1, 1 0-54

0 6-4 5

„1

0,8-3,1

1 ° О

9-5 9

Глубина втулки покрытия, ии

Суннарная оценка сварочно-технологииеских характеристик при сварке: на вертикале

Хор. Хоо. Отл. Отл. Уд. Неуд

Уд. Хор. Хор. Хор. Неуд. . Неуд но снижение сварочно-технологических свойств экспериментальных партий электродов, особенно при сварке "на вертикали" и "в потолке".

Повышенное содержание оксида 5 алюминия также неудовлетворительно сказывается на сварочно-технологических свойствах электродов, повышая, с одной стороны, тугоплавкость покрытия и в то же время повышая жйдкотекучесть шлака, что 10 особенно заметно при сварке ив потолке".

С возрастанием содержания в флогопитовом концентрате суммы окислов кальция и магния происходит одновременное повышение тугоплавкости покрытия (втулка рас- 15 тет) и снижается, особенно при нижнем уровне содержания концентрата в покрытии, технологичность нанесения покрытия при опрессовке.

Формула изобретения 20

1. Состав электродного покрытия преимущественно для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащий карбонат металла, компонент, включающий оксид титана, ферромарганец, 25 целлюлозу, а также слоистый силикатный минерал, отличающийся тем, что, с целью повышения сварочно-технологических свойств при сварке в положениях, отличных от нижнего, в качестве слоистого 30 силикатного минерала введен концентрат флогопитовый, при следующем нии компонентов, мас. :

Компонент, содержащий оксид титана

Карбонат металла

Ферромарганец

Целлюлоза

Концентрат флогопитовый при этом концентрат флогопитовый содержит следующие компоненты, мас. $:

Оксид кремния 37,0-42,0

Оксид алюминия 11,0 — 17,0

Оксиды металлов группы 11А 18,5 — 24,0

Оксиды щелочного металла

Железо в пересчете на оксид железа (111) 5,5-7,0

Сера в пересчете на S03 0,04 — 0,1

Фосфор в пересчете

На Р205

Гигроскопическая влага 1,0-3,0

Посторонние примеси минеральногопроисхождения 1,0-7,0.

2. Состав по и, 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит железный порошок в количестве 12 — 20 мас. .

11, 1692795

12 ° ю

С» а I

СЭ а о ю хе

CI 1

° ОЮ 1 с 1

Э- Ю

ОФ t

1

CI

Ю а ою

С1 ОЪ

С l

Э. о о со

° Ою с 1

>о

О со

Ю с !

Л Ию о о

CI

° Ою с

OO

О 3

° ОЪ с

OЮ ос лч в

ФС <

1

1

1 !

I

»3 I в а о х о о с

3 а о х

i х

1 фю! 1 ф фф!

° Ф

1 1

Ю 1

j I

С«

»

° Ю ч л»

° Э

1 аю

С»

ФЧ ою х

° »

» о

С» а !

С 3 I

1

1 !

1

Э а о х

I.

1

I

1

1 .Юt

Лй3 !

I

1 ч

I !

1 лч t

I

4Ю л о

1 O I л з °

ZZ !

С сю о со ь х» о х ах

1 ф Э

»Эов а а...

1 O I с !. о

° ф

=t3 ю!о

1 с

Ю с в

1!

8 х с

Э

Ю с л

CI с л

С» х

В,f! ji, Ф

СЭ

Ч» .h си! л

Ю

Ю

Il\

CI сч

° 4 чм л -э

° Ь чи!

»3

l1 о х а о х лч

Ф ф ф

Э!! юl !

CPI 1

I

l

Ю б!

° О !

СЧ I

I (1 ю

I O б

I (1

40

Ю.О I

Ф

Я I

O I

4f I в Ф а

С ю

l в

3 1

I ф. ю, о

4 !ф

I- 1 а I

° е

Ol сО

ФЧ и!

ОЮ!

ФО

4Ч

ФЧ

ФЧ сч

О

44 сч

-О

l Ô сч.О

С 1

ФЧ

1О

Cl

4Ч со

CI сч

1О

Ю

4 4

Ию

4О

CI

О сЧ

I

I

3 ФО

Cl сч

1 ° 1

3 Л 1

Лю ю\

1 !

I 433 м

ОЪ м

44\

Ol м м

О\

4 Ъ

4Ч

CI

-»

ФЧ

Ю

I.!

1 Л

1 х

z! I ° и

z а! в

1 Х

1 30 а

I д

I в

I Л

t 8

v!! 3) I В о! «Э

I Л

ИЭ л

3"

v о и

3 и и

z и

l0 с в ч ч и

6 .й

% о л

Е в

433 а в

03 а в

Ю а

Ю

03 I

1

"1

1!

It

С!3

Ю1

4l

1;

tI j

1;

1.

1

I

t3

1

tl

3 ю 1, (!

I (! 3

Э!

I l

3 ю

I

1

t, ItI

Э

1

1

1, 3

l!

i! ! !

1:

1

1 !

1

1

1

I, I 1 !

1

1

1

1

C «O 1 х в о

3 С u в ! О

1 I- 1 1

О l C хю-с! о

Во*! З

tl-zz ах

1 и 1

1 Х 1

1 Z 1 О 1

Z l 1 1

ZOOt °

ОХ Х ов с!

1 Э.аЮ лх

C I l0 1 I

4ÎZ! Х

zх ю э.

1 nzg l a

ЛООI O а л 1 (Out

1 O O I 4 1 !

1 C I Ф л z 1

t

1 ! (!

I л

O) 1 ! ) t

1 1 а,, 3l

Ч t

3, t с

1 ° 4

j Ф

Й » „, 8;,, .

Ч; 1 l

1 а.

Лю

6(!

t

1 — — -3, 33 3

,1ЕЭ11

3 Ill

1 I I 3 t 1 t t.t Э, 3

Ф ФФФ