Электрод для ручной дуговой сварки высоколегированных и разнородных сталей
Изобретение может быть использовано при сварке высоколегированных сталей, в том числе жаропрочных, жаростойких, коррозионно-стойких, с содержанием хрома до 25% и никеля до 30%, а также при сварке разнородных сталей и наплавке облицовочных слоев. Электрод состоит из высоколегированного стального стержня и нанесенного на него покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%: мрамор 9-25, марганец или ферромарганец 3-12, ферросилиций 0,5-7, хром 3-14, гематит 5-12, плавиковый шпат 9-30, мусковит 5-9, калий двууглекислый 1-2,5, диоксид титана - остальное. В зависимости от состава проволоки и требований к физико-механическим характеристикам наплавленного металла покрытие может содержать дополнительно компоненты из группы: молибден, ферромолибден, никель, феррованадий, феррониобий, хром, железный порошок. Для регулирования сварочно-технологических свойств в покрытие могут быть введены компоненты из группы: целлюлоза, глинозем, каолин. Электрод обеспечивает хорошие сварочно-технологические и механические свойства, а также высокую стойкость против межкристаллитной коррозии. 3 з.п. ф-лы, 4 табл.
Изобретение относится к области ручной дуговой сварки и может быть использовано при сварке высоколегированных сталей, в том числе жаропрочных, жаростойких, коррозионно-стойких, с содержанием хрома до 25% и никеля до 30%, а также при сварке разнородных сталей и наплавке облицовочных слоев.
Для сварки упомянутых высоколегированных сталей применяют электроды с основным типом покрытия, которое составляется на базе карбоната и фторида кальция.
Такие электроды характеризуются низкой маневренностью в связи с требованием поддерживать короткую дугу (при удлинении дуга обрывается или возможно образование пористости в наплавленном металле), также при сварке возможен крупнокапельный перенос металла, что может приводить к повышенному разбрызгиванию электродного металла и ухудшению качества формирования шва. Технологичность электродов с основным типом при сварке корневых швов низкая из-за затрудненного шлакоотделения, особенно из узких и глубоких разделок.
Эти недостатки могут быть устранены применением электродов с рутилосновным типом покрытия.
Наиболее близкий электрод с рутилосновным типом покрытия раскрыт в патенте RU 2248869. Данный электрод для сварки высоколегированных и разнородных сталей состоит из стержня, выполненного из стали, и нанесенного на него покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%:
| Мрамор | 10-28 |
| Ферромарганец или марганец | 6-15 |
| Ферросилиций | 1-9 |
| Феррохром или хром | 5-20 |
| Магнезит | 3-12 |
| Железный порошок | 2-10 |
| Диоксид титана | остальное |
Покрытие может также дополнительно содержать следующие компоненты, мас.%: феррониобий - до 10, молибден - до 10, ферромолибден - до 10, никель - до 10, феррованадий - до 10, ферротитан - до 10, доломит - до 10, слюду - до 5, полевой шпат - до 7, бентонит - до 5, гематит - до 5, поташ - до 3, соду - до 3 и волластонит - до 15.
К недостаткам данного электрода относятся следующие: необходимость повторной прокалки, обязательное хранение электродов в герметичной упаковке в течение рабочей смены, так как металла шва имеет склонность к образованию пор, что недопустимо при сварке ответственных оборудования и конструкций.
Задачей изобретения является получение электрода с пониженной чувствительностью к образованию пор и высокими сварочно-технологическими характеристиками: технологической маневренностью, допускающей сварку в самых неудобных положениях для сварщика, высоким качеством формирования шва, улучшенной отделимостью шлака, высокой производительностью, повышающей технико-экономическую эффективность применения электродов.
Поставленная задача решается электродом для ручной дуговой сварки высоколегированных и разнородных сталей, состоящим из металлического стержня и нанесенного на него покрытия, содержащего мрамор, хром, марганец или ферромарганец, ферросилиций, диоксид титана и слюду, в соответствии с которым, он дополнительно содержит плавиковый шпат и калий двууглекислый, а в качестве слюды - мусковит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 9-25 |
| Марганец или ферромарганец | 3-12 |
| Ферросилиций | 0,5-7 |
| Хром | 3-14 |
| Гематит | 5-12 |
| Плавиковый шпат | 9-30 |
| Слюда мусковит | 5-9 |
| Калий двууглекислый | 1-2,5 |
| Диоксид титана | остальное |
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что покрытие в качестве диоксида титана содержит рутиловый концентрат.
Кроме того, покрытие может дополнительно содержать, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы, включающей мас.%: ферромолибден - до 10, молибден - до 10, никель - до 10, феррованадий - до 6, ферротитан - до 3, феррониобий до 7, железный порошок до 6, целлюлозу - до 3, глинозем - до 8, каолин - до 5.
Стержень электрода может быть изготовлен из проволоки марок Св-04Х19Н9, Св-04Х19Н11М3, Св-07Х19Н10Б, Св-07Х25Н13, Св-10X16H25AM6, Св-01 Х23Н28М3Д3Т.
Сущность изобретения состоит в следующем.
Все компоненты подобраны таким образом, что электрод представляет собой электрод с покрытием рутилосновного типа.
Наличие в покрытии диоксида титана в заявленном количестве обеспечивает получение швов с гладкими и плавными очертаниями во всех пространственных положениях.
Наличие фторида кальция обеспечивает отсутствие водорода в наплавленном металле, тем самым уменьшая возможность порообразования. Влияние гематита в заявленных количествах состоит в обеспечении газовой защиты от контакта с окружающей атмосферой в процессе плавления электрода, а также введение гематита совместно со слюдой - мусковитом обеспечивает улучшение отделимости шлака, и в некоторых положениях шлак способен к самоотделению.
Введение в покрытие таких компонентов, как марганец, ферромарганец и ферросилиций в указанных количествах обеспечивают раскисление наплавленного металла, позволяют регулировать химический состав и механические свойства наплавленного металла в широком диапазоне. В качестве диоксида титана используется рутиловый концентрат или двуокись титана, которые также могут использоваться вместе.
Содержание в электроде таких компонентов, как ферромолибден, молибден, никель, феррованадий, феррониобий, хром и железный порошок не является обязательным и зависит от состава проволоки, а также от требований к физико-механическим характеристикам наплавленного металла.
Компоненты из группы: целлюлоза, глинозем, каолин также не являются обязательными и вводятся с целью регулирования сварочно-технологических свойств электродов.
Изобретение реализуется следующим образом.
Для изготовления были использованы стальные высоколегированные стержни диаметром 3; 4; 5 мм из проволоки марок Св-04Х19Н9, Св-04Х19Н11М3, Св-07Х19Н10Б, Св-07Х25Н13, СВ-10Х16Н25АМ6, Св-01Х23Н28М3Д3Т.
Все компоненты покрытия в порошковом состоянии с определенным гранулометрическим составом перемешивались и смешивались с жидким стеклом. Применялось натриевое и натриево-калиевое жидкое стекло.
Покрытие наносилось путем опрессовки на электродообмазочном прессе на стержень из проволоки марки Св-07Х19Н10Б (примеры 1-2 составов покрытия по таблице 1), Св-04Х19Н9 (примеры 3-4 составов покрытия по таблице 1), Св-07Х25Н13 (примеры 5-6 составов покрытия по таблице 1), Св-04Х19Н11М3 (примеры 7-8 составов покрытия по таблице 1). Электроды просушивались при нормальной температуре в течение 18-24 часов и подвергались прокалке при температуре 300-320°С.
Испытания электродов проводились следующим образом.
Согласно нормативным требованиям осуществлялась сварка тавровых образцов в нижнем положении и дополнительно трубных стыков и тавровых образцов в вертикальном и потолочном положениях, пластины и отрезки труб - сталь марки 12Х18Н9Т.
Для испытания механических свойств металла шва сваривались встык две пластины из стали марки 12Х18Н9Т размером 330×100×(14-18) мм, из наплавленного металла, образцы которых изготавливались для испытаний на растяжение и ударный изгиб.
Для проверки химического состава наплавленного металла, ферритной фазы и стойкости к межкристаллитной коррозии на пластину размерами 120×80×20 мм из стали 12Х18Н9Т выполнялась восьмислойная наплавка, из которой, после определения химического состава и ферритной фазы, вырезались образцы для испытаний стойкости против МКК.
В процессе сварки стыковых соединений были выявлены следующие особенности заявляемых электродов:
- устойчивое, стабильное горение дуги (при сварке неповоротных стыков, когда электрод находится под значительным углом к поверхности, на торце электрода не образуется козырек, дуга сфокусирована и очень эластична);
- высокая производительность из-за незначительных потерь электродного металла на разбрызгивание;
- легкая отделимость шлака, в некоторых случаях самопроизвольная;
- высокое качество формирования шва (равномерный мелкочешуйчатый валик с плавным переходом к основному металлу).
В таблице 1 приведены примеры составов покрытий электродов различных марок.
В таблице 2 приведены результаты химических анализов и измерения ферритной фазы.
В таблице 3 приведены результаты механических испытаний наплавленного металла.
В таблице 4 приведены результаты при испытаниях образцов на стойкость против межкристаллитной коррозии (МКК) по методу АМУ.
По результатам испытаний электроды согласно изобретению могут применяться в соответствии с их назначением для сварки высоколегированных сталей, в том числе жаропрочных, жаростойких, коррозионно-стойких, а также при сварке разнородных сталей и наплавке облицовочных слоев.
| Таблица 1 | ||||||||
| Компоненты покрытия | Условный номер состава покрытия | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Мрамор | 9 | 15 | 12 | 20 | 20 | 25 | 15 | 18 |
| Плавиковый шпат | 23 | 20 | 18 | 9 | 20,5 | 30 | 22 | 25 |
| Гематит | 5 | 6 | 9 | 12 | 3 | 2 | 6 | 7 |
| Марганец | 3 | 5 | - | 5 | 5,0 | - | 8 | |
| Ферромарганец | - | - | 6 | 3 | - | - | 12 | - |
| Хром | 3 | 5 | 7 | 6 | 14 | 5 | 4,5 | 3 |
| Ферросилиций | 0,5 | 1 | 1,5 | 7,0 | 0,5 | 0,5 | 2,0 | 3,5 |
| Феррониобий | 3,5 | 3,0 | - | - | - | - | 6 | 7 |
| Ферромолибден | - | - | - | - | - | 10 | ||
| Молибден | - | - | - | - | 7 | |||
| Целлюлоза | 2 | - | - | 1 | - | - | 3 | 2 |
| Ферротитан | - | - | - | - | 3 | 3 | ||
| Железный порошок | 3 | 3,5 | 4 | 6 | ||||
| Слюда мусковит | 5 | 5,5 | 9 | 5 | 6,5 | 5 | 7 | 7 |
| Каолин | 1 | 2 | 3 | 5 | - | - | ||
| Глинозем | - | - | - | 2 | 3 | 8 | 7 | |
| Калий двууглекислый | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2,5 | 1,5 | 1,5 |
| Рутиловый концентрат | остальное | - | ||||||
| Двуокись титана(Например, чистый оксид титана в соответствии с ГОСТ 22983-78) | - | остальное |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Химический состав, % | С | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | Nb | S | P | α-фаза |
| 1 | 0,09 | 0,55 | 1,87 | 9,4 | 20,3 | - | 0,85 | 0,010 | 0,025 | 5,0 |
| 3 | 0,05 | 0,56 | 1,53 | 8,9 | 19,8 | - | - | 0,007 | 0,018 | 4,6 |
| 5 | 0,09 | 0,66 | 1,95 | 12,2 | 23,6 | - | - | 0,015 | 0,018 | 5,1 |
| 7 | 0,07 | 0,57 | 1,6 | 10,2 | 18,8 | 2,25 | 1,0 | 0,009 | 0,024 | 7,6 |
| 8 | 0,06 | 0,35 | 1,8 | 9,6 | 18,8 | 2,1 | 0,85 | 0,008 | 0,0022 | 6,8 |
| Таблица 3 | |||
| Номер состава покрытия | Временное сопротивление, МПа | Относительное удлинение, % | Ударная вязкость, Дж/см2 |
| 1 | 653 | 33,7 | 125 |
| 2 | 657 | 33,9 | 120 |
| 3 | 602 | 40,9 | 159 |
| 4 | 600 | 39,5 | 160 |
| 5 | 605 | 33,9 | 153 |
| 6 | 607 | 34 | 150 |
| 7 | 635 | 32,5 | 121 |
| 8 | 640 | 33,8 | 115 |
| Таблица 4 | |
| Номер состава покрытия | Стойкость против МКК при испытаниях по методу АМУ по ГОСТ 6032 |
| 1 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 2 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 3 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 4 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 5 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 6 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 7 | Наплавленный металл стоек против МКК |
| 8 | Наплавленный металл стоек против МКК |
1. Электрод для ручной дуговой сварки высоколегированных и разнородных сталей, состоящий из стального стержня и нанесенного на него покрытия, содержащего мрамор, хром, марганец или ферромарганец, ферросилиций, гематит, диоксид титана и слюду, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит плавиковый шпат и калий двууглекислый, а в качестве слюды - мусковит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 9-25 |
| Марганец или ферромарганец | 3-12 |
| Ферросилиций | 0,5-7 |
| Хром | 3-14 |
| Гематит | 5-12 |
| Плавиковый шпат | 9-30 |
| Мусковит | 5-9 |
| Калий двууглекислый | 1-2,5 |
| Диоксид титана | Остальное |
2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что покрытие в качестве диоксида титана содержит рутиловый концентрат.
3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы, включающей, мас.%: ферромолибден до 10, молибден до 10, никель до 10, феррованадий до 6, ферротитан до 3, феррониобий до 7, железный порошок до 6, целлюлоза до 3, глинозем до 8, каолин до 5.
4. Электрод по п.1, отличающийся тем, что стержень изготовлен из проволоки марок Св-04Х19Н9, Св-04Х19Н11М3, Св-07Х19Н10Б, Св-07Х25Н13, Св-10Х16Н25АМ6, Св-01Х23Н28М3Д3Т.
