Электрод для ручной дуговой сварки перлитных сталей
Владельцы патента RU 2428291:
Сванидзе Юрий Валерьянович (RU)
Старченко Евгений Григорьевич (RU)
Дарахвелидзе Юрий Дмитриевич (RU)
Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (RU)
Ворновицкий Иосиф Наумович (RU)
Зубченко Александр Степанович (RU)
Носов Станислав Иванович (RU)
Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, в частности, марок 10ГН2МФА, 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА, 15Х3НМА, 15Х3НФАА, работающих при температуре до 350°С. Электрод включает стержень из низколегированной стали и нанесенное на него покрытие. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 35-40, плавиковый шпат 12-17, рутиловый концентрат 10-16, двуокись титана 3-5, ферросилиций 4-7, ферротитан 5-7, марганец 3-7, графит 0,1-0,3, гематит 1,0-3,0, слюда 1,0-3,0, пластификатор 1,0-3,0, железный порошок - остальное. Соотношение между содержанием в покрытии графита к суммарному содержанию гематита и слюды составляет 0,02-0,10. Стержень электрода может быть выполнен, например, из проволоки марок Св-10ГН1МА. В качестве пластификатора покрытие электрода может содержать, например, поташ. Электрод обеспечивает повышение прочностных и пластических свойств металла при температуре до 350°С за счет сбалансированного его состава и унифицированного переноса расплавленного металла в сварочную ванну путем регулирования его поверхностных свойств. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, в частности, марок 10ГН2МФА, 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА, 15Х3НМА, 15Х3НФАА, работающих при температуре до 350°C.
Известны электроды для сварки сталей перлитного класса, например SU 1666285 А1, 30.07.1991 /1/, RU 2319590 С2, 12.04.2006 /2/.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого электрода является покрытый электрод для ручной дуговой сварки по SU 880673 А1, 15.11.1981 131. Покрытие электрода /3/ содержит, мас.%: мрамор 35-40, рутил 12-18, ферросилиций 6-9, ферромарганец 5-8, ферротитан 1-4, железный порошок 5-10, гематит 1,9-6,0, графит 0,1-0,5, плавиковый шпат - остальное. Электрод обеспечивает получение наплавленного металла с высокими функциональными свойствами. Его недостатком можно признать нестабильность переноса электродного металла в сварочную ванну и некоторую нестабильность формирования шва и шлака при сварке в потолочном и вертикальном положениях.
Задачей изобретения является разработка электродов с улучшенными сварочно-технологическими свойствами и стабильно высокими механическими свойствами металла шва.
Технический результат, обеспечиваемый решением указанной задачи, состоит в повышении прочностных и пластических свойств металла при температуре до 350°C за счет сбалансированного его состава и унифицированного переноса расплавленного металла в сварочную ванну путем регулирования поверхностных свойств взаимодействующих расплавленного металла и шлака.
Поставленная задача решается тем, что в электроде для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, включающем стержень из низколегированной стали и нанесенное на него покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, двуокись титана, ферросилиций, ферротитан, марганец металлический, графит, гематит и железный порошок, покрытие дополнительно содержит слюду и пластификатор при следующем содержании компонентов, мас.%:
| мрамор | 35-40 |
| плавиковый шпат | 12-17 |
| рутиловый концентрат | 10-16 |
| двуокись титана | 3-5 |
| ферросилиций | 4-7 |
| ферротитан | 5-7 |
| марганец металлический | 3-7 |
| графит | 0,1-0,3 |
| гематит | 1,0-3,0 |
| слюда | 1,0-3,0 |
| пластификатор | 1,0-3,0 |
| железный порошок | остальное, |
при этом соотношение между содержанием в покрытии графита к суммарному содержанию гематита и слюды составляет 0,02-0,10.
Стержень электрода может быть выполнен, например, из проволоки марок Св-10ГН1МА. В качестве пластификатора покрытие электрода может содержать поташ.
Шлакообразующие компоненты покрытия подобраны таким образом, чтобы оно соответствовало рутил-основному виду.
Введение гематита совместно с графитом улучшает сварочно-технологические свойства электродов. Гематит позволяет повысить окисленность зоны плавления, в результате чего снижается поверхностное натяжение взаимодействующих капли и шлака, что способствует измельчению и улучшению переноса капель, обусловливающего высокое качество металла шва.
Слюда, введенная в состав покрытия, способствует не только пластифицированию обмазочной массы при изготовлении электродов, но и влияет на поверхностные свойства расплавленного металла.
Соотношение между содержанием в покрытии графита и суммарным содержанием гематита и слюды, равное 0,02-0,10, обеспечивает согласованное плавление стержня и покрытия и стабильный перенос электродного металла в сварочную ванну.
Марганец (возможно его введение в виде ферромарганца) улучшает механические свойства сварного шва при комнатной и повышенной температуре. Совместное введение в покрытие таких компонентов, как марганец, ферросилиций и железный порошок в предлагаемых количествах, позволяет регулировать в широком диапазоне химический состав, теплофизические и механические свойства сварного шва, а также структуру наплавленного металла.
Ферросилиций и ферротитан обеспечивают глубокое раскисление наплавленного металла и снижают склонность к старению.
Железный порошок позволяет регулировать активность покрытия и шлака при горении дуги.
В качестве двуокиси титана может быть использован рутил или чистая двуокись титана. Указанные материалы могут быть использованы также и совместно.
Изобретение реализуется следующим образом.
Для изготовления электродов использовали стержни из проволоки Св-10ГН1МА. Все компоненты покрытия измельчали, а затем смешивали со связующим, в качестве которого использовали натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло.
Составы покрытий электродов, включающих ингредиенты в предлагаемом соотношении, приведены в таблице 1.
Электроды изготавливали опрессовкой, а затем подвергали сушке и прокалке при температуре 360°C в течение 1,5 часа.
Испытания электродов проводили следующим образом. Были сварены пластины из стали 10ГН2МФА, из которых изготовили образцы для механических испытаний наплавленного металла.
В таблице 1 приведены составы покрытия электрода в соответствии с формулой изобретения. Покрытие нанесено на стержень из проволоки Св-10ГН1МА диаметром 4 мм при коэффициенте массы покрытия 42-46%.
| Таблица 1 | |||
| Компоненты покрытия | Номер состава покрытия | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| мрамор | 35 | 39 | 40 |
| плавиковый шпат | 12 | 17 | 15 |
| рутиловый концентрат | 16 | 12 | 10 |
| двуокись титана | 3 | 4 | 5 |
| ферросилиций | 4 | 6 | 7 |
| ферротитан | 7 | 6 | 5 |
| марганец металлич. | 3 | 4,5 | 7 |
| графит | 0,1 | 0,2 | 0,3 |
| гематит | 1,0 | 1,8 | 3,0 |
| слюда | 1,0 | 2,0 | 3,0 |
| поташ | 3 | 1,0 | 2 |
| железный порошок | 14,9 | 6,5 | 2,7 |
В таблице 2 приведены фактические значения механических свойств металла шва, полученные при сварке пластин из стали 10ГН2МФА с использованием электродов с покрытием из табл.1, при комнатной температуре (20°C) и при температуре плюс 350°C.
Образцы были подвергнуты высокому отпуску при температуре 650±10°C с выдержкой 10±0,5 ч.
| Таблица 2 | |||||
| Температ. испытаний Т, °C | Механические свойства металла шва (наплавлен.металла) | ||||
| Временное сопротивл. разрыву, МПа (кгс/мм2) | Предел текучести, МПа (кгс/мм2) | Относител. удлинение, % | Относител. сужение, % | Ударная вязкость, Дж/см2, (кгс·м/см2) | |
| 20 | 539(55) | 343(35) | 20 | 59 | 53(5)* |
| 350 | 490(50) | 294(30) | 19 | 57 | - |
| * При испытании на образцах типа IX по ГОСТ 6996 |
1. Электрод для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, включающий стержень из низколегированной стали и нанесенное на него покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, двуокись титана, ферросилиций, ферротитан, марганец металлический, графит, гематит и железный порошок, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит слюду и пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| мрамор | 35-40 |
| плавиковый шпат | 12-17 |
| рутиловый концентрат | 10-16 |
| двуокись титана | 3-5 |
| ферросилиций | 4-7 |
| ферротитан | 5-7 |
| марганец металлический | 3-7 |
| графит | 0,1-0,3 |
| гематит | 1,0-3,0 |
| слюда | 1,0-3,0 |
| пластификатор | 1,0-3,0 |
| железный порошок | остальное, |
при этом соотношение между содержанием в покрытии графита к суммарному содержанию гематита и слюды составляет 0,02-0,10.
2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что его стержень выполнен из проволоки Св-10ГН1МА.
3. Электрод по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластификатора покрытие содержит поташ.
