Электрод для сварки

 

Использование: ручная дуговая сварка низколегированных сталей перлитного класса узлов и оборудования АЭС. Электрод для сварки состоит из стержня, выполненного из проволоки Св-08А и покрытия, состав которого, мас.%: мрамор 20-34; плавиковый шпат 14-19; рутиловый концентрат 8-16; цирконовый концентрат 3-10; ферромарганец 2-7; ферросилиций 6-12: гематит 1-6; ферротитан 2-5; никелевый порошок 3-8; ферромолибден 0,5-3; пластификатор 0,5-3; железный порошок остальное. Ферромолибден, гематит и ферротитан взяты в соотношении 1:(1-10):(1- 10). Коэффициент массы покрытия составляет 55-65%. 3 табл.

COlQ3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (s>>s В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815894/08 (22) 16.04,90 (46) 07,05,92. Бюл. ¹ 17 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ" (72) Д,В,Витман, О.С.Каковкин, Ю,М.Нягай и Ю,В.Сванидзе (53) .621.701.04 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1586886, кл. В 23 К 35/365, 23,05,88.

Авторское свидетельство СССР

N 535147, кл. В 23 К 35/365, 1974. (54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СBAPКИ (57) Использование: ручная дуговая сварка

Изобретение относится к сварке. а именно к электродам, используемым для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса в различных отраслях машиностроения, в частности для сварки узлов и оборудования АЭС, Известен электрод для сварки низко-и среднелегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 60 кгс/мм, в состав покрытия которого входят. мас,%:

Мрамор 35-45

Плавиковый шпат 20-25

Рутиловый концентрат 5-10

Ферромарганец 4 — 6

Ферросилиций 2 — 5

Ферротитан 6 — 12

Никель 3 — 8

Хром 2 — 6

Ферромолибден 1 — 3

Целлюлоза 1 — 3

„„ Ы„„1731551 А1 низколегированных сталей перлитного класса узлов и оборудования АЭС. Электрод для сварки состоит из стержня, выполненного из проволоки Св — 08А и покрытия, состав которого, мас.%: мрамор 20-34; плавиковый шпат 14 — 19; рутиловый концентрат 8 — 16; цирконовый концентрат 3-10; ферромарганец 2-7; ферросилиций 6-12: гематит 1-6; ферротитан 2 — 5; никелевый lloрошок 3-8, ферромолибден 0,5-3; пластификатор 0,5 — 3; железный порошок остальное. Ферромолибден, гематит и ферротитан взяты в соотношении 1:(1 — 10):(1—

10). Коэффициент массы покрытия составляет 55 — 65%. 3 табл.

Ферробор 0.1-3

Алюмомагниевая лигатура 1 — 3

Цирконовый концентрат 5-8

Недостатком указанного электрода является неудовлетворительное качество металла швов, не обеспечивающее необходимую величину ударной вязкости при — 50 С после специальной термообработка из-за наличия в покрытии хрома и алюмомагниевой лигатуры. повышающих прочность наплавленного металла и снижающих его ударную вязкость.

Наиболее близким к предлагаемому является электрод, включающий стержень из стали перлитного класса с содержанием азота 0,005 — 0,03 мас.% и покрытие, содержащее следующие компоненты. мас.%:

Плавиковый шпат 18 — 22

Песок кварцевый 5-7

Ферротитан 5 — 7

Ферромарганец 0.5-2

1731551

Ферросилиций 3-5,5

Никелевый порошок 1,5 — 2,5

Железный порошок 3-6

Поташ 0,5 — 1,5

Мрамор Остальное

Величина ударной вязкости металла сварных швов, выполненных указанными электродами, при -50 С после специальной термообработки является недостаточной для обеспечения работоспособности сварных конструкций, Низкие значения ударной вязкости вызваны неудовлетворительным соотношением компонентов покрытия и невозможностью его оптимизации в рамках данной композиции.

Целью изобретения является повышение качества наплавленного металла при отрицательных температурах после специальной термообработки за счет увеличения ударной вязкости.

Поставленная цель достигается тем, что в электроде, включающем стержень из низкоуглеродистой холоднокатаной стали марок Св — 08А или Св — 08АА и покрытие. содержащее мрамор, плавиковый шпат, концентрат рутиловый, концентрат цирконовый, ферромарганец, ферросилиций. гематит, ферротитан. никелевый порошок. ферромолибден, железный порошок и пластификатор, компоненты покрытия взяты в следующем соотношении, мас. о :

Мрамор 20-34

Плавиковый шпат 14-19

Концентрат рутиловый 8-16

Концентрат цирконовый 3-10

Ферромарганец 2-7

Ферросилиций 6 — 12

Гематит 1-6

Ферротитан 2 — 5

Никелевый порошок 3 — 8

Ферромолибден 0.5 — 3

Пластификатор 0,5 — 3

Железный порошок Остальное

При этом содержания ферромолибдена гематита и ферротитана взяты соответственно в соотношении 1:(1-10):(1 — 10), Коэффициент массы покрытия электрода

55 — 65 ;

Предложенный электрод обеспечивает ударную вязкость наплавленного металла не менее 3,5 кгс м/см при -50 С после термообработки. отпуск 620 С, выдержка

10 ч, далее нагрев до 650 С. выдержка 25 ч, охлаждение с печью со скоростью 10 С/ч до 300 С.

Введение в состав покрытия ферромолибдена, гематита и ферротитана в указанном соотношении позволяет получить наплавленный металл, обеспечивающий заданную ударную вязкость при отрицатель5

55 ных температурах после специальной термообработки за счет повышения устойчивости против отпускной хрупкости, измельчения зерна и торможения процесса коагуляции карбидов.

Для подавления отпускной хрупкости осуществляется легирование наплавленного металла молибденом. Но ее не всегда удается устранить из-за малых скоростей охлаждения после отпуска, которые необходимы для полной релаксации напряжений, возникающих в изделиях после сварки, Увеличение количества молибдена в наплавленном металле способствует повышению устойчивости против отпускной хрупкости путем торможения сегрегационных процессов. Однако при этом повышается прочность металла шва, а величина ударной вязкости снижается. Таким образом, ферромолибден необходим в покрытии для подавления хрупкости, но его количество должно быть минимальным для получения заданной ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. Это условие выполняется только при введении в покрытие coBMecTHQ с ферромолибденом гематита и ферротитана в указанном соотношении. что способствует уменьшению количества углерода в наплавленном металле, карбиды которого коагулируют в процессе специальной термообработки, снижая тем самым устойчивость против отпускной хрупкости, Введение гематита в покрытие способствует уменьшению количества углерода в наплавленном металле за счет взаимодействия его с кислородом в высокотемпературной зоне дуги. Необходимое для связывания углерода количество кислорода поступает в зону дуги при разложении гематита под взаимодействием температурного фактора. Интенсивное прохождение реакции между кислородом и углеродом объясняется высоким сродством последнего к кислороду при 2400-2700 К, т,е. на стадии капли. Однако одновременно с выгоранием углерода происходит насыщение расплавленного металла кислородом из-за большого его количества в зоне сварки, Увеличение содержания кислорода в наплавленном металле ведет к ухудшению механических свойств, в том числе ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. Процесс удаления кислорода осуществляется с помощью введения в состав покрытия раскислителей, в первую очередь ферротитана, как обладающего наивысшим среди них сродством к кислороду при 1800 — 2000 К, т.е, на стадии ванны, Кроме того, введение гематита в по1731551

55 крытие способствует улучшению условий переноса расплавленного металла через дуговой промежуток. B результате повышения окисленности зоны плавления снижается поверхностное натяжение на границе шлак — металл и капли измельчаются. Насыщение поверхностного слоя капли кислородом препятствует также проникновению водорода, уменьшая возможность возникновения водородистой пористости.

Введенный в покрытие ферротитан действует как раскислитель и одновременно способствует образованию мелкозернистой структуры за счет того. что его окислы и сложные труднорастворимые карбиды становятся дополнительными центрами кристаллизации, Отклонения в большую или меньшую сторону от предложенного соотношения ферромолибдена, гематита и ферротитана приводят к нарушению баланса при взаимодействии компонентов покрытия с кислородом и между. собой во время плавления электрода, следствием чего является падение ударной вязкости ниже 3,5 кгс м/см

2 при -50 С после специальной термообработки.

Присутствие в электродном покрытии никелевого порошка обеспечивает повышение уровня сопротивления хрупкому разрушению сварных швов. Никель за счет упрочнения феррита и измельчения зерна повышает пластичность и вязкость наплавленного металла, а также уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. При содержании никелевого порошка в покрытии ниже 3% не обеспечивается требуемый уровень ударной вязкости при отрицательных температурах. Введение в покрытие никелевого порошка свыше 8% экономически не целесообразно, так как повышения ударной вязкости не происходит.

При содержании ферромарганца в покрытии ниже 2% не обеспечивается необходимый уровень раскисления металла шва и повышается склонность к порообразованию. При увеличении содержания марганца выше 7% ухудшается отделимость шлаковой корки, а также возникает опасность загрязнения наплавленного металла шлаковыми включениями, Ферросилиций вводится в состав покрытия в качестве раскислителя, При содержании ферросилиция в покрытии ниже 6% возрастает склонность металла шва к образованию пор, а при содержании выше 12% увеличивается содержание кремния в наплавленном металле, что приводит к снижению циклической прочности.

При содержании мрамора в покрытии менее 20% имеет место неудовлетворительная газовая защита расплавленного металла в зоне сварки. Это приводит к появлению пористости при сварке. При увеличении содержания мрамора в покрытии выше 34% затрудняется процесс опрессовки электрода из-за ухудшения реологических свойств обмазочной массы, При содержании плавикового шпата в покрытии менее 14%, повышается вероятность образования пор в наплавленном металле, Увеличение содержания плавикового шпата в покрытии выше 19% ведет к ухудшению сварочно-технологических свойств: снижается стабильность горения дуги, ухудшается укрываемость валика шлаком.

Рутиловый концентрат введен в состав покрытия для обеспечения шлаковой защиты расплавленного металла на стадии капли и в сварочной ванне от окружающей атмосферы, При содержании рутилового концентрата в покрытии ниже 8% наблюдается насыщение металла шва газами, а при содержании выше 16%.ïðoèñõîäèò забегание шлака при сварке в узкую разделку из-за повышения его жидкотекучести, в результате чего нарушается процесс сварки, Цирконовый концентрат введен в состав покрытия с целью изучения отделимости шлаковой корки и повышения стабильности горения дуги. Содержание цирконового концентрата в покрытии менее

3% приводит к ухудшению отделимости шлаковой корки, а при содержании выше

10% ухудшается формирование шва.

Пластификаторы, содержащиеся в покрытии в указанных пределах, обеспечивают технологичность обмазочной массы. необходимую для изготовления электродов на современных прессах высокого давления. В качестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметилцелл юлоза (КМ Ц), сл юда. измел ьчен н ый сил икат натрия растворимый, кальцинированная сода. При содержании пластификатора в покрытии менее 0,5% затрудняется опрессовка электрода, а при содержании более 3% недопустимо возрастает содержание водорода в наплавленном металле.

Введенный в состав покрытия железный порошок положительно влияет на стабильность горения дуги. Кроме того. он повышает коэффициент наплавки электрода.

Коэффициент массы покрытия электрода зависит от диаметра втулки и количества металлической составляющей электродного покрытия, Поэтому в случае минимального и максимального содержания таких компо1731551 нентов покрытия KBK ферромарганец, ферросилиций, ферротитан. никелевый порошок, ферромолибден и железный порошок коэффициент массы покрытия колеблется от 55 до 65 / .

Изготовление электродов производилось на прессах высокого давления модели

АОЭ вЂ” 1.

Было изготовлено 11 вариантов электродного покрытия.

Составы покрытий приведены в табл, 1.

Результаты механических испытаний после специальной термообработки, т,е, отпуск 620 С, выдержка 10 ч, далее нагрев до

650 С, выдержка 25 ч. охлаждение с печью со скоростью 10 С/ч до 300 С. и оценка сварочно-технологических свойств электродов с предлагаемыми покрытиями, проведенная по 10-балльной шкале, приведены в табл, 2. Величина ударной вязкости определялась по ГОСТ 6996266 на образцах Шарпи при -50 С.

Химический состав наплавленного этими электродами металла приведен в табл. 3.

Как показывают результаты, приведенные в табл, 2, электроды 2 — 6, обладающие составом покрытия, в котором соблюдается указанное соотношение, а компоненты взяты в заданных пределах, обеспечивают повышение по сравнению с прототипом (состав 1) ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. причем значения ударной вязкости при -50" С не опускаются ниже 3,5 кгс м/см .

Составы 7 и 8 не обеспечивают требуемый уровень удаоной вязкости, так как в них не соблюдается указанное соотношение между ферромолибденом. гематитом и ферротитаном 1:(1-10);(1-10).

Варианты электродов 9 и 10 не обеспечивают необходимые значения ударной вязкости, так как содержание ферромолибдена. гематита и ферротитана не соответствует указанным пределам, хотя соотношение этих элементов соблюдается, Кроме того, состав 9 обладает склонностью к пористости из-за низкого содержания мрамора и ферромарганца, плохим формированием шва из-за высокого содержания цирконового концентрата и неустойчивым горением дуги из-за высокого содержания плавикового шпата. Состав 10 обладает склонностью к порообразованию из-за низкого содержания плавикового шпата и ферросилиция, плохой отделимостью шлаковой корки из-за большого содержания ферромарганца, забеганием шлака во время сварки в разделку из-за высокого содержания рутилового кон5 центрата, Состав 11 не обеспечивает необходимой ударной вязкости при соблюдении соотношения ферромолибдена, гематита и ферротитана и требуемого содержания ком10 понентов из-за несоответствия значения коэффициента массы покрытия указанным пределам.

Таким образом. при условии соблюдения приведенного соотношения между фер15 ромолибденом, гематитом и ферротитаном и содержания компонентов покрытия в указанных пределах при коэффициенте массы покрытия 55-65 . предложенные электроды повышают качество наплавленного ме20 талла после специальной термообработки путем обеспечения ударной вязкости не менее 3,5 кгс м/см при -50 С.

Формула изобретения

25 Электрод для сварки, состоящий из стержня, выполненного из проволоки Св08А и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, цирконовый концентрат, ферромарганец, 30 ферросилиций, ферротитан, никелевый поp0ILIoK, ферромолибден и пластификатор, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наплавленного металла при отрицательных температурах после

35 специальной термообработки за счетувеличения ударной вязкости, покрытие дополнительно содержит гематит и железный порошок при следующем соотношении компонентов, мас, /:

40 Мрамор 20-34

Плавиковый шпат 14-19

Рутиловый концентрат 8 — 16

Цирконовый концентрат 3-10

Ферромарганец 2-7

45 Ферросилиций 6 — 12

Гематит 1 — 6

Ферротитан 2-5

Никелевый порошок 3-8

Ферромолибден 0,5-3,0

50 Пластифи като р 0,5-3,0

Железный порошок Остальное при этом ферромолибден, гематит и ферротитан взяты соответственно в соотношении 1:(1 — 10):(1-10). а коэффициент массы

55 покрытия составляет 55-65 /.

1731551

10 а сч м» л

CO CD сч

1 3 м сп

CD о ъо О

1 а

«>

43 1

- а

>1

1

1

I

1

I

I

1

1

1

1

1

l Б

1 1

1 Э

1 Z о с

1 X о

1 Y

Y о о

Э О.

ЦO

lO O

5 с >s о

Z Z о а О>

a t=

Э О> е м

I а

:Г

3>О с

1 о а о с

I о э

>- Ц

>О

S с ео

О

u o.

>О а с э се

Ц

СО >Х

Х S

>О

> S а с

>О S

z v о о а а

a a

Э Э ее

>I! а

I- >

>3> а> ц о

i I о о

Z (Q

I>S >o

>О O. а

Э Э

3 Е

> .О

tC о а м о

|О

>О >О а с

)S

Ш

Э с

Э

r >С

S O

1 1

1 I

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 I — +

I 1

1 I

1 1

I О 1

1 I

1 1

1 1

Г

1 3

1 I

1 I

1 1

1 I

1 CA I

1 1

I — Т

1 1

1 1

I 1

I 1

I 1

1 1

1 1

1 CO I

1 I

1 I

3 Л

1 l

1 I

1 1

l 1

1 1

1 1

I I

1 1

I 1

Л|

1 1

1 I

1 1

1 1

I 1

1 1

1 1

Э 1 . I

>3> I >О I

|О 1 1

1- 1 !.> 1 I

Π3 — 1

1 1

Ф 1 1

I I

1 1 ае|а!

° 1 1

V 1

СО 1 1

1 1

1 1

Ф 1 1

О 1

3Z 1 1

Э 1 -О I

Z 1

О 1

С 1

I — — — 1

О 1

Y 1 1

1 I

Э 1 1

S 1 I

Z 1

>О>М>

K I

Э 1 I

Ц 1 I о

С > 1 I

I I

I 1

I l

I СЧ 1

l 1

I 1

I 1

I 1

3.— Л

I 1

1 I

1 I

1 I

1 >

l 1

l I

1

1

I

1

1

1

1

1

I

1

I

I

I

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

I

1

1

I

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

1

1

1

1

I

1

1

1

l

I

1

1

1

I

> >

1- Л СЧ

1. Л СЧ сч» 1 с. л сч

СЧ 1

Л| сЧ

Сч 1 лл сч

СЧ I

cD cn сч 1 CD лл сч

1 м сч о асч Л.

1 о с

>S S

I> 1й > э а а

|О >33

>3> а

Y Iх

Э о =с

V I >S

Э О л

Y Ф лао - сч сч со- л л а О а

О

CD л а 33 ч> а лао3 сч а лаа3сч а

МЛО О М о сч — с| мм а ласьа а

lA сЧ а а а сч м

ЧО м а а юCA CD

LA a ао а»

СГ\

-а о ама 3А

-м а cD ааа аоcD чО CA tn мою о сс> мам

СЧ I

CO I

>О I

1 сч 1

1 сЧ 1

"О 1 а

1 а 1

I сЧ 1

СЧ 1

iО I

1 ° . с> 1

1 сЧ 1!

CO I а

О I

>О 1

1 с> 1

I

I

1

1 сЧ 1

CO 1 а 1

1

CD 1

lA 1

О 1 О 1

1

1 а 1

1 о 1

1 а а

1

1

1 а 1 О 1

I а 1

I а I

CO 1 а 1

1

1 м

1 Б 1

S V 1

О >О 1 о. а I

33> I- д О 1

Е I 1

Э I

S D S 1

I- S l- 1 ее а

tu I C> Y

3 >ООО

I- Y C I

1731551 таблица2 вариант покрытия (2 (3 (4 !5 )6 (7 /В (9 110 (11

Показатель ударнал веакость при

-50 С после специальной термообработки,кгс ° м/см

15 71 43 46

5,2 2,8 31 18 21 3,0

5,8

663 528 533 506 507 507 591 561 490 604 539

554 393 400 389 391 390 458 420 381 480 412

21,3 26,7 25,8 30,2 31,0 30,7 23°, 25,1 37 1 21 26 7

Склонность к пористости

Нет Нет Нет Пет Нет Нет Нет Нет Есть Есть Нет

Отделимость шлаковой корки, балл

Формирование шеа, балл

Поведение шлака при сварке, балл

9 9 10 8 9 9 9 9 9 5 9

Стабильность горения дуги, балл

10 10 9 10 10 10 8 10 4

6 10

Таблица 3 тов в

Составитель Д.Витман

Техред M.Ìoðãåíòàë

Корректор Н.Король

Редактор И.Шмакова

Заказ 1544 Тира>к 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

Предел прочности при

20 С после специальной термообработки, 11tla

Предел текучести при

20 С после специальной термообработки, НПа

Относительное удлинение при 20 С после специальной термообработки, 9 10 8

9 9 8 10

9 9 9 10

9 9 9 6

5 9

10 9