Электрод для сварки под водой низкоуглеродистых сталей

 

Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам, а именно к электродам для сварки под водой металлоконструкций из низкоуглеродистых сталей. Цель изобретения - обеспечение возможности сварки под водой во всех пространственных положениях. На стальной стержень электрода наносится покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.%: полевой шпат 611, мрамор 3-7, ферромарганец 5-20, целлюлоза 1-2,5 и рутиловый концентрат остальное, причем отношение содержания рутилового концентрата к полевому шпату составляет 6-11. После опрессовки на электрод наносят гидроиэолирующее покрытие . Коэффициент массы покрытия равен 28-32%. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О с с

ЬЭ (21) 4839984/27 (22) 13.04.90 (46) 23.01,92. Бюл. М 3 (71) Институт электросварки им. Е,Q. Патона (72) И.M. Савич, И.В. Ляховая, С.Ю. Максимов, В.Я, Кононенко и Н.П. Пинтов (53) 621.791.042.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1549706, кл. В 23 К 35/365. 09.03.88.

Авторское свидетельство СССР

М 404592, кл. В 23 К 35/365, 30.04.71, (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам. а именно к

Изобретение относится к электродным материалам для дуговой сварки и может быть использовано для ручной сварки преимущественно под водой металлоконструкций иэ низкоуглеродистых сталей — ремонт корпусов судов на плаву, строительство или ремонт подводных трубопроводов. причальных и портовых сооружений — везде, где необходимо выполнение швов во всех пространственных положениях.

Известен электрод ЭПС-52, предназначенный для сварки под водой углеродистых и низколегированных сталей, покрытие которого содержит, мас. :

Двуокись титана 35

Полевой шпат 10

Мрамор 10

Циркониевая руда 5

Ферромарганец 5

Ферротитан 12

Ферросилиций 3

Поташ 10

Растворимое стекло 20

„„5Ц„„1706821 А1 электродам для сварки под водой металлоконструкций из низкоуглеродистых сталей.

Цель изобретения — обеспечение возможности сварки под водой во всех пространственных положениях. На стальной стержень электрода наносится покрытие, содержащее следующие компоненты, мас. : полевой шпат 6-11, мрамор 3-7, ферромарганец

5-20, целлюлоза 1-2,5 и рутиловый концентрат остальное, причем отношение содержания рутилового концентрата к полевому шпату составляет 6-11. После опрессовки на электрод наносят гидроизолирующее покрытие. Коэффициент массы покрытия равен 28 — 32",ь. 2 табл, Основными его недостатками являются невозможность сварки во всех пространственных положениях и недостаточная кроющая способность шлака, Введение алюмосиликатов (полевого шпата) в рутиловые расплавы (двуокись титана) в указанном количестве приводит к разжижению шлака, что не обеспечивает удержание ванны расплавленного металла в положениях, отличных от нижнего и приводят к неудовлетворительному формированию металла шва. Введение шлакообразующих компонентов в указанных количествах не позволяет получить плотную шлаковую корку, что ухудшает ее кроющую способность.

Известен также электрод ЭПΠ— 55, предназначенный для подводной сварки углеродистых и низколегированных сталей, имеющий следующий состав покрытия, мас. 7ь:

Двуокись титана 25

Мрамор 20

Ферромарганец 8

1706821

Ферротитан 12

Ферросилиций 5

Порошковое железо 30

Растворимое стекло 20-26

Если плохая кроющая способность шлака объясняется недостатком шлакообраэующих в составе покрытия, то причина невозможности сварки во всех пространственных положениях объясняется следующим: в условиях интенсивного охлаждения, характерных для подводной сварки, свойства рутиловых расплавов такого состава приводят к образованию высоких и узких валиков наплавленного металла, При этом при сварке на вертикальной плоскости и в потолочном положении ухудшается формирование шва — образуются наплывы и несплавления, что делает невозможным его применение в этих положениях.

Известен также электрод, который можно использовать при сварке под водой ниэкоуглеродистых сталей в нижнем положении. Покрытие состоит иэ следующих компонентов, мас. :

Двуокись титана 45-52

Полевый шпат 2-5

Мрамор 8-13

Слюда 17-21

Ферромарганец 11 — 13

Целлюлоза 0,5-2,0

Увеличенное количество шлакообразующих позволило улучшить кроющую способность шлака .и получить в нижнем положении швы с хорошим формированием и плотной шлаковой коркой. Однако при таком соотношении содержания двуокиси титана и алюмосиликатов (полевой шпат и слюда), как и в случае электрода ЭПС-52, сварка во всех пространственных положениях невозможна.

Анализ приведенных составов показывает, что для обеспечения возможности сварки во всех пространственных положениях необходимо сбалансировать содержание рутила и алюмосиликатов в покрытии с учетом интенсивного охлаждения шлакового расплава при контакте с окружающей водой при сохранении хорошей кроющей способности шлаковой корки.

Цель изобретения — обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях.

Поставленная цель достигается тем, что в электроде для сварки ниэкоуглеродистых сталей, состоящем из стального стержня и покрытия, содержащего полевой шпат, мрамор, ферромарганец, целлюлозу, рутиловый концентрат компоненты взяты в следующем соотношении, мас. 1ь:

Полевой шпат 6-11

Мрамор 3-7

Ферромарганец 5-20

Целлюлоза 1-2,5

Рутиловый концентрат Остальное причем отношение содержания рутилового концентрата к полевому шпату составляет б — 11, а коэффициент массы покрытия равен

28-32, Указанное количество шлакообраэующих компонентов обеспечивает образование плотной шлаковой корки, равномерно покрывающей наплавленный металл. Выбранное соотношение содержания рутилового концентрата к полевому шпату в пределах 6-11 позволяет получить шлак, удерживающий ванну расплавленного металла на вертикальной плоскости и обеспечивающий хорошее формирование металла шва. Уменьшение этого соотношения менее б приводит к разжижению шлака и. как следствие, к стеканию расплавленного металла.

При увеличении соотношения свыше 11 ухудшается формирование шлака, так как валик наплавленного металла становится узким и высоким. что неприемлемо при многопроходной сварке.

Введение полевого шпата в количествах менее 67, не оказывает заметного влияния на свойства рутилового расплава. Увеличение содержания полевого шпата свыше 11 приводит к заметному увеличению количества силикатных включений неправильной формы в металле шва, что снижает механические его свойства. в первую очередь, ударную вязкость.

Ферромарганец вводится в шихту в количестве 5 — 20ф, и предназначен для легирования наплавленного металла. Как известно, марганец упрочняет зерна феррита, однако введение ферромарганца в количестве менее 57ь не эффективно, так как он энергично окисляется кислородом парогазового пузыря. При введении его в шихту свыше 207, в связи с высокими скоростями охлаждения, характерными для мокрой подводной сварки, в металле шва образуются закалочные структуры. Кроме того, по границам зерен появляются плены сложных окислов марганца, что при совместном взаимодействии повышает опасность образования трещин.

Целлюлоза вводится в состав покрытия для улучшения пластических свойств обмаэочной массы и создания газовой защиты наплавленного металла. Введение до 1 7 не сказывается на повышении пластичности обмазочной массы, При увеличении содержания целлюлозы свыше 2.5> существенного изменения пластических свойств не

1 0682 происходит. С другой стороны, вс едствие диссоциации целлюлозы увеличивается содержание водорода в атмосфере дуги, что приводит к образованию пор в металле швз.

Введение карбоната кальция уменьшает парциальное давление водорода в парогозовом пузыре за счет разбавления его атмосферы продуктами диссоциации мрамора. Уменьшение содержания СзСОз менее 3;6 не позволяет достичь указанного эффекта, а увеличение содержания свыше

7 ухудшает формирование сварного шва, Предлагаемый электрод технологичен и высокоэффективен, так как его состав обеспечивает свойства, не присуще ранее известным техническим решениям, а именно существующими электродами процесс подводной сварки осуществляется только в нижнем положении, данный электрод дает хорошее формирование металла шва во всех пространственных положениях.

Изготовление электрода может бы1ь осуществлено следующим образом: стальные стержни с предварительно обезжиренной поверхностью опрессовывают нз стандартном оборудовании электродной массой, которую готовят путем смешения ингредиентов, взятых в пределах с натриево-калиевым раствооимым стеклом плотностью 1,44-1,50 и модулем 2,75-3,35. Затем электроды подвергают провяливанию, сушке при 100 С и последующей прокалке при

350 С. После остывания на электроды наносят одно из известных гидроизолирующих покрытий.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения изготовлены 6 партий электродов диаметром 4 мм, состав обмазки которых приведен в табл. 1.

Испытания проводились в режиме подводной сварки образцов стали 09Г2 толщиной

10 мм на токе 150 — 160 А при напряжении

22 — 23 В. Этими электродами выполнены наплавки во всех пространственных положениях. Формирование наплавленного металла оценивалось по 3-бальной системе (табл, 2). Как видно из полученных данных, все электроды обеспечивают при сварке в нижнем положении хорошее формирование (2 — 3 балла). При сварке на вертикальной

45 получения поврежддений. Это обстоятельство повышает экономическую эффективность предлагаемых электродов, так как иключает стоимость пробега судна к ближайшему порту, оснащенному сухими доками.

Формула изобретения

Электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, содержащего полевой шпат, мрамор, ферромарганец, целлюлозу, рутиловый концентрат, отличающийся тем, 55 плоскости и в вертL1KальHом положенllè электродом — прототипом образующийся жидкотекучий шлак не обеспечивает удержание ванны расплавленного металла (оценка формирования 1 балл). Составы 2, 3, 5 обеспечивают получение удовлетвори.тельного формирования нзплавленного металла из-за возможности появления наплывов закристзллизовзвшегося металла или узкого высокого валика. Лучшие результаты дает состав 4. Он позволяет получать хорошее формирование во всех пространственных положениях с образованием плотной шлаковой корки. Следовательно, для подводной сварки металлоконструкций из мзлоуглеродистых сталей во всех пространственных положениях можно применять электроды состава 3, но оптимальным является электрод состава 4.

Предложенные электроды могут быть использованы для подводного судоремонта. Корпус судна, получивший íзвигациîH ные повреждения нз одном из бортов или днище, должен становиться в сухой док для ликвидации трещины или пробоины. Постановка в док и проведение мелкого ремонта, например, заварки трещины длиной 150200 мм на днище судна потребует не менее трех суток, что обойдется в 1200x3=3000 руб. (стоимость доко-суток в среднем 1200 руб.).

Используя предложенные электроды, указанную трещину можно заварить за время, не превышающее одну рабочую смену водолазного бота, стоимость которого составляет в среднем 80 руб. Таким образом, ремонт одного судна в условиях порта обойдется на 3600-80=3520 руб. дешевле. Так, ожидаемый годовой экономический эффект от применения предлагаемых электродов при проведении подводного судоремонта в одном только порту г. Находки в течение 12 мес (из расчета 1 раз в месяц) составил 3520 руб.х12=42240 руб. Следует отметить, что подводный ремонт корпуса предложенными электродами может быть проведен с борта потерпевшего судна в акватории

1706821

Полевой шпат

Мрамор

6 — 11

3-7

Таблица 1

П р и м е ч а н и е, Растворимое стекло составляет 20-25ф, от массы шихты покрытия.

Таблица 2

Составитель С. Максимов

Редактор С. Патрушева Техред М.Моргентал Корректор Н. Ревская

Заказ 229 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, !01 что, с целью возможности обеспечения сварки под водой во всех пространственных положениях, компоненты покрытия взяты при следующем соотношении, мас.7,;

Ферромарганец 5-20

Целлюлоза . 1,0-2,5

Рутиловый концентрат Остальное, причем отношение содержания рутилового

5 концентрата к полевому шпату составляет

6 — 11, а коэффициент массы покрытия равен

28-32 $.