Состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей

 

Использование: дуговая сварка, преимущественно в ремонтных и монтажных условиях. Сущность изобретения: электродное покрытие содержит следующие компоненты, мас.%: мрамор 8-20; каолин 15-23; тальк 2-10; целлюлоза 2-3,5; ферромарганец 7-15; ферротитан 1-5; графит 0,5-2,5; ильменитовый концетрат - остальное. Отношение содержания каолина к ильменитовому концентрату составляет 0,4-0,5. Графит, ферротитан и ильменитовый концентрат взяты в отношении 1: (1,9-2,1): (20-70). Суммарное содержание талька и каолина составляет 24-26%. Изобретение позволяет повысить стабильность горения дуги при сварке по незачищенным поверхностям во всех пространственных положениях. 2 табл.

Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых сталей в монтажных и ремонтных условиях во всех пространственных положениях, в том числе по не зачищенным от ржавчины, краски и других загрязнений поверхностям.

Известен электрод для сварки низкоуглеродистых сталей (а.с. N 1706821, кл. В 29 К 35/365, 1992). Покрытие этого электрода содержит следующие компоненты, мас.

Полевой шпат 6-11 Мрамор 3-7 Ферромарганец 5-20 Целлюлоза 1-2,5 Рутиловый концентрат остальное, причем отношение рутилового концентрата к полевому шпату составляет 6-11.

Хотя применение этого электрода позволяет получить хорошее формирование сварного шва во всех пространственных положениях, однако он не пригоден для сварки по незачищенным поверхностям из-за образования большого количества пор.

Наиболее близким является электрод для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей (а.с. N 933336, кл. В 23 К 35/365, 1982), состав электродного покрытия которого содержит следующие компоненты, мас.

Ильменитовый концентрат 40-50 Мрамор 6-14 Ферромарганец 12-20 Тальк 4-12 Целлюлоза 1-3
Каолин 2-6
Железная руда 4-12
Ферротитан 4-10
Недостатком известного электрода является недостаточная стабильность горения дуги в различных пространственных положениях, что не позволяет качественно формировать сварной шов в вертикальном и потолочном положениях. Кроме того, при сварке в монтажных и ремонтных условиях, где не всегда возможно произвести зачистку свариваемых поверхностей, применение таких электродов не обеспечивает качественного шва.

Задачей изобретения является повышение качества сварных швов при сварке в любых пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям, а также повышение стабильности горения дуги.

Цель изобретения достигается тем, что состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, содержащего мрамор, каолин, тальк, целлюлозу, ферромарганец, ферротитан, ильменитовый концентрат, согласно изобретению дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Мрамор 8-20
Каолин 15-23
Тальк 2-10
Целлюлоза 2,0-3,5
Ферромарганец 7-15
Ферротитан 1-5
Графит 0,5-2,5
Ильменитовый концентрат остальное
причем отношение содержания каолина к ильмениту составляет 0,4-0,5, суммарное содержание талька и каолина 24-26% а отношение графита, ферротитана и ильменитового концентрата составляет 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0).

Из патентной и научно-технической документации известны электроды для сварки низкоуглеродистых сталей, покрытия которых содержат незначительное количество графита для повышения технологических свойств и качества покрытия. Наличие свободного углерода в составе покрытия способствует увеличению объема газа и мощности газовой струи, ориентированной от электрода к ванне. Газы СО и СО₂ обеспечивают оттеснение паров минеральных масел и влаги в передней части сварочной ванны, уменьшая долю водородсодержащих газов в атмосфере дуги. Следовательно, в предлагаемом покрытии графит способствует решению поставленной задачи, а именно получению высокой плотности швов за счет уменьшения адсорбции водорода и азота металлом шва.

В совокупности предлагаемых признаков существенное значение имеет соотношение графита, ферротитана и ильменита, так как графит наряду с вышеупомянутым положительным влиянием снижает окислительный потенциал дуги, замедляя процесс связывания водорода, который, как известно, является причиной пористости шва.

Выбранное соотношение компонентов 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0) позволяет получить оптимальный вариант, а именно необходимый и достаточный окислительный потенциал атмосферы дуги при мощной газовой струе, способной оттеснить пары минеральных масел и влаги.

Наличие ильменита в составе покрытия приводит к появлению дополнительного количества кислорода в составе газовой фазы дуги, в то же время графит и ферротитан снижают окислительный потенциал дугового газа. В связи с этим для достижения поставленной цели должно иметь место определенное соотношение окислителя ильменита и раскислителей графита как высокотемпературного раскислителя и ферротитана как низкотемпературного раскислителя.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемый электрод является новым и соответствует изобретательскому уровню.

Повышение графита свыше 2,5% не желательно, так как это может снижать пластические свойства металла шва.

Указанное в предлагаемом электроде количество шлакообразующих компонентов ильменитового концентрата 35-51% и каолина 15-23% обеспечивает образование шлаковой корки, равномерно покрывающей металл.

Наличие в указанных пределах ильменитового концентрата соответствует оптимальному окислительному потенциалу атмосферы дуги, что благоприятно для предотвращения водородных пор. Выбранное отношение каолина к ильменитовому концентрату в пределах 0,4-0,5 позволяет получить шлак, удерживающий ванну расплавленного металла на вертикальной и потолочной плоскостях, и обеспечить хорошее формирование металла шва без пор и раковин.

Количество каолина, вводимое в покрытие предлагаемого электрода, значительно выше, чем у известных. Это позволяет улучшить смачиваемость свариваемых поверхностей шлаком, за счет этого добиться "смывания" загрязнений гидроксидов железа, масла, краски, что способствует уменьшению пористости при сварке по незачищенным поверхностям. Введение каолина более 23% не желательно, так как в шлаке повышается концентрация SiO₂ настолько, что может вызвать относительное снижение вязкости шлака при охлаждении и, как следствие, неудовлетворительное формирование шва при сварке в вертикальном и потолочном положениях.

На этом же основании верхний предел содержания талька в покрытии ограничен 10% Количество вводимого талька определяет пластические свойства обмазочной массы. Введение талька менее 2% приводит к ухудшению прессуемости обмазочной массы. Для решения поставленной задачи оптимальным является суммарное содержание талька и каолина в пределах 24-26%
Введение карбоната кальция уменьшает парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе за счет разбавления атмосферы дуги продуктами диссоциации мрамора. Нижний предел содержания мрамора 8% определяется условиями отсутствия порообразования. Увеличение верхнего значения содержания мрамора более 20% ухудшает формирование сварного шва, приводит к повышению разбрызгивания металла.

Ферромарганец вводится в шихту в количестве 7-15% и предназначен для раскисления и легирования направленного металла. Как известно, марганец упрочняет зерна феррита, однако введение ферромарганца менее 7% не эффективно, так как он энергично окисляется кислородом из атмосферы дуги. При введении его в шихту более 15% в связи с большими скоростями охлаждения при сварке в монтажных и ремонтных условиях возможно образование закалочных структур. Кроме того, увеличение содержания ферромарганца нецелесообразно по экономическим и экологическим соображениям, так как возрастает концентрация соединений марганца в аэрозолях и воздухе рабочей зоны, что требует дополнительных средств защиты органов дыхания.

Ферротитан вводится в качестве раскислителя в количестве 1-5% Ферротитан как более активный раскислитель препятствует окислению марганца в сварочной ванне. Менее 1% его действие неэффективно, а свыше 5% нецелесообразно по указанной выше причине снижению окислительного потенциала газовой фазы дуги и появлению пор.

Целлюлозу вводят в состав электродного покрытия для улучшения пластических свойств обмазочной массы и создания газовой защиты наплавленного металла, а также сбалансированного равновесия между шлакообразующими и газообразующими компонентами, позволяющего предотвратить поры. Введение целлюлозы до 2,0% не дает положительного эффекта, введение же более 3,5% не вызывает дальнейшего улучшения пластических свойств массы, однако вследствие диссоциации целлюлозы увеличивается содержание водорода в атмосфере дуги, что приводит к образованию пор в сварном шве.

Указанное количество компонентов и их соотношение позволило получить качественный сварной шов во всех пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения было изготовлено 5 партий электродов, состав обмазки которых приведен в табл. 1.

Для испытаний проводили сварку технологических образцов в нижнем, потолочном и вертикальном положениях по незачищенным поверхностям при I 150-160 A, U 22-23 B. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе (табл. 2). Как видно из таблицы, все электроды обеспечивают при сварке в нижнем положении удовлетворительные результаты. При сварке на вертикальной плоскости и в потолочном положении электродом 1 образующийся жидкотекучий шлак не обеспечивает удержания ванны расплавленного металла. При сварке электродом 5 появляется сильное разбрызгивание (оценка формирования 1 балл). Составы 3, 4 обеспечивают получение удовлетворительного формирования направленного металла с появлением незначительных наплывов или узкого валика. Лучшие результаты дает состав 2. Он позволяет получить хорошее формирование шва во всех пространственных положениях с образованием плотной шлаковой корки. При сварке по ржавчине, краске, следам масла лучшие результаты получены при составах 2, 3, 4. Следовательно, при сварке в монтажных и ремонтных условиях в различных пространственных положениях по незачищенным поверхностям можно применять электроды составов 2, 3, 4, но оптимальным является электрод состава 2.

Оценку механических свойств проводили из условий: предел прочности _в 460-510 МПа, относительное удлинение 20-28% Испытания образцов 2, 3, 4 показали, что предел прочности и относительное удлинение находятся в вышеуказанных пределах.

Формула изобретения

Состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей, включающий мрамор, каолин, тальк, целлюлозу, ферромарганец, ферротитан, ильменитовый концентрат, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.

Мрамор 8 20
Каолин 15 23
Тальк 2 10
Целлюлоза 2 3,5
Ферромарганец 7 15
Ферротитан 1 5
Графит 0,5 2,5
Ильменитовый концентрат Остальное
при этом отношение содержания каолина к ильменитовому концентрату составляет 0,4 0,5, графит, ферротитан и ильменитовый концентрат взяты в соотношении 1:(1,9 2,1) и (20 70), а суммарное содержание талька и каолина составляет 24 26%