Электрод для ручной электродуговой резки металлов

 

Изобретение относится к сварке, в частности к материалам, используемым для дуговой обработки, а именно к электродам, предназначенным для .резки листового и профильного металлопроката. Цель изобретения - повышение производительности и экономичности резки. Электрод состоит из стального стержня и покрытия, включающего 40-60 мас.% железной окалины, содержащей 60-80% кислорода, и кварц - остальное. Коэффициент массы покрытия в зависимости от рода тока, для работы на котором предназначен электрод, составляет 50-65% для постоянного тока и 35-45% для переменного тока. Возрастание мощности дуги обеспечивается за счет возможности увеличения величины рабочего тока и напряжения на дуге, а также большого содержания кислорода в покрытии. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4796408/08 (22) 18.01.90 (46) 30.03.92. Бюл. N. 12 (71) Московский опытный сварочный завод и Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства (72) З.А,Сидлин, И.С.Шапиро и B.È.Власов (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N507994,,кл,,B 23 К 35/36, 24,09,74.

Авторское свидетельство СССР

N 336134, кл. B 23 К 35/365, 07,01.71. (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к материалам, используемым для дуПредлагаемый штучный электрод предназначен для ручной дуговой резки углеродистых и низколегированных сталей и может быть эффективно использован на предприятиях стройиндустрии при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций для резки напрягаемой арматуры, а также для резки листового металлопроката при монтаже металлических конструкций в условиях строительной площадки.

Известен электрод для дуговой обработки, в состав покрытия которого в качестве компонента экзотермической смеси введена окалина.

Недостатком известного электрода является то, что. состав покрытия не содержит термостойкие компоненты, что лимитирует возможность использования повышенных удельных нагрузок по току, необходимых по специфическим особенностям выполнения Ы,„, 1 722754 А1 говой обработки, а именно к электродам, предназначенным для .резки листового и профильного металлопроката. Цель изобретения — повышение производительности и экономичности резки. Электрод состоит из стального стержня и покрытия, включающего 40 — 60 мас.% железной окалины, содержащей 60 — 80% кислорода, и кварц— остальное, Коэффициент массы покрытия в зависимости от рода тока, для работы на котором предназначен электрод, составляет 50-65% для постоянного тока и 35 — 45% для переменного тока. Возрастание мощности дуги обеспечивается за счет возможности увеличения величины рабочего тока и напряжения на дуге, а также большого содержания кислорода в покрытии, 4 табл. резательных работ (попытки реализации данного условия проводят при работе на повышенных токах к отслаиванию покрытия от стержня электрода); окалина, введенная в состав покрытия, являющаяся отходом кузнечно-прессового и прокатного производства, содержит только около 23% кислорода, что не обеспечивает эффективного окисления ванны расплавленного металла, а следовательно и ее повышенной жидкотекучести.

Данное обстоятельство, в свою очередь, ограничивает производительное выполнение резательных работ низколегированных сталей, а также ведет к увеличению затрат тепловой мощности дуги на перегрев и испарение металла в полости реза.

Известен электрод для ручной дуговой резки металлов, состоящий из стального стержня и покрытия, включающего в себя кварц, который по своей сущности наиболее близок к предлагаемому решению.

1722754

Недостатком данного электрода является то, что при его использовании для обработки низколегированных сталей, широко применяемых при изготовлении предварительно напряженных железобетонных конструкций, для которых выполнение ручной дуговой резки штучными электродами, связанной с отпуском натяжения арматуры, узаконено соответствующими нормативными документами в строительстве, не обеспечивается высокая производительность и экономичность выполнения резательных работ, Это связано с тем, что используемый в качестве элемента покрытия электрода гематит содержит главным образом железо—

72 и только 28 кислорода. Повышенное содержание железа и пониженное — кислорода являются факторами, ограничивающими производительность резки вследствие ограниченной окислительной способности газовой среды над ванной расплавленного металла.

Цель изобретения — повышение производительности и экономичности резки арматуры железобетонных конструкций.

Поставленная цель достигается.тем, что в электроде для ручной дуговой резки, состоящем из стального стержня и покрытия, включающего кварц и оксид железа, в состав покрытия в качестве оксида железа введена железная окалина, содержащая

60 — 80 кислорода при следующем содержании компонентов, мас. .

Железная окалина 40-60

Кварц Остальное

При этом коэффициент массы покрытия составляет 50 — 65 для постоянного тока и

35 — 45 для переменного тока.

Сущность данного технического решения состоит в том, что в предлагаемом электроде для дуговой резки металлов, состоящем из стального стержня и покрытия, использовано простейшее бикомпонентное покрытие, что позволяет изготавливать электроды методом опрессовки. При этом данное покрытие обладает как высокой термостойкостью, что обеспечивает повышенные нагрузки по току, так и высокой окислительной способностью. Выбор при этом соответствующего значения коэффициента массы покрытия K„, который составляет 50-65 для постоянного тока и

35-45 для переменного тока, обеспечивает универсальность применения данного электрода для работы как на постоянном, так и переменном токе. Приэтомв обоих случаях обеспечивается как максимальная производительность выполнения резательных работ, так и возможность легкого повторного возбуждения дуги, что важно при резке

55 ограниченных толщин (сечений). Дополнительным фактором, способствующим повышению экономичности выполнения резательных работ, является отсутствие регламентации химического состава металлического стержня электрода, что позволяет использовать проволоку несварочных кондиций, имеющую минимальную стоимость.

Приведенный состав окалины, образующийся при кислородной резке при непрерывной разливке стали, характерен для завода "Серп и Молот". В зависимости от чистоты режущего кислорода и химического состава разрезаемого металла фактическое содержание кислорода в такой окалине изменяется от 60 до 80 .

Применение на основании приведенных данных в качестве компонента покрытия такой окалины, содержащей 60 — 80 кислорода, обеспечивает возможность максимального повышения содержания кислорода в покрытии. Данное обстоятельство позволяет реализовать использование безвозвратно теряемых отходов окалины, объем которых на соответствующих заводах достаточен для организации промышленного производства практически любого количества электродов для резки. При этом такая окалина наилучшим образом удовлетворяет требованиям к компоненту покрытия электродов для резки, так как содержит более чем в два раза большее количество кислорода по сравнению с другими соединениями железа с кислородом, Максимал ьная производительность резки соответствует содержанию окалины

40 — 60 /о.

Уменьшение содержания данной окалины менее 40 в покрытии электрода обусловливает снижение окислительного воздействия кислорода на ванну расплавленного металла, что обусловливает снижение производительности резки. Увеличение ее содержания свыше 60 снижает термостойкость покрытия как вследствие уменьшения количества кварца, так и вследствие увеличения содержания в обмазке электрода связующего — жидкого стекла, что связаН0 с повышенной дисперсностью частиц окалины при их помоле, При этом имеет место снижение предельно допустимого тока и производительности резки.

Предлагаемый состав покрытия электродов для резки наилучшим образом удовлетворяет требованиям, предъявляемым к электродным материалам для выполнения резательных работ, так как при этом сочетается в наиболее полной степени термостойкость покрытия, определяющая соответствующее значение рабочего тока, с

1722754

15

40

55 обеспечением максимального окислительного воздействия на ванну расплавленного металла.

Использование в штучном электроде покрытия с различным значением коэффициента массы, определяющим наружный диаметр электрода, обусловлено возможностью эффективного использования данного электрода для, работы как на постоянном, так и переменном токе. При этом увеличение диаметра втулки, обусловленное возрастанием соответствующего значения коэффициента Км, приводит к увеличению мощности дуги как вследствие возрастания напряжения дуги, так и возрастания предельно допустимого тока. Однако при этом, начиная с некоторого значения KM,íå обеспечивается возможность повторного возбуждения дуги.

Ограничение при использовании постоянного тока максимальных значений Км, равных 50 — 65%, связано с тем, что при больших значениях не обеспечивается повторное возбуждение дуги при выполнении резов ограниченной длины из-за увеличения высоты втулки, образующейся на конце электрода, Реализация меньших значений

Км не может быть признана рациональной из-за уменьшения мощности дугового разряда, а следовательно уменьшения производительности резки.

При использовании для питания дуги переменного тока основным фактором, определяющим соответствующее значение коэффициента массы покрытия, является обеспечение устойчивости поддержания дуги (табл. 4), которая существенно ниже, чем на постоянном токе.

Ограничение максимального значения

Км при работе на переменном токе 35 — 45% обеспечивает устойчивое поддержание дуги при работе на переменном токе. Это обусловлено уменьшением высоты втулки, образующейся на конце электрода при горении дуги. А меньшее значение скрытой длины дуги, обеспечиваемой при этом за счет соответствующего значения Км, повышает устойчивость поддержания дуги на переменном токе.

При значениях Км, предлагаемых как для постоянного, так и переменного тока, наиболее полно обеспечиваются технологические показатели выполнения резательных работ.

Режимы нагрузки стержня электрода по току, реализуемые при использовании предлагаемого электрода, существенно превосходят аналогичные показатели для других марок электродных материалов.

Так, например, для электрода диаметром 4 мм для постоянного тока максимально допустимое значение рабочего тока составляет 330-340

А, соответственно для электрода диаметром

5 мм- 420-440 А, что обеспечивает существенное повышение плотности тока в столбе дуги, чему способствует наличие втулки на конце электрода, которая препятствует возможности расширения столба дуги в радиальном направлении. При этом резко возрастает проникаюшря способность дугового разряда при использовании предлагаемых электродов и давление дуги на ванну расплавленного металла, что обусловливает повышение производительности резки. По сравнению с ранее применяемыми электродными материалами производительность резки возрастает в 1,5-3 раза.

Существенное повышение производительности резки,в свою очередь, обуславливает сниженйе удельного расхода электродов при выполнении резательных работ. В среднем расход потребляемых на резку электродов уменьшается на 20 — 40%.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого технического решения определяется и тем, что отсутствие регламентирования состава металла стержня данного электрода позволяет использовать для его производства существенно более дешевые проволоки по сравнению со стоимостью проволок, используемых в настоящее время

s качестве стержня штучных электро,,ов.

Применение в качестве компонента пок "rbt тия железной окалины, содержащей 60—

80% кислорода в количестве 40 — 60%, которая является отходом металлургического производства, образующимся при кислородной резке горячего металла на машинах для непрерывной разливки стали, характеризуется черезвычайно низкой стоимостью данного компонента покрытия. Соответствующая стоимость 1 т данной окалины на металлургических заводах страны составляет около4 руб. Следует также отметить и низкую стоимость второго компонента покрытия— кварцевого песка.

Таким образом, построение данного электрода на основе недефицитных и дешевых компонентов покрытия, а также вследствие существенного снижения стоимости металла, используемого для стержня электрода, позволяет снизить себестоимость их изготовления по сравнению с наиболее дешевыми электродными материалами в 1,5-2 раза.

Повышение производительности обеспечивает и большая доля тугоплавкого кварца в составе покрытия, определяющая возможность существенного увеличения плотности тока при резке электродом данного диаметра без опасности отслоения по1722754

Таблица1

Взаимное содержание железа и кислорода в различных формах окалины и химических соединениях

Со е жание, Химический состав

Материал

Железо

Кислород

30

ЕегОз

32

FeO

Еез04

78

22

28

72 крытия из-за перегрева стержня электрода.

Благодаря такой термостойкости покрытия существенно возрастает высота втулки, образующейся на конце электрода, что, в свою очередь, приводит к увеличению напряжения дуги, Обеспечиваемое возрастание мощности дуги, реализуемой как за счет увеличения величины рабочего тока, так и напряжения на дуге, определяет соответствующее повышение производительности резки. Этому также способствует большое содержание кислорода в покрытии, который, выделяясь при его плавлении, создает, благодаря наличию втулки, направленный мощный газовый поток, оказывающий окислительное воздействие на ванну расплавленного металла в полости реза, что уменьшает время ее существования в полости из-за повышенной жидкотекучести благодаря окислительному воздействию струи газа и динамическому ее воздействию и давления дуги. Данное обстоятельство способствует более эффективному вводу тепла в обрабатываемое изделие.

Гематит

Окалина, являющаяся отходом кузнечно-прессового и прокатного производства

Окалина являющаяся отходом металлургического производства

Окалина, образующаяся при кислородной резке при непрерывной азливке стали

Использование данных электродов обеспечивает повышение производительности резки в 1,5-3 раза. Экономический эффект, обусловленный применением 1 т

5 электродов, составляет около 700 руб.

Формула изобретения

Электрод для ручной электродуговой резки металлов, преимущественно арматурных сталей, состоящий из стального стерж10 ня и покрытия, включающего кварц и оксид железа, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и экономичности резки, в состав покрытия в качестве оксида железа введена железная

15 окалина, содержащая 60-80 кислорода, при следующем содержании компонентов, мас. :.

Железная окалина, содержащая 60-80; .

20 кислорода 40-60

Кварц Остальное причем коэффициент массы покрытия составляет 50-65$ для постоянного тока и

35-45 для переменного тока, 25

1722754

Таблица2

Влияние соотношения между окалиной, образующейся при кислородной резке при непрерывной разливке стали, и кварцем при их введении в состав покрытия штучного электрода на показатели процесса резки

Табл и цаЗ

Влияние коэффициента массы покрытия на показатели процесса резки на постоянном токе

О енка словий выполнения езки

Предельно допустимый ток,А

Диаметр покрытия,мм

Коэффициент массы покрытия,%

310-320

6,0

45,0

84,4

8,0

123,0

9,8

20

50,0

61,0

65,0

70,0

6,3

7,0

7,1

7,4

315-325

330-340

340-350

350-360

360-370

400-420

Устойчивость поддержания дуги

Обеспечивается

Повторное возбуждение дугового аз яда

Обеспечивается не во всех случаях

Обеспечивается

Обесп чивается не во всех случаях

Не обеспечивается

1722754

Таблица 4

Влияние коэффициента массы покрытия на устойчивость поддержания дуги при резке на переменном токе

15

25

Составитель 3.Сидлин

Редактор М,Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

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

Заказ 1024 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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