Порошковая проволока

 

Область применения: электродуговая сварка и наплавка порошковой проволокой под флюсом. Порошковая проволока содержит стальную оболочку в виде радиальных и центральной кольцевой секций, заполненных порошкообразной шихтой. Радиальные секции включают следующие компоненты, мас.%: плавикошпатовый концентрат 22,0- 30,0; рутиловый концентрат 11,0-15,0: глинозем 11,0-15,0; никелевый порошок 5,07-7,5; железный порошок - остальное. Центральная секция включает, мас.%: марганцевый порошок 40-60; молибденовый порошок 10-15; железный порошок - остальное. Марганцевый и молибд€:новый порошок взяты в пропорции 4:1, а отношение содержания плавик ошпатового концентрата к суммарному содержанию рутилового концентрата и глинозема в шихте составляет 1:1. Применение порошковой проволоки позволяет улучшить прочностные и -вязкопластические свойства металла шва при сварке под флюсом с основностью В 1. 8 табл., 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

)s В 23 К 35/368, 35/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4926464/08 (22) 01,03.91 (46) 07.08.93. Бюл. 1ч . 29 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по строительству магистральных трубопроводов (72) В.Д.Тарлинский, В.А,Данильсон, С.В.Михайлицын, К.З,Рахимов и H.Ï.Êèñëèцина (56) 1. Заявка Японии Иг 55-10352, кл. В 23 К

35/368, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

N 1478534, кл. В 23 К 35/06,1987. (54) ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА (57) Область применения: электродуговая сварка и наплзвка порошковой проволокой под флюсом. Порошковая проволока содержит стальную оболочку в виде радиальных и

Изобретение относится к области электродуговой сварки и наплавки, а точцее — к порошковой проволоке для механизированной сварки и наплавки конструкций.

Цель изобретения — улучшение прочностных и вязкопластических свойств металла шва при сварке под флюсом с основностью

В<1 с одновременным увеличением коэффициента перехода и улучшением стабильности перехода легирующих элементов.

На чертеже схематично представлено поперечное сечение проволоки.

Проволока имеет стальную оболочку 1 с равномерно размещенными в диаметральной плоскости сечения радиальными и цен„„5U „„1832071 А1 центральной кольцевой секций, заполненных порошкообразной шихтой. Радиальные секции включают следующие компоненты, мас.%: плзвикошпатовый концентрат 22,030,0; рутиловый концентрат 11,0-15,0: глинозем 11,0-15,0; никелевый порошок

5,07-7,5; железный порошок — остальное.

Центральная секция включает, мас.%: марганцевый порошок 40-60; молибденовый порошок 10-15; железный порошок — остальное.

Марганцевый и молибденовый порошок взяты в пропорции 4:1, а отношение содержания плавикошпатового концентрата к суммарному содержанию рутилового концентрата и глинозема в шихте составляет 1;1, Применение порошковой проволоки позволяет улучшить прочностные и .вязкопластические свойства металла шва при сварке под флюсом с основностью B(1, 8 табл., 1 ил. тральной кольцевой перегородками, образующими радиальные и центральную кольцевую секции 2 и 3, заполненные шихтой 4.

Шихту для заполнения секций 2 и 3 приготавливают следующим образом. Марганцевый и молибденовый порошок берут в пропорции 4:1, а плавикошпатовый концентрат и смесь рутилового концентрата с глиноземом — в пропорции 1;1, после «его центральную кольцевую секцию 3 заполняют смесью марганцевого, молибденового и железного порошков, а рздиальная секция — смесью остальных компонентов, Введение в центральную кольцевую секцию стальной сердцевины молибденово1832071 го и марганцевого порошков способствует повышению коэффициента перехода легирующих элементов, так как, находясь на торце проволоки в самом центре поперечного сечения, молибден и марганец практически полностью переходят в металл уже на стадии капли с момента ее зарождения, Поскольку стадия капли — начальная стадия процесса, то взаимодействующая система"металл-шлак-газ" в данном случае настолько удалена от равновесия, что скорость протекания металлургических реакций максимальна. Одновременно повышается стабильность перехода молибдена и марганца. Эти процессы позволяют улуч. шить прочностные и вязкопластические свойства металла шва.

Для проведения комплексных испытаний было изготовлено 28 вариантов порошковой проволоки с предлагаемым составом и вариант порошковой проволоки по а,с, N.

1478534. Диаметры всех проволок 3 мм. Коэффициент заполнения проволок -"жил" (радиальных и центральной кольцевой секций) составлял для каждой в отдельности 30, а коэффициент заполнения готовой проволоки был 17 с отклонениями 1,5/, Составы 11 опытных вариантов заявляемой проволоки (мас. ) представлены в табл.1.

Составы проволок N 3, 4, 5 соответствуют составам проволок N 3,4, 5, однако в первом случае молибденовый и марганцевый порошки размещены только внутри центральной кольцевой секции, а у проволок составов К 3, 4, 5 они присутствуют кэк в центральной кольцевой секции, так и в радиальных секциях в смеси с остальными компонентами. Этим объясняется различие в цифрах процентного содержания компо. нентов шихты.

В процессе испытания проволок выполняли сварку пластин иэ низколегированной стали 17Г2АФ толщиной 14 мм с V- образной разделкой кромок, Проволоки с заявляемым составом применялись в сочетании с флюсами AH-348А и AH-47 с основностью В

<1, а сварка проволокой-прототипом осуществлялась без дополнительной газовой или шлаковой защиты в 6 слоев в режиме: сварочный ток 390-450 А, напряжение 26-28 В. скорость сварки 25-35 м/ч. Автоматическую сварку под флюсом выполняли в четыре слоя в следующем режиме: сварочный ток

600-700 А (постоянный обратной полярности), напряжение 40-46 В, скорость сварки

30-45 м/ч. Оборудование — сварочный трактор ТС-17. При подготовке стыков корневой слой швэ выполняли ручной дуговой сваркой электродами УОНИ 13/55 диаметром 3 мм.

25

Основность "В" применяемых флюсов рассчитана по формуле Международного института сварки (МИС) и составила для флюса АН-348А В = 0,75 и для флюса АН-47

В = 0,95.

В процессе испытаний проводились определение и сравнительный анализ коэффициентов перехода марганца и молибдена в металл шва, а также прочностных и вязкопластических свойств наплавленного металла. Стабильность перехода оценивали по среднеквадратическому отклонению коэффициента перехода. . В табл.2 приведены результаты определения коэффициента перехода марганца и молибдена в металл шва, относительное удлинение и ударная вязкость (KCU) при температуре минус 60 С для вариантов сварки под флюсом AH-47, а также аналогичные данные для порошковой проволоки-прототипа (проволоки N. 9), В табл.3 указаны коэффициенты перехода легирующих элементов и механические свойства металла шва для вариантов сварки под флюсом АН 348А, Коэффициент перехода марганца и молибдена определялся по формуле

С напл.

С исх.

30 где Снапл. Содержание легирующего элемейта в металле шва, C,„„, — исходная концентрация ner py щего элемента, .

Предел прочности металла шва и его относительное удлинение определяли на цилиндрических образцах типа ll no ГОСТ

6996-66 с диаметром рабочей части 6 мм на пятикратной базе, составляющей 30 мм, 40 Ударную вязкость металла шва определяли на образцах типа И с круглым надрезом (Менаже — КСц) по ГОСТ 9454-78. Все образцы вырезались из верхних слоев шва,- выполненных порошковыми проволоками, В

45 табл. 2 и 3 приведены средние значения по результатам испытаний трех образцов.

Из табл.2 и 3 следует, что при сварке предло>кенным способом удается добиться повышения коэффициентов перехода легирующих элементов и улучшения прочностных и вязкопластических свойств металла шва, При этом размещение молибденового и марганцевого порошков внутри центральной кольцевой секции позволяет существенно увеличить коэффициент перехода марганца и молибдена (проволоки NЗ,,4. 5) при полной идентичности составов порошковых проволок (N. 3, 4 . 5 ). Следует отметить также, что улучшение прочностных и

1832071

20

35

45

50 ю вязкопластических свойств металла шва достигается только при строгом соблюдении соотношений компонентов состава заявляемой проволоки, Анализ данных табл. 1, 2 и

3 показывает, что выход за нижний предел соотношения компонентов (проволока ¹ 1) приводит к уменьшению предела прочности металла шва и особенно ударной вязкости, а выход за верхний предел соотношения (проволоки ¹ 7 и 8) приводит к черезмерному упрачнению металла шва и ухудшению вязкопластических свойств.

Результаты оценки стабильности перехода марганца и молибдена при сварке заявляемой порошковой проволоки под флюсом АН-47 и АН-348А, а также порошковой проволоки-прототипа представлены в табл.4. При этом для анализа были выбраны три проволоки: N 4 и N.4,,которые являются наиболее типичными представителями своих групп, а также порошковая проволо ка-прототип. №, 9, Каждой проволокой выполняли по 10 сварных соединений пластин из стали 17Г2АФ по вышеуказанной технологии, Из сварных швов вырезали образцы для спектрального анализа в соответствии с

ГОСТ 7122-81. Спектральный анализ одного варианта образцов осуществляли многократно для проведения статистической обработки полученной выборки коэффициентов перехода марганца и молибдена.

Данные табл.4 показывают, что сварка под флюсом заявляемой порошковой проволокой обеспечивает более высокую стабильность перехода марганца в металл шва, чем сварка проволокой-прототипом. Улучшению стабильности перехода марганца и молибдена в металл шва значительно способствует размещение молибденового и марганцевого порошка внутри центральной кольцевой секции. Среднее квадратическое отклонение коэффициента перехода марганца и молибдена в обоих случаях для про. волоки N 4 в 1 5-2 раза ниже, чем для проволоки № 4.

В табл,5 приведень. составы порошковых проволок диаметром 3 мм с различными соотношениями марганца. молибдена и никеля. За основу рецептуры при изготовлении был взят состав порошковой проволоки

¹ 4 (табл.1). При этом содержание шлакообразующих компонентов и плавикошпатовога концентрата оставалось для всех проволок неизменным: CaFz - 26%, T10z =

13, А120з 13 .

В табл.6 приведены результаты испытаний проволок с различными соотношениями легирующих элементов, Сварка выполнялась па описанной выше технологии. Определялись прочностные и вязкоплаl стические свойства металла шва, сваренного под флюсами АН-47 и АК- 348А.

Сравнивая данные табл.6 с аналогичными данными для проволоки ¹ 4 в табл. 2 и

3. следует отметить, что оптимального сочетания прочностных и вязкопластических свойств металла шва удается добиться только при заявляемом соотношении марганца и молибдена 4:1 в составе порошковой проволоки. Нарушение заданной пропорции приводит либо к ухудшению ударной вязкости и снижению прочности. либо к черезмерному упрочнению и снижению пластичности металла шва. Следует отметить, что выход за границы оптимального содержания никеля (проволоки ¹ 14 и № 16) при оптимальном соотношении (4:1) марганца и молибдена также ухудшает механические свойства металла.

В табл.7 представлены составы порошковых проволок диаметром 3 мм с различным содержанием плавикошпатового концентрата и шлакообразующих компонентов — рутила и глинозема (в от веса проволоки), За основу был взят состав порошковой проволоки N 4 (табл.1). Содержание легирующих элементов во всех проволоках оставалссь неизменным: марганцевый порошок — 50%, молибденовый порошок — 12,5% (a центральной секции), никелевый порошок — 6,5 (в радиальных секциях).

В процессе и".ïûòàíèé проводилась экспеотная оцен кс. сварочно-технологических свойств проволок, а именно, формирования и внешнего вида шва, отделимости шлаковой корки, .-, также стойкости против порообразования. Для этого выполнялись наплавки пор флюсами АН-47 и АН-348А на пластины из Ст.3 толщиной 10 мм.

Режимы сварки: сварочный ток — 600-700

А (постоянный обратной полярности). напряжение — 40-46 В, скорость сварки — 30-40 м/ч.

Для сравн.;вания была выполнена наплавка проволока i N 4 (табл.1). Результаты экспертной оцен.<и сварочно-технологических свойств пр .дставлены в табл. 8.

Данны;. табл.8 показывают, что отличные формизования и внешний вид шва, а также отделимость шлаковой корки и стойкость против пороабразования обеспечиватся только в том случае, если отношение содержания плавикошпатового концентрата K суммарному содержанию рутилового концентрата составляет 1:1. При этом высокие сварочно-технологические свойства можно считать подтверждением полноты и завершенности протекания металлургических реакций, связанных в там числе и с переходом легирующих элементов в металл шва.

1832071

11-15

11-15

10-15

Таблица 1

Таблица 2

Результаты комплекса проведенных испытаний позволяютсделать выводотом, что преимуществами предлагаемой порошкавой проволоки, в сравнении с известными, я вляются следующие: — увеличение коэффициента перехода легирующих элементов (марганца и молибдена) в металл шва; — улучшение. стабильности перехода в металл шва молибдена и марганца; — улучшение прочностных и вязкопластических свойств металла сварного шва.

Формула изобретения

Порошковая проволока для механизированной электоодуговой сварки и наплавки, содержащая стальную оболочку с сердечником в виде радиальных и центральной кольцевой секций, заполненных порошкообразной шихтой, включающей плавиковошпатовый концентрат, марганцевый и железный порошки, . отличающаяся тем,что,сцельюулучшения прочностных и вязкопластических свойств металла шва при сварке под флюсом с основностью В < 1 с одновременным увеличением коэффициента перехода и улучшением стабильности перехода легирующих элементов, радиальные секции включают ши ту, содержащую дополнительно никелевый порошок, рутиловый концентрат и глинозем при следующем соотношении компонентов, мас. :

Плавиковошпатовый

5 концентрат 22-30

Рутиловый концентрат

Глинозем

Никелевый порошок 5-7,5

Железный порошок Остальное, центральная кольцевая секция включает .шихту, содержащую дополнительно молиб15 деновый порошок, при следующем соотношении компонентов, мас,; :

Марганцевый порошок 40-60

Молибденовый

20 порошок.

Железный порошок Остальное, причем марганцевый и молибденовый порошки взяты в пропорции 4:1, а отношение

25 содержания плавиковошпатового концентрата к суммарному содержанию рутилового концентрата и глинозема составляет 1. 1, 1О

1832071

Продолжение табл, 2

Таблица 3

3832071

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

1832071

Продлжение табл, 6

Предел прочности металла шва, МПа

Относительное .удлинение, 7; проволоки

681.9

32,4

20,4

30,3

22,0

696,7

31,1

20.9

710,1

33,2

20,5

703,5

АН - 348А14

31,9

22,8

651,4

636,8

46,8

35,1

23,2

621,8

27,1

20,5

600,4

579,9

26,2

18,9

31,7

22,0

21,9

591,5

33,4

668,1

32,4

20,4

681,9

30,3

696,7

22,0

20,9

31,1

710,1

34,1

21,4

702,1

33,2

706,5

20,5

23,2

621,3

АН - 348А16

35,1

34,6

606,8

21,8

31,7

591,5

22,0

18,9

579,9

26,2

600,4

27,1

20,5

32,3

28,9

609,7

634,6

22,1

20,5

Примечание. В табл. 6 указаны средние значения по результатам испытаний 3 образцов .

Таблица 7

17

18

12

13

18

19

21 ударная вязкость (KCU, Дж / см и и Тисп=-60 С

1832071

Таблица 8

Марка флюса + проволоки

Зкспе тная оценка

ФормироОтдели- Стойкость ванне и мость шла- против

К0В0А порообразовнешний ко ки ива ния ви шва

21

22

23

24

26

27

28 отл. отл. отл. хор. хор. хор. хор отл. хор.

АН -47 удовл. удовл. неудовл. хор. хор. хор. удовл. хор; удовл. хор удовл. хор. удовл.

x0 . удовл. хор. хо хо

21

22

23

24

26

27 .28 отл. отл. отл, отл. хор. хор, хор. отл. хор. удовл. хор, удовл.

AH - 348А хор. удовл. хор. хор. хор. хор. хор отл. хор. хор. хор. хор. хо хо . довл.

Составитель В.Тарлинский

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор. Заказ 2601 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, 101