Сварочный электрод

 

Использование, при ручной дуговой сварке, в частности для сварки конструкций из низколегированных сталей во всех пространственных положениях. Сущность изобретения: электрод состоит из стального низкоуглеродистого сердечника и покрытия смешанного типа, коэффициент массы покрытия составляет 40-50%. Покрытие имеет следующий состав, мас.%: мрамор 16,3- 19,0; плавиковый шпат 4,5-8,5; рутил 19,0- 24,0; ферросилиций 4,5-6,5; ферромарганец 5,5-8,0; органические пластификаторы 1,3- 2,5; флюс АН-60 4,5-5.5; диопсид 5,5-7,5; магнезит 15,5-18,1; глинозем 2,5-5,0; алюминиевомагниевый сплав 0.5-1,0; железный порошок 8,5-11,4. Введение флюса АН-60 обеспечивает повышение стабильн сти горения дуги переменного тока от трансформатора с напряжением холостого хода

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (213 4872079/08 (22) 18.07.90 (46) 07.06,92. Бюл. N 21 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) И.К.Походня, А.М.Бейниш, И,Р.явдощин и Б.В. Юрлов (53) 621.791.04 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 480516, кл. В 23 К 35/365, 01 10,73.

Авторское свидетельство СССР

М 335892, кл. В 23 К 35/365, 06.10,70.

Авторское свидетельство СССР

М 1080946, кл. В 23 К 35/365, 26.10.82.

Авторское свидетельство СССР

М 967753, кл. В 23 К 35/365, 30,07.70. (54) СВАРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД (57) Использование: при ручной дуговой сварке; в частности для сварки конструкций иэ низколегированных сталей во всех проИзобретение отйосится к дуговой сварке, в частности к сварочным электродам с покрытием основного вида для сварки KOHструкций из низколегированных сталей во всех пространственных положениях преимущественно в монтажных условиях.

Известно электродное покрытие, нане-., сенное на стальной низкоуглеродистый стержень, содержащее следующие компоненты, мас.%:

Мрамор 36 — 38

Плавиковый шпат 20-24

Двуокись титана 8-10

Цирконовый концентрат 8-10

Кремнемарганцевоалюминецирконотитановый сплав 5-11

Алюминиевомагниевый сплав 1-2

„„5QÄÄ 1738567 А1 странственных положениях. Сущность изобретения; электрод состоит из стального низкоуглеродистого сердечника и покрытия смешанного типа, коэффициент массы покрытия составляет 40-50 Покрытие имеет следующий состав, мас.%: мрамор 16,319,0; плавиковый шпат 4,5-8,5; рутил 19,024,0; ферросилиций 4,5-6,5; ферромарганец

5,5 — 8,0; органические пластификаторы 1,32,5; флюс АН-60 4,5-5,5 диопсид 5,5-7,5; магнезит 15,5-18,1; глинозем 2,5-5,0; алюминиевомагниевый сплав 0,5-1,0; железный порошок 8,5 — 11,4. Введение флюса

АН-60 обеспечивает повышение стабильн-. сти горения дуги переменного тока от тра сформатора с напряжением холостого хода (62 2) В. Совместное введение диопсида и магнезита при определенном содержании мрамора увеличивает глубину проплавления. 5 табл.

Кальцинированная сода 0,8 — 1,0

Известен также сварочный электрод, состоящий из стального низкоуглеродистого стержня и покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%;

Мрамор 40-80

Плавиковый шпат 5-30

Ферросилиций . 1 — 10

Марганец 1— - 10

Ферротитан 1-15

Алюминий 0,5 — 3,0

Дацит . 1,0-15,0

Кремнефтористый натрий 1,0-15,0

Указанные сварочные электроды не обеспечивают достаточного проплавления свариваемых кромок и стабильного горения дуги переменного тока из-за высокого со1738567

14,3-16,0 держания фторидов в покрытии и отсутствия стабилизаторов дуги, Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас,$:

Мрамор 10-15

Плавиковый шпат 1-5.

Ферросилиций .. 3-10

Ферромарганец 10-15

Ф ерротита н 10- 15

Кварцевый песок 4-8

Сидерит, . 3-5

Доломит . 10-15

Карбонат бария 5-8

Окислы циркония 5-7

Ортоклаз 2-4

Железнь!й порошок Остальное

Однако данное электродное покрытие не обеспечивает стабильного горения дуги от серийных промышленйыхтрансформаторов и содержит высокотоксичные вещества (карбонат бария), Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Газошлакообразующие компоненты 49-73

Раскисляющие и леги, рующие компоненты

Органические пластификаторы, . 0,5-1,5

Сухой остаток натриевокалиевого силиката 7,0-8,0

Компонент выбранный из группы: соляная кислота, хлористый аммоний, щавелевая кислота .. 0,015-0,7

Алюминиевамагниевая лигатура 0,5-0,8

Железный порошок . Остальное

В качестве газошлакообразующих компонентов состав электродного покрытия содержит карбонаты щелочноземельных металлов (45-65 мас. ) и фториды щелочноземельных металлов (1-4 мас. ), полевой шпат и рутиловый концентрат (3-4 мас. ) в соотношении 1:1.

Однако известный состав. электродного покрытия не обеспечивает стабильного горения дуги переменного тока от серийных промышленных трансформаторов с напряжением холостого хода (62 ) В, достаточного проплавления свариваемых кромок.

Цель изобретения — обеспечение стабильного горения дуги переменного тока от стандартизованных трансформаторов с напряжением холостого хода (622) В и повышение глубины проплавления свариваемых кромок тавровых соединений.

Поставленная цель достигается тем, что состав покрытия сварочного электрода. содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутил, минерал группы силикатов, ферросилиций, 5 ферромарганец, органические пластификаторы, железный порошок и алюминиевомагниевый сплав. дополнительно содержит плавленый флюс АН-60, магнезит, глинозем, а в качестве минерала группы силика10 тов — диопсид при следующем соотношении компонентов, мас.%;

Мрамор 16,3 — 19,0

Плавиковый шпат 4,5-8,5

Рутил 19,0 — 24,0

15 Ферросилиций 4,5 — 6,5

Ферромарганец 5,5-8,0

Органические пластификаторы . 1,3-2,5

Флюс .4.5 — 5,5

20 Диопсид 5,5-7,5

Магнезит .1 5,5-18,1

Глинозем 2,5-5,0

Алюминиевомагниевый сплав 0,5 — 1,0

25 Железный порошок 8,5 — 11,4 при этом коэффициент массы покрытия составляет 40 — 50 ., Стабильность горения дуги переменного тока определяется количеством и соотио30 шением положительных и отрицательных ионов в столбе дуги. Чем больше отрицательных ионов в столбе дуги, тем меньше энергии необходимо затратить для повторного возбуждения дуги после каждой смены

35 полярности на электродах.

Отличительной особенностью электродов с покрытием основного вида является большое количество фторсодержащих компонентов в покрытии. Поскольку фтар имеет

40 высокое сродство к электронам, то введение фторидов в состав покрытия приводит к заметному ухудшению стабильности горения дуги переменного тока. Полностью исключить фторсодержащие компоненты из со45 става покрытия невозможно, так как теряются основные преимущества электродов этого класса — высокие механические свойства металла шва, низкие содержания водорода, кислорода, азота, 50 С целью обеспечения стабильного горения дуги переменного тока в состав покрытия введен сварочный плавленый флюс марки АН-60, основу которого составляет оксид марганца. В этом случае стабильное

55 горение дуги переменного тока достигается за счет того, что марганец имеет высокое сродство к фтору. В присутствии марганца в атмосфере дуги уменьшается количество положительных ионов фтора в результате образования фторида марганца, что улучша1738567 ет проводимость дугового промежутка.

Пределы содержания флюса АН-60 в покрытии (4,5 — 5,5о ) выбраны из условия, чтобы обеспечить стабильное горение дуги переменного тока от трансформатора с

Ux.x. =,62 2"2, В, благоприятные гигиенические характеристики электродов. При содержании в покрытии флюса AH-60 менее

4,5 не достигается стабильное горение дуги переменного тока, а при содержании больше 5,5 существенно увеличивается удельное выделение марганца в рабочей зоне сварщика.

Одним иэ основных факторов, обеспечивающих увеличение глубины проплавления свариваемых кромок, является интенсификация газового потока с торца плавящегося электрода, которая приводит к оттеснению расплавленного металла и шлака из разделки, в результате чего высокотемпературный источник нагрева — сварочная дуга вызывает более интенсивное проплавление свариваемых кромок, Такой эффект реализуется за счет введения в состав покрытия магнезита. Однако с увеличением содержания оксидов магния в шлаке снижается его вязкость, что ухудшает сварочнотехнологические свойства электрода, Введение в состав покрытия диопсида позволяет увеличить вязкость шлака, что исключает его натекание под дугу и сохраняет глубокое проплавление свариваемых кром о к.

Оптимальное сочетание высоких сва: рочно-технологических свойств электродов и достаточной глубины проплавпения свариваемых кромок обеспечивается при соотношении мрамора к магнезиту 1,0:1,1 и их суммарном осдержании в покрытии 32,5—

36,2 . При содержании мрамора меньше

16,3 и магнезита меньше 15,5 не обеспечивается надежная газовая защита расплавленного металла. При увеличении содержания мрамора больше 19,0% и магнезита 18,1 растет газовый поток, но в результате контрагирования дуги продуктами диссоциации карбонатов увеличиваются потери расплавленного электродного ме. талла и ухудшается стабильность горения дуги переменного тока. Уменьшение отношения мрамора к магнезиту меньше 1,0 приводит к ухудшению стабильности горения дуги переменного тока, а увеличение больше 1,1 — к снижению глубины проплавления.

При содержании диопсида меньше

5,5о не достигается увеличение вязкости шлака, необходимое при реализации повышения глубины проплавления свариваемых кроме;,: Верхний предел содержания диопсида 7,5% определен иэ условия обеспечения хороших сварочно-технологических свойств электродов.

Пределы содержания-глинозема в по5 крытии 2,5 — 5,0 выбраны из условия обеспечения легкой отделимости шлаковой корки. При содержании глинозема в покрытии меньше 2,5% не достигается легкая отделимость шлаковой корки, а при содержании

10 больше 5,0% увеличивается вязкость шлака, что приводит к ухудшению формирования металла шва.

Введение в покрытие порошка алюминиевомагниевого сплава обусловлено не15 обходимостью снижения содержания кислорода в металле шва с целью повышения его пластично-вязких свойств. При содержании алюминиевомагниевого сплава меньше 0,5 не достигается уменьшение

20 содержания кислорода, а при содержании его больше 1,0 наблюдается интенсивный кремневосстановительный процесс, что приводит к снижению ударной вязкости металла шва, 25 При содержании плавикового шпата менее 4,5 не обеспечивается рафинирование металла шва, а при содержании его более 8,5 заметно ухудшается стабильность горения дуги переменного тока, 30 Пределы содержания рутипа 19,024,0 выбраны из условия обеспечения х рошего формирования металла шва и отделимости шлаковой корки. При содержании рутила меньше 19,0% не обеспечивает35 ся свободное отделение шлака после наложения корневого шва, а.при содержании больше 24,0 формируется шов с усилением, с резким переходом к основному металлу, что оказывает отрицательное вли40 яние на механические свойства сварного .соединения.

Пределы содержания в покрытии ферромарганца 5,5 — 8,0% и ферросилиция 4,56,5% выбраны из расчета, чтобы

45 содержание марганца и кремния в металле шва было соответственно 0,8 — 1,2 и 0,25—

0,35 мас., что является оптимальным для получения необходимых пластично-вязких свойств металла шва, Верхний предел со50 держания в покрытии ферромарганца (8,0 ) и ферросилиция (6 5 ) ограничен из-за усиления химической неоднородности металла шва, что приводит к снижению ударной вязкости металла шва, в частности, при отрица55 тельных температурах. Нижний предел содержания в покрытии ферромарганца (5,5%) и ферросилиция (4,5%) ограничен заданными значениями характеристик прочности (не менее 510 H/ìì ), пластичности (не менее 22%) и ударной вязкости (не ме1738567

40. ниэкоуглеродйстого стержня с нанесенным

55 нее 34 Дж/см при — 40 С) металла шва. которые с уменьшением содержания марганца и кремния снижаются, Для улучшения технологических свойств обмазочной массы при изготовлении электродов применяют органические пластификаторы — электродную целлюлозу и карбоксиметилцеллюлозу. Нижний предел содержания в покрытии органических пластификаторовв 1,3 определен их эффективностью. При их содержании более

2,5% может произойти науглероживание металла шва в результате неполной де-. струкции органических веществ в покрытии при его термообработке. Пределы содержания в покрытии железного порошка 8,511,4% выбраны иэ условия обеспечения равномерного плавления электродного покрытия и стабильного горения дуги. Пределы величины коэффициента массы покрытия выбраны из условия обеспечения стабильного горения дуги при сварке в вертикальном и потолочном положениях. При коэффициенте массы покрытия менее 40% . возможны обрывы дуги в результате "примерзания" электрода, а при коэффициенте массы IloKpblTMA более 50% происходят обрыеь! .!;"«g а рззуль,".рте эа екани«я шлака 1цод дугу

Для изготовления электродов применялось калиево-натриевое жидкое стекло плотностью 1400-1410 кг/мз и вязкостью

400-500 мПа с в количестве 25-26%. Обмазочная масса готовилась а бегунковых смесителях. мокры".ие маис-=или на стержни иэ 3 проволоки Св08 диаметром 4 мм методом опрессовки. Толщина покрытия 1,2-1,3 мм на сторону. Электроды термообрабатывали в камерной печи при 180 С в течение 1,5 ч и при.400ОС 1,5 ч.

Испытывали пять составов сварочных электродов (табл, 1, составы 2-.6) с предлагаемым содержанием компонентов, а также два состава с запредельным содержанием компонентов (составы 1 и 7). Сварку проводили от стандартного трансформатора с напряжением холостого хода 62 В на режимах: ток 180-200 А, напряжение на дуге 21-23 В, скорость сварки 10,5-12,0 м/ч.

Химический состав металла шва, выполненного соответствующими электродами, при веден в табл, 2.

Данные табл. 3 иллюстрируют проплавляющук) способность и геометрические характеристики угловых швов, выполненных соответствующими электродами, интенсивность и валовые выделения ТССА.

В табл. 4 приведены результаты оценки стабильности горения дуги переменного тока,оценивали по критерию Ux.x. "— минимальному напряжению холостого хода трансформатора, при котором обеспечивается устойчивое горение дуги); в табл. 5 — результаты испытаний механических свойств металла шва (для испытания на статическое растяжение изготовлены образцы тип И, а на ударный изгиб — тип IX no

ГОСТ 6996-66).

Как видно иэ результатов испытаний, предлагаемый сварочный электрод соста- вов 2 — 6 обеспечивает стабильное горение дуги переменного тока и повышенную глубину проплавленйя свариваемых кромок.

Ухудшение стабильности горения дуги, снижение проплавляющей способности, рост содержания вредных примесей, полученные для составов 1 и 7, позволяют сделать вывод о правильности выбранных пределов содержания компонентов.

Предлагаемый сварочный электрод предназначен для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых низколегированных сталей, обеспечивает повышейие надежности и работоспособности сварных конструкций за счет большой глубины проплавления саариваемых кромок, улучшение услозий труда сварщиков =-:.а счет снижения уровня задымленности производственных помещений, снижение трудовых затрат на вспомогательных операциях за счет уменьшения потерь расплавленного металла на разбрызгивания и легкой отделимости шлаковой корки.

Формула изобретения

Сварочный электрод для сварки конструкций из низколегированных сталей в условиях монтажа, состоящий из стального на него покрытием, содержащим мрамор. плавиковый шпат, рутил, минерал группы силикатов, ферросилиций, ферромарганец, органические пластификаторы; железный порошок и алюминиевомагниевый сплав, отличающийся тем,что,с целью повышения стабильности горения дуги переменного тока от трансформатора с напряжением холостого хода (62 -2) В и повышения глубины проплааления свариваемых кромок тавровых соединений, покрытие дополнительно содержит плавленый флюс AH-60, магнезит, глинозем, а в качестве минерала группы силикатов —.диопсид при следующем соотношении компонентов, мас. :

Мрамор 16,3-19,0

Плавиковый шпат 4,5 — 8,5

Рутил 19-24

Ферросилиций 4,5-6,5

1738567. 10

Глинозем 2,5-5,0

Алюминиевомагниевый сплав 0,5-1,0

Железный порошок 8,5-11,4

5 при этом коэффициент массы покрытия составляет 40 — 50 .

5,5-8.0

Ферромарганец

Органические пластификаторы

Флюс АН-60

Диопсид

Магнезит

1,3-2,5

4,5-5,5

5,5-7,5

15,5-18,1

Та лица 1

Со е жание, мас. s пок ытии состава

Компоненты

1,0

10,7

0,5

8.5

0,5

8,5

0,7

11,4

0,6

11,5

0,3

12,3

2,0

2,7

2,1

2,2

1,0

1,0

1,0

1,5

0,5

0,4

0,5

0,3

0,7

0,4

0,3

0,7

Таблица 2

Таблиц,а 3

Мрамор

Плавиковый шпат

Рутил

Ферросилиций

Ферромарганец

Диопсид

Магнезит

Флюс АН-60

Глинозем

Алюминиевомагниевый порошок

Железный порошок

Электродная целлюлоза

Карбоксиметилцеллюлоза

15,5

4,0

25,0

4,0

5,0

8,6

20,0

6;О

6,0

16,3

8;5

19,0

4.5

5,5

7,5

16,2

4,5

5,0

17,0

5,2

21,0

5,2

6,0

6,0

15,5 .

4,8

5,0

17,0

5,0

21,0

4,8

5,9

5,5

17;0

5,0

4,2

18,1

8,5

19,0

6,5

5,8

5,5

18,1

5,5

2,5

19,0 4,5

24,0

4,5

8,0

5,5

17,2

4,5

2,5

20,0

9,0

18,0

6,5

8;О

4,3

14,5

3,0

1,5

1738567

Таблица 4

Таблица 5

Составитель Б, Юрлов

Техред М.Моргентал

Редактор И. Шмакова

Корректор Л, Бескид

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

"М н

Заказ 1963 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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