Состав электродного покрытия
Владельцы патента RU 2353493:
Открытое акционерное общество "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (RU)
Изобретение может быть использовано для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 49,5-51,0, плавиковый шпат 14,0-16,0, ферромарганец 5,0-7,0, ферросилиций 5,5-7,5, ферротитан 8,0-10,0, кварцевый песок 8,5-9,5, слюда 1,5-2,5, тальк 1,0-2,0, целлюлоза 1,0-1,5. Состав обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, улучшение сварочно-технологических свойств электродов и получение наплавленного металла сварного шва высокого качества. 1 табл.
Изобретение относится к материалам для дуговой сварки, а именно к составам покрытия электродов, преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей.
Известен состав электродного покрытия преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий, мас.%: мрамор - 49,5-51,0; рутил 5,0-6,0; ферромарганец 4,5-5,5; ферросилиций 8,0-9,0; плавиковый шпат 23,0-25,0; кварцевый песок 1,5-2,5; талькомагнезит 3,5-4,5; сода 1,0-1,5 (Патент RU №2274534, В23К 35/365, опубл. 20.04.2006).
Недостатком указанного состава покрытия является недостаточно высокие реологические свойства обмазочной массы, вследствие чего затруднена опрессовка электродов, недостаточное количество раскислителей, поэтому проблематично получение высокого качества металла шва.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является известный состав электродного покрытия для дуговой сварки, содержащий, мас.%: мрамор - 50-54; плавиковый шпат - 10-13; ферросилиций - 4-6; ферротитан - 3-5; кварцевый песок - 3-6; натриево-калиевое жидкое высокомодульное стекло 28-30; марганец из железомарганцевых конкреций - 4-6; пластификаторы - до 3; минеральный сплав - 6-9 (Заявка RU №2005114239, В23К 35/365, опубл. 2006.11.20).
Недостатком известного состава электродного покрытия так же, как и предыдущего, является низкая эластичность дуги, затруднение при опрессовке электродов и проблематичность получения высокого качества металла шва.
Технической задачей создания изобретения является повышение пластичности обмазочной массы, повышение сварочно-технологических свойств электродов, получение металла шва более высокого качества.
Поставленная задача решается тем, что состав покрытия электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и кварцевый песок, согласно изобретению дополнительно содержит слюду, тальк и целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 49,0-51,0 |
| Плавиковый шпат | 14,0-16,0 |
| Ферромарганец | 5,0-7,0 |
| Ферросилиций | 5,5-7,5 |
| Ферротитан | 8,0-10,0 |
| Кварцевый песок | 8,5-9,5 |
| Слюда | 1,5-2,5 |
| Тальк | 1,0-2,0 |
| Целлюлоза | 1,0-1,5. |
Новый технический результат, достигаемый от реализации предлагаемого состава покрытия электродов, заключается в том, что заявляемая совокупность компонентов покрытия обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, повышение сварочно-технологических свойств электродов и получение металла шва более высокого качества с гарантированно высокими значениями механических свойств: временное сопротивление разрыву - σв,>530 Н/мм2; относительное удлинение - δ5>25%; ударная вязкость - KCU>200 Дж/см2. Изменение пределов содержания любого из основных компонентов заявляемого состава покрытия приводит к потере свойств электродов, определяемых задачей изобретения.
Достижение вышеуказанного нового технического результата обеспечивается тем, что наличие в составе покрытия электродов в указанных количествах: слюды - 1,5-2,5%, талька - 1,0-2,0% и целлюлозы - 1,0-1,5% позволяет получить обмазочную массу с высокими реологическими свойствами, позволяющую стабилизировать опрессовку электродов. Кроме того, слюда и тальк, выступающие в роли шлакообразующих, позволяют улучшить защиту капель электродного металла и сварочной ванны от контакта с окружающей атмосферой и повысить качество металла шва. Слюда также повышает стабильность горения дуги, улучшает раскисление наплавленного металла и механические свойства металла шва. При количественных значениях слюды, талька и целлюлозы ниже заявляемых ухудшаются реологические свойства обмазочной массы, а выше заявляемых значений - увеличивается пористость металла шва.
Содержание в покрытии мрамора (49-51%), плавикового шпата (14-16%) и кварцевого песка (8,5-9,5%) обеспечивает оптимальную газошлаковую защиту плавящегося металла. Изменение содержания мрамора в сторону увеличения (>51,0%) ухудшает реологические свойства обмазочной массы, а его уменьшение (<49,0%) приводит к снижению пластических свойств наплавленного металла и увеличению пористости при сварке. Повышение содержания плавикового шпата (>16,0%) приводит к ухудшению устойчивости горения дуги, а уменьшение (<14,0%) снижает механические характеристики металла шва. Снижение содержания кварцевого песка (<8,5%) приводит к увеличению жидкотекучести шлака, а повышение (>9,5%) ухудшает устойчивость горения дуги и увеличивает разбрызгивание электродного металла.
Содержащиеся в составе электродного покрытия такие компоненты, как ферромарганец в количестве 5,0-7,0%, ферросилиций в количестве 5,5-7,5% и ферротитан в количестве 8,0-10,0%, и являющиеся раскислителями позволяют получить высокое качество металла шва и гарантировать высокие значения механических свойств - σв, δ5, KCU. Повышение содержания этих компонентов в покрытии снижает пластические свойства металла шва, а уменьшение - снижает качество металла шва и значения временного сопротивления разрыву.
Реализация заявляемого изобретения осуществлялась следующим образом.
Подготовленные компоненты в виде порошков с размером частиц не более 630 микрон в соответствии с рецептурой дозировали на установке автоматического дозирования электродной шихты. Перемешанную и дозированную в специальные емкости шихту передавали на участок изготовления электродов. Сухую шихту засыпали в смеситель обмазки, где в определенной пропорции смешивали с калиево-натриевым жидким стеклом. Полученную обмазочную массу брикетировали на брикетировочном прессе. На электродообмазочном прессе обмазочную массу наносили на металлические стержни диаметром 4,0 мм из стали марки Св-08А. Спрессованные электроды передавали на зачистную машину для удаления покрытия с одного конца под электрододержатель и зачистки торца другого. На зачищенный торец электрода наносили ионизирующее вещество для облегчения зажигания дуги. Кроме того, на поверхность электрода наносили специальную маркировку. Готовые электроды сушили при температуре 15-25°С в течение 24 часов и прокаливали в камерных печах при температуре 350°С в течение часа.
Затем проводилась проверка сварочно-технологических свойств во всех пространственных положениях сварки (стабильность горения дуги, качество формирования шва, эластичность дуги, отделимость шлаковой корки) и изготавливались образцы для проведения механических испытаний металла шва.
Предлагаемый состав электродного покрытия при различных параметрах количественных значений компонентов вещества и результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов приведены в таблице. Как видно из таблицы, лучшие результаты при изготовлении электродов и сварного шва были достигнуты для электродов с покрытием 3.
| Таблица | ||||||
| Результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов | ||||||
| № п/п | Компоненты состава электродного покрытия | Содержание, мас.% | ||||
| Пример | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| 1 | Мрамор | 42 | 45 | 50,0 | 54 | 58 |
| 2 | Плавиковый шпат | 18 | 19 | 15,0 | 16 | 14 |
| 3 | Ферромарганец | 7,0 | 7,5 | 6,0 | 5,5 | 4,0 |
| 4 | Ферросилиций | 8,5 | 7,5 | 6,0 | 5,0 | 5,5 |
| 5 | Ферротитан | 7,5 | 5,0 | 9,0 | 8,0 | 6,5 |
| 6 | Кварцевый песок | 10 | 11 | 9,0 | 5,0 | 6,0 |
| 7 | Слюда | 3,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 2,5 |
| 8 | Гальк | 2,0 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,3 |
| 9 | Целлюлоза | 2,0 | 2,5 | 1,0 | 1,5 | 1,2 |
| Результаты испытаний | ||||||
| Сварочно-технологические свойства электродов | Низкие | Снижение уровня | Высокие | Снижение уровня | Низкие | |
| Качество металла шва | Низкое | Снижение качества | Высокое | Снижение качества | Низкое | |
| Реологические свойства обмазочной массы | Низкие | Снижение уровня | Высокие | Снижение уровня | Низкие |
Испытания показали следующее:
- возбуждение дуги - легкое. Зажигание сразу после прикосновения к изделию;
- стабильность горения дуги - высокая. Спокойно, равномерно горящая дуга без вибрации (мягкое шипение);
- качество формирования шва - очень хорошее. Валик равномерный, мелкочешуйчатый с плавным переходом к основному металлу;
- эластичность дуги - высокая. Дуга удлиняется до тройного диаметра электрода, пространственное положение отличается высокой стабильностью;
- отделимость шлаковой корки - хорошая. Отделяется при незначительном механическом воздействии.
Предлагаемая рецептура электродного покрытия позволила получить комплекс высоких сварочно-технологических свойств, особенно в вертикальном положении сварки. Кроме того, при испытании на ударный изгиб образцов Шарпи ударная вязкость, KCV, составляла при температуре -30°С более 80 Дж/см2, а при -60°С - более 60 Дж/см2.
Механические свойства металла шва, выполненного электродами с предлагаемым составом покрытия, имели гарантированно высокие свойства: временное сопротивление разрыву σв>530 Н/мм2; относительное удлинение δ5>25%; ударную вязкость KCU>200 Дж/см2 при требованиях σв не менее 490 Н/мм2, δ5 не менее 20%, KCU не менее 127 Дж/см2.
Испытания подтвердили соответствие электродов типу Э50 по ГОСТ 9467-75, причем значения временного сопротивления разрыву металла шва получены в интервале σв=550-560 Н/мм2 с хорошей равномерностью и отсутствием выпадов.
Предлагаемый состав электродного покрытия промышленно применим и может быть использован при производстве сварочных электродов с основным покрытием.
Состав покрытия электродов для сварки углеродистых или низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан и кварцевый песок, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слюду, тальк и целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Мрамор | 49,0-51,0 |
| Плавиковый шпат | 14,0-16,0 |
| Ферромарганец | 5,0-7,0 |
| Ферросилиций | 5,5-7,5 |
| Ферротитан | 8,0-10,0 |
| Кварцевый песок | 8,5-9,5 |
| Слюда | 1,5-2,5 |
| Тальк | 1,0-2,0 |
| Целлюлоза | 1,0-1,5 |
