Электрод для сварки алюминиевой бронзы

 

Изобретение относится к сварке, в частности к материалам для сварки алюминиевых бронз, преимущественно легированных цинком, и может быть использовано для сварки перспективных коррозионно-стойких и демпфирующих сплавов, что расширяет возможность их внедрения в машиностроении , судостроении и других отраслях народного хозяйства. Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварных соединений из алюминиевой бронзы, легированной цинком. Электрод состоит из стержня, выполненного из алюминиевой бронзы Бр АМц 9-2, покрытия, содержащего , мас.%: криолит 46-71; фторид натрия 2-10; фторид лития 2-5; фторборат калия 5-10; хлорид натрия 2-4; алюминий 18-25, и наружной оболочки в виде спирали из проволоки или ленты, изготовленной из латуни, содержащей 30-40% цинка. Причем коэффициент массы покрытия равен 13-16%, масса наружной оболочки составляет 22- 30% от массы электродного стержня с покрытием . 2 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (л) с

i QQ (л) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776927/08 (22) 03.01.90 (46) 30.05.92. Бюл,¹ 20 (71) Производственное объединение "Кировский завод" и Ленинградский политехнический институт им. М,И,Калинина (72) А,В,Шимарев, Б,Л.Григорьев и Л.А,Ефимов, (53) 621,791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 831465, кл. B 23 К 35/365, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 564941, кл. В 23 К 35/365, 1975. (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВОЙ БРОНЗЫ (57) Изобретение относится к сварке, в частности к материалам для сварки алюминиевых бронз, преимущественно легированных цинком, и может быть использовано для сварки перспективных коррозионно-стойИзобретение относится к сварке конструкций преимущественно из алюминиевой бронзы, легированной цинком, и может использоваться для сварки и наплавки коррозионностойкой демпфирующей алюминиевой бронзы, легированной цинком, используемой в судостроении, машиностроении, турбостроении и других отраслях промышленности.

Известен ряд электродных покрытий и электродов для дуговой сварки алюминиевых брона и некоторых демпфирующлх сигналов, например АБ — 2, БЛ-1, ЛКЗ вЂ” АБ.

Известен сварочный электрод с электродным покрытием, изготовленным на стержнях из сплава, содержащего 75% марганца и 25% меди, с нанесенным на него

Б0. 173б683 А1 ких и демпфирующих сплавов, что расширяет возможность их внедрения в машиностроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства, Цель изобретения— повышение коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварных соединений из алюминиевой бронзы, легированной цинком. Электрод состоит из стержня, выполненного из алюминиевой бронзы Бр АМц 9 — 2, покрытия, содержащего; мас.%: криолит 46 — 71; фторид натрия

2 — 10; фторид лития 2 — 5; фторборат калия

5 — 10; хлорид натрия 2 — 4; алюминий 18 — 25, и наружной оболочки в виде спирали из проволоки или ленты, изготовленной из латуни, содержащей 30 — 40% цинка. Причем коэффициент массы покрытия равен 13 — 16%, масса наружной оболочки составляет 22—

30% от массы электродного стержня с покрытием. 2 табл, способом окунания электродным покрытием следующего состава, мас.%:

Мрамор 8

Плавиковый шпат 12

Криолит 60

Фтористый натрий 20

Материалы шихты размалывали и просеивали через сетку 016. Затем для устранения сепарации перемешивали, после чего замешали до необходимой консистенции на водном растворе жидкого стекла. Нанесли покрытие способом окунания на стержни из марганцево-медного сплава. После сушки и прокалки готовыми электродами сваривали образцы.

При сварке алюминиевой бронзы, легированной цинком, эти электроды имеют

1736683

5 — 10

2 — 10 удовлетворительные сварочно-технологические характеристики. Однако они имеют повышенную склонность к образованию трещин в металле шва, низкую коррозионную стойкость сварного соединения (0,86 5 мм/г), а логарифмический декремент затухания сварного соединения составляет

1,1, по величине которого судят о демпфирующей способности сплава.

Наиболее близким к изобретению алек- 10 трод сварочной, изготовленный с электродным покрытием состоящим, мас. :

Криолит 28

Плавиковый шпат 8

Хлористый натрий 2 15

Никель 15

Марганец 25

Железный порошок 4

Мрамор 8

Фтористый натрий 8 20

Фторборат калия 1

Карбоксиметилцеллюлоза 1

Материалы шихты размалывали, просеивали, взвешивали в соответствии с рекомендациями, после чего тщательно 25 перемешали, Сухую шихту замешивали на водном растворе силиката натрия в количестве, необходимом для нанесения покрытия способом окунания на стержни из бронзы марки Бр.АМц 9 — 2. Карбоксиметилцеллюло - 30 за вводилась в замес в виде водного раствора. После сушки и прокалки готовыми электродами сваривали образцы. Указанный состав электродного покрытия предназначен для сварки сложнолегированных 35 алюминиевых бронз, В результате сварки этими электродами алюминиевой бронзы, легированной цинком в металле шва, получено 2,8/ никеля, 4,1/ марганца и 1/ железа; цинк содержался только в качестве 40 примеси 0,38o В результате получена химическая неоднородность сварного сединения по химическому составу между швом и основным металлом, Коррозионная стойкость сварного соединения, полученная в 45 процессе испытаний, составляет 0,026 ммlг. Логарифмический декремент затуханий 0,4 .

Цель изобретения — повышение коррозионной стойкости и демпфирующей спо- 50 собности сварного соединения из алюминиевой бронзы, легированной цинком.

Поставленная цель достигается тем, что известное покрытие для сварочного элект- 55 рода дополнительно содержит фтористый литий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. .

Фторборат калия

Фтористый натрий

Фтористый литий 2 — 5

Хлористый натрий 2 — 4

Алюминий 18 — 25

Криолит 46-71 наносимое методом окунания на стержень из алюминиевой бронзы марки Бр.АМц 9 — 2, и дополнительно на готовый электрод одевается оболочка из медного сплава, содержащего цинк, например проволока из латуни марки Л63 в количестве 22 — 30 от массы, покрытой электродным покрытием части электродного стержня.

Предлагаемый электрод для сварки алюминиевых бронз позволяет получить в наплавленном металле и металле сварного шва необходимое количество цинка 5—

7,5, что практически невозможно осуществить ни одним из известных электродов для дуговой сварки.

Известно, что температура плавления алюминиевой бронзы, легированной цинком, составляет 1040 С, Температура кипения цинка в аналогичных условиях 905 С.

Температура капли расплавляемого электрода 1700 †18 С, а температура сварочной ванны 1300 †14 С, В таких условиях при ручной дуговой сварке содержание цинка в наплавленном металле не превышает

2 — 3/. Остальной цинк в соответствии с законом Рауля успевает выкипеть. Введение цинка через периферийную а значит, и более "холодную" зону дугового пространства позволяет сохранить в металле шва достаточно высокое содержание цинка. Соотношение массы оболочки к массе обмазанной части электродного стержня определяется возможностью получения необходимой кон- центрации цинка в наплавленном металле.

При 22 латунной оболочки в наплавленном металле получаем 5/, цинка, а при 30 латунной оболочки — соответственно 7,95/ цинка. При этом понизится коррозионная стойкость сварного шва. Дополнительное введение в состав фтористого лития позволяет увеличить поверхностное натяжение шлака и увеличить стабильность горения дуги, что оказывает благоприятное влияние на отделимость шлака от поверхности металла шва. Введение фтористого лития мене 2/, не оказывает влияния на улучшение характеристик, повышение концентрации выше

5/ приводит к значительному увеличению поверхностного натяжения, что затрудняет нормальное формирование металла шва и не улучшает отделимость шлаковой корки, Фторборат калия при сварке диссоциирует на фтористый калий и фторид бора и значительно снижает склонность наплавленного металла к образованию пор. При его содержании менее 5 в составе сухой

1736683

55 шихты повышается вероятность образования пор в металле шва. Повышение содержания фторбората калия более 10 нецелесообразно в связи с ухудшением сварочно-технологических характеристик электродов выражающихся в увеличении потерь на угар и разбрызгивании, а также удорожании электродов.

Хлористый натрий служит технологической добавкой, определяющей технологическую прочность электродных покрытий.

Уменьшение его содержания ниже нижнего предела (2 ) приводит к образованию трещин в электродном покрытии и его осыпанию. Увеличение содержания хлористого натрия в сухой шихте более 4 приводит к взаимодействию с водным раствором силиката натрия. Связующее утрачивает клеящие свойства и электроды изготовить не удается, Кроме того, значительно снижается вязкость шлака и нарушается шлаковая защита металла шва, Снижение содержания фтористого натрия менее 2 приводит к повышению содержания неметаллических включений металла шва и снижению пластичности наплавленного металла, а увеличение содержания больше 10 ухудшает отделимость шлака и формирование наплавленного металла.

Увеличение содержания криолита выше

71% снижает технологическую прочность электродного покрытия, а снижение содержания ниже 46 не позволяет получить удовлетворительных сварочно-технологических характеристик и коэффициент перехода алюминия в наплавленный металл.

Количество алюминия в сухой шихте определяется необходимостью легирования наплавленного металла алюминием, содержание которого уменьшается в связи с разбавлением металла электродного стержня металлом оболочки, содержащей медь и цинк. При снижении содержания алюминия в покрытии ниже 18 содержание алюминия в наплавленном металле составляет меньше 7,5%, а при содержании алюминия более 25 в металле шва его оказывается более 8,5, что резко снижает пластичность и ударную вязкость наплавленного металла.

B результате применения изобретения для сварки алюминиевой бронзы, легированной цинком, получена коррозионная стойкость сварного соединения не хуже, чем у основного металла (0,006 — 0,009 мм I г).

Логарифмический декремент колебаний составил 2,4 — 3,2 при нагрузке 20 МПа, Предлагаемый электроддля сварки преимущественно алюминиевых бронз, легиро5

50 ванных цинком, испытан в лабораторных условиях.

В качестве стержня для изготовления электродов использована проволока из алюминиевой бронзы марки Бр,АМц 9 — 2 диаметром 6 мм, На эти электродные стержни способом окунания нанесены электродные покрытия, составы сухих шихт которых приведены в табл.1.

Материалы сухой шихты размалывали, просеивали через сетку 016, взвесили и перемешали, после чего приготовили замес на водном растворе силиката натрия с плотностью 1,31 — 1,34 г/см (модуль 2,56). При нанесении покрытий способом окунания на 1 кг сухой шихты расход жидкого стекла составляет 0,45 — 0,6 кг. После сушки при 18—

20 С в течение 24 ч электроды прокалены при 400 — 420 С в течение 1,5 — 2 ч. Коэффициент массы электродного покрытия прокаленных электродов составляет 0,13-0,16.

Металлическая оболочка выполнена в виде спирали из латунной проволоки марки Л63 диаметром 1,45 мм. Масса спирали составляет 20 — 35 от массы покрытой части электродного стержня.

Сварочно-технологические свойства электродов испытывали путем сварки встык пластин из алюминиевой бронзы, легированной цинком. Размеры пластины

25х150х460 мм. Разделка X-образная с притуплением 2 мм, угол разделки кромок 90 С, зазор 3 мм. Для определения химического состава наплавленного металла электродами выполнялась наплавка на ребро пластины 20 мм. Сварку и наплавку производили на постоянном токе обратной полярности при напряжении на дуге 26 — 28 В, силе сварочного тока 240 — 270 А и скорости сварки

12 — 16 м/ч с поперечными колебаниями 5 мм.

Сварочно-технологические свойства электродов с покрытием предлагаемого состава (варианты 1 — 3) оцениваются следующим образом. Горение дуги устойчивое, без сильного разбрызгивания и выделений пыли и дыма; шлаковая корка равномерно покрывает наплавленный металл; после сварки по мере охлаждения шлаковая корка легко удаляется; наплавленный металл имеет мелкочешуйчатую поверхность; в металле шва поры, трещины и шлаковые включения не обнаружены.

Сварочно-технологические свойства электродов с покрытием по вариантам 4 и 5 неудовлетворительные, При использовании варианта 5 покрытия наблюдалось неустойчивое горение дуги, затруднено удаление шлака с поверхности шва, наплавленный металл имеет грубую неровную поверх1736683

45

55 ность, в металле шва обнаружены поры. При использовании варианта 4 покрытия горения дуги неустойчивое, покрытие кусками отваливается с электрода, ухудшается шлаковая защита металла шва, отделяемость 5 шлака плохая, поверхость шва грубая и неровная, в металле шва, отделяемость шлака плохая, поверхность шва грубая и неровная, в металле шва обнаружены шлаковые включения, 10

При сварке известными электродами с известными покрытиями (пример 6, 7) получены хорошие сварочно-технологические свойства, однако они не обеспечивают получение химического состава металла шва, со- 15 ответствующего составу свариваемого металла. Это приводит к снижению коррозионной стойкости сварного соединения (см. табл.2), Эксплуатационные характеристики наплавленного металла и сварных 20 соединений определялись после термической обработки выполненной по режиму: нагрев до 730 С, выдержка 3 ч, охлаждение в воде.

Применение электрода для сварки алю- 25 миниевых бронз, преимущественно легированной цинком, позволяет получить необходимый химический состав наплавленного металла и металла сварного шва, что позволяет получить высокую коррозион- 30 ную стойкость и демпфирующую способность. Это позволяет применить изобретение для снижения количества неисправимых дефектов литья и для создания лито35 сварных конструкций, что существенно расширяет возможности применения перспективного коррозионностойкого вибродемпфирующего сплава. Возрастает эксплуатационная надежность готовых конструкций в связи с возможностью восстановления изношенного оборудования с помощью ручной дуговой сварки.

Формула изобретения

Электрод для сварки алюминиевой бронзы, состоящий из стержня, выполненного из проволоки Бр АМц 9-2 и покрытия, содержащего криолит, фторид натрия, хлорид натрия, фторборат калия, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварного соединения, состав покрытия дополнительно содержит фторид лития и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Криолит 46-71

Фторид натрия 2 — 10

Фторид лития 2 — 5

Фторборат калия 5 — 10

Хлорид натрия 2 — 4

Алюминий 18 — 25 коэффициент массы покрытия составляет

13 — 16, электрод снабжен наружной оболочкой, масса которой составляет 22 — 30 от массы электродного стержня с покрытием, при этом оболочка выполнена в виде спирали из проволоки или ленты, изготовленной из латуни, содержащей 30 — 40 цинка, 1736683

10 т

eer5

Z а Ф Щ а

ОФЩ с(<ю> о

S а ! — о о и о

YDX

О îY X х

Jl

Z ! и

ОО са N

Ф !

Ф

Ф

Щ

Iи о и (Q

Е

С о х и

Щ

Е

Ф о !

)D

О

СЧ

Ф о

1 с

m и о

Ф о

Z Ф с х= щ о и о

Z о с

Е о

М (D

Z

М о

Я

Ф с

X о

1 с

С

)5

Z

Ф а. с

СЕ о

)5

Z

Е

Я

СЧ

СЧ

Z

Х а

Ф ! и о

) о

С о а.

IY

Ф с

5 5 о

a.

g a.

rl o с с

Щ а.

5 и

С cg и а !щ о о

Z o л

I- С )

CU (О сс

Q с с

Ф

1Ф

Б

O Yu щ о с

Ф Io

Ф а

Х т

Ф т

Щ

) а.

CQ л !

Ф т о с

2 о

)5

S а. !

Щ

)5 и

1S о с о

I 9

)5

5 а.

IЩ

)5 )S

J) и 5 а Б о Я с с х<

C э

)5

2 а о о.

Ф

Щ

2Р а

5 с

5 щ

С Y

5 !2 ! а и о

s Ia а. а. о о

I- I(D

Z I)

) Ф ам

Щ

S а

S ! и

Щ а

co co 1 - N co co o

СЧ СЧ

1 1 СО 1 1 I 1

" СCDNLO

С7Ъ С Ю саО„О л CO С. 1- С ! 1

СЧ СЧ 0 ) СЧ 1 ! ! о

t о

Z

Ф с

IQ

Щ с с (U т

Y

Iи

5 а т

Ф (D

У S а + щ о х и

+ o

7) )о

z т о а

С0

- o

Щ

1(U

Щ с с ! щ Ф

S Б

Ф

Щ

О и о и

)S

S х

)D т

X

Х

Cl Юtа)) i-IO

СЧ СЧ N СЧ СЧ О

l CO Ю CO N <а! С)Э

ООО-- асч

ooooo ?o

ООООООО

СО О, Е В!.а о О О О О О

0) N cl co сч (а со

СЧ СЧ - С) — СЧ

ООООООО

С а ОСЧ СО Ф Ж LO cf CO Т Г

С ) CO N Lf) С)) CO . n СЧ М СЧ С > n

Оoooooo

CO ) — .) 1. ) — Н) ОЭ

С )С с -Юс СТ

ООО ООО.) CO - 0)Ч !.) )

I Г= CO иЭ О l

CO С ) — С )- С.) сГОж т ОО

CO l l- O) I- CO

СЧ - o ÑÃ

- o