Порошковая проволока для сварки чугуна

 

Изобретение относится к сварке металлов, в частности к составу порошковой проволоки (ПП) для дуговой сварки и наплавки чугуна. Цель изобретения - повышение прочности и стойкости сварного шва к образованию пор и трещин. ПП состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты. Шихта ПП содержит компоненты,при следующем соотношении, мас.%: графит 16-20

ферросилиций 4,0-5,0

ферромарганец 4,0-5,0

ферротитан 1,0-2,0

алюминиевый порошок 1,0-2,0

плавиковый шпат 4,5-5,5

никелевый порошок 50-55

мрамор 2,6-3,5

лигатура магний-никель 5,5-6,0

лигатура неодим - магний 1,2-1,8

силикокальций 2,0-2,5

железная окалина 1,5-2,5. Коэффициент заполнения ПП составляет 28-30%. Введение в состав шихты ПП лигатуры магний-неодим и магний-никель дает возможность получить в металле сварного шва шаровидную форму графита и полностью устранить поры при сварке аустенитного никелевого чугуна. Железная окалина в составе ПП повышает жидкотекучесть электродного металла и смачивание им чугуна, что обеспечивает гладкий, без подрезов переход от металла шва к основному металлу, а также улучшает сварочно-технологические свойства ПП. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sD 4 В 23 К 35/368

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4389019/31-27 (22) 09 ° 03.88 (46) 30,07.89. Бюл. № 28 (71) Институт электросварки им. Е.О. Патона (72) 10.Я. Грецкий, В.А. Иетлицкий, В.В. Федосенко, Г.М. Крошина, А.И. Трефильев и В.И. Удод (53) 621.791.042.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 265689, кл. В 23 К 35/368, 1963.

Авторское свидетельство СССР .

¹ 585026, кл. В 23 К 35/368, 1976. (54) ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ

ЧУГУНА (57) Изобретение относится к сварке металлов, в частности к составу goрошковой проволоки (ПП) для дуговой сварки и наплавки чугуна. Цель изоб.ретения — повышение прочности и стойкости сварного шва к образованию, пор и трещин. ПП состоит из стальной оболочки и порошкообразной шихты.

ПП содержит компоненты при следующем

: Изобретение относится к сварке металлов, в частности к составу порошковой проволоки для дуговой сварки и наплавки чугуна.

Цель изобретения — повышение прочности и стойкости сварного шва к образованию пор и трещин.

Введение в состав шихты порошковой ,проволоки сильного модифицирующего элемента — магния (157, в составе лигатуры магний — никель) приводит к

„„SU„„1496972 А1 соотношении; мас.7.: графит 16-20; ферросилиций 4,0-5,0 ферромарганец

4,0-5,0; ферротитан 1,0-2,0; алюминиевый порошок 1,0-2,0„ плавиковый шлат 4,5-5 5; никелевый порошок 5055; мрамор 2,6-3,5; лигатура магнийникель 5,5-6,0; лигатура неодим— магний 1,2-1,8; силикокальций 2,02,5; железная окалина 1,5 — 2,5.Коэффициент заполнения ПП составляет

28-307. Введение в состав шихты ПП лигатуры магний-неодим и магнийникель дает возможность получить в металле сварнбго шва шаровидную форму графита и полностью устранить поры при сварке аустенитного никелевого е чугуна. Железная окалина в составе

ПП Повышает жидкотекучесть эл ктродного металла и смачивание им чугуна, что обеспечивает гладкий, без подрезов переход от металла шва к основному металлу, а также улучшает сварочно-технологические свойства ПП.

2 табл. фЬ образованию в металле шва или наплав- ленном металле графита компактной и шаровидной формы, что резко повышает его прочность и пластичность.Кроме того, магний нейтрализует серу, переходящую в шов из основного металла, предотвращая образование горячих трещин. Учитывая наличие магния в лигатуре неодим — магний, которая присутствует в шихте, оптимальное содержание лигатуры магний — никель

5,5-6.0 мас.7.

1ч96972

При содержании лигатуры менее

5, 5 мас. в металле шва наряду с компактным и шаровидным графитом образуется много графита пластинчатой и промежуточной форм, показатели прочности и пластичности заметно снижаются, полной нейтрализации серы не происходит. При содержании лигатуры более 6 0 мас. . ухудшается стабильность дугового процесса пз-за избытка магния, повышается разбрызгивание электродного металла. Кроме

Ф того, графптизация в металле шва подавляется, в структуре образуются карбиды, возможно возникновение трещин.

При модифицировании графитной фазы в металле IIIDB посредством магния из лигатуры магний — никель кром." 20 шаровидного граф п а образуется значительное количество компактногд графита, что несколько с«ижает прочностные и пластические свойства.Кроме того, в металле шва образуются от- 25 дельные мелкие поры.

Получить четкую шаровидную форму графита в металле шва можно путем введения соединений редкоземельных металлов (РЗМ),. Установлено, что яв- 30 но выраженным сфероидизирующим эффектом обладает неодим. Наиболее эффективно можно ввести неодим в шихту порошковой проволоки с помощью лигатуры магний — неодим (оптимальное со35 отношение компонентов. "30-35Х магния и 65-70 неодима). Образование в металле шва шаровидного графита повышает механические свойства направленного металла. Неодим содействует уда- 40 лению серы, водорода и азота из «аплавленного металла, приводит к образованию стойких нитридов, которые в процессе сварки удаляются в шлак °

Кроме того, неодим является элементом 45 хорошо стабилизирующим дуговой процесс. Небольшое количество лигатур магний — неодим (1,2-1,8 мас. ) и магний — никель (5,5-6,0 мас. ) дает воэможность получить в направленном

50 металле четкую шаровидную форму гр афита и полностью устранить поры при сварке аустенитного никелевого чугуна.

Введение в состав шихты менее

1,2 мас. лигатуры не способствует

1 предотвращению образования пор, ста билизации процесса сварки и не вызывает заметного влияния «а микро структуру сварного соединения. При введении более 1,8 мас. лигатуры резко снижается пластичность и ударная вязкость, повышается твердость металла шва, что объясняется образованием сложной фазы по границам зере» в структуре наплавленного металла. Это вызывает повышенную твердость наплавки и может привести к образованию трещин как в зоне термического влияния, так и в наплавке.

При таком количестве неодима сварочно-технологические характеристики резко ухудшаются, повышается разбрызгивание, жесткость горения дуги, возникает пироэффект.

Силикокальций вводится в порошковую проволоку в количестве 2-2,5 мас.X.

Силикокальций в порошковой проволоке действует как раскислитель. Кремний является также достаточно сильным раскислителем. В сочетании с плавиковым шпатом и мрамором, входящими в состав порошковой проволоки, силикокальций обеспечивает образование тонкой пленки шлака на поверхности капель и сварочной ванны, дополнительно предохраняющей от образования пор. о

Кальций, входящий в состав силикокальция, имея высокое сродство к кислороду и сере, как и неодим, взаимодействует с ними и предотвращает образование пор и трещин. При содержании в проволоке силикокаль" ция менее 2 мас.% полной металлургической обработки жидкого электродного металла не происходит, в металле шва встречаются поры. При содержании в шихте более 2,5 мас.% силикокальция происходит зашлаковка сварочной ванны, вследствие чего металл шва загрязняется неметаллическими включениями, показатели прочности и ппастичности снижаются.

Введение железной окалины в состав порошковой проволоки повышает жидкотекучесть электродного металла и смачиваиие им чугуна, обеспечивает гладкий, без подрезов переход от металла шва к основному металлу, улучшает сварочно-технологические свойства проволоки. При содержании в проволоке менее 1 5 мас.% железной окалины жидкотекучесть электродного металла и смачивание чугуна недостаточны, местами образуются небольшие подрезы сварного шва. Увеличение

6972 6 железной окалины в установленных оптимальных количеств-х обеспечивает

t 5 149 содержания железной окалины свыше (2,5 мас.7. приводит к черезмерной жидкотекучести электродного металла, ухудшению формирования металла шва, образованию в нем пор.

Следует .отметить, что в предлагаемом составе порошковой проволоки содержание графита выше, чем в прототипе. Результаты проведенных <сследований показывают, что увеличение содержания графита в порошковой проволоке способствует более полной графитизации металла шва, исключению образования в нем карбидов, снижению твердости, повышению стойкости против образования трещин, Ферросилиций, ферромарганец и ферротитан являются активными раскислителями. Алюминий и ферротитан являются нитридообразующими элементами. Увеличение содержания алюминия выше 2 мас.7 приводит к измельчению зерна и росту твердости наплавленного металла. Повышенное содержание ферротитана выше 27 вызывает образование карбидов титана и, соответственно, повышение твердости. Недостаточное количество алюминиевого порошка и ферротитана вызывает образование пор, что снижает прочностные свойства соединений.

Содержание плавикового шпата (4,55,5 мас.Х) и мрамора (2,6-3 5 мас.Х) подобрано экспериментально. Эти два компонента являются шпакообразующими

» элементами. При недостаточном их ко"личестве в шихте порошковой проволоки не обеспечивается надежная защита сварочной ванны от влияния атмосферной среды, что может вызвать образование в наплавке свищей и пор. Увеличение количества этих элементов

40 повышение прочности соединения и стойкости шва против образования пор и трещин, придает проволоке хорошие сварочно †технологическ свойства: стабильное горение ду-ги, равномерное плавление оболочки и сердечника, малое разбрызгивание — при сварке аустенитного никелевого чугуна, В табл.1 и 2 приведены составы предлагаемой порошковой проволоки и характеристики наплавленного метал/ ла.

Наплавленный металл оценивался по временному сопротивлению разрыву (5в), относительному удлинению (Б ), твердОсти (HV), а также по стойкости многопроходных швов против образования трещин и пор, Для изготовления порошковой проволоки опытных составов использовали следующие компоненты: графит, содержащий 997 углерода ферросилиций, содержащий 757 кремния ферромарганец, содержащий 85Х марганца ферротитан, содержащий 307 титана, алюминиевый порошок, содержащий 98Х алюминия; плавиковый шпат, содержащий 40Х кальция электролитический никелевый порошок, содержащий 99,57. никеля лигатуру магний — никель, содержащую 15Х магния лигатуру неодим — магний, содержащую 707. неодима, силикокальций, содержащий 307. кальция, кузнечную железную окалину, содержащую 507. железа, оболочку из стали 0,8кп. Заполнение и протяжку порошковой проволоки до диаметра

2,0 мм осуществляли по общепринятой технологии. Коэффициент заполнения проволоки составлял 28 †3. вызывает повышенную жидкотекучесть сварочной ванны и зашлаковку наплавленного металла.

Содержание никеля строго ограничено только по нижнему пределу (50 мас.7), так как недостаток его приводит к получению аустенитно-карбидной матрицы вместо чисто аустенитной. Увеличение никелевого порошка в порошковой проволоке свыше 55Х заметных изменений в микроструктуре не вызывает и приводит только к снижению твердости наплавки.

Совместное введение в .порошковую

Проволоку лигатур магний — никель и магний — неодим, силикокальция и

Сварку и наплавку порошковой проволокой диаметром 2,0 мм производили открытой дугой на постоянном токе прямой полярности. Использовали пластины размером 150»150»30 мм из чугунов марок СЧ20 и 4Н19ХЗШ.

Перед наплавкой пластины подогревали до 100-150 С. Режим наплавки Х

120 — 140А, U = 20В. Остывание наплавок происходило на слокойном воздухе. Из наплавленного чугуна изготовлены макро- и микрошлифы для исследования структуры соединения, а также образцы типа Ш-4К для испытаний на растяжение. При наличии в

1496972 наплавке трещин образцы для испьгганий не изготавливали, По сравнению с прототипом предлагаемая порошковая проволока позволяет повысить прочность соедине5 ния и стойкость шва против образования пор и трещин.

Формула и з о б р е т е н и я

1,0-2,0

4,5-5,5 порошок

Плавиковый шпат

Никелевый

Порошковая проволока для. сварки чугуна, состоящая из стальной оболочки и порошкообразной шихты, содержащей графит, ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, алюминиевый порошок, плавиковый шпат, никелевый порошок, мрамор, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения прочности и стойкости сварного шна к образованию пор и трещин, шихта дополнительно содержит лигатуру маг ний — никель, лигатуру неодим — магО

50,0-55,0

2,6-3,5

Т аблица I

d

I TI ГГ I Г j:

Неиненование компонентов

2 Э 4 5 6 7 8 9 1О . 11 12 13 (прототип) 7 ° 6

8,25

0,85

1,2

i6

4,0

1,О

4,0

14 20

5 4,0

2,0 2,0

4 4,0

23

1,О

16 .

1 ° 5

16

5>0

1,О

5,0

18 э

2,О з

16

3,о

18 16

4 5 4

0,5 1>5

5 4

2О

2,О

4,5

2,0 1,5

0,5.

1,О 1,О

112

2,0

4,0

2,О

1,О.

1,5 10

5,0 4,5 а

50 55

3,5 . 2,6.

4>5 5,5

7,5

6,0 4 ° 5

4,5

5,5

4 5

473,5

3,5

65,2

8,2

50,5

Э,5

52,5

3,5

2,6

55 50 з,о

4,5

51,5

2,О, 5t

2,6

5,5 5,5

5,7. а

1,8

2,О

6 ° О

5,5. 5,5

5 5

5,7

4,7 6,0 4>5

1,Э 1,8

2,2 2>0

i,2

2,5

1,4.

1,6

1,5

2,О

1,8

2,5

1,5 з,о

2>0 0,9

2,0 2,5 а

2,0 2 ° 5

i,2

2,5

2,О

1,5

1>О 2,5 з,о

1,5

2,0

2 5

2>0

Та бли.ца 2 б

Иеханичес- Нроволока состава 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ) 340 380 280 — 480

300 360 500 490 190

300

3 3 2 6

280 320 300 360 200

ЕстЬ Есть Есть Нет Нет.

Нет Нет Нет LcTb Нет

6 .2

200 200

Нет Есть

Нет Нет

2 4 6

300 280 210

Есть Есть Нет

Нет Нет Нет

400 2о 0 390

Нет Есть Есть

Есть Нет Есть

ГраФнт i6

Ферроенлипий 4

Ферро гитам 1,О

Ферромврганец 4

Аппминиевмй поровок

Плавпковмй ипат 4,5

Ник9иевмй пороюок 52 ,,Нрамор 2,7

Лигатура иаг"

H>lA - никеле 6,5

Лигатура иеопнм - магний 1,8

Снлнкокальцнй 2,0 аелеэпаи ока" лина 2,5

Временное сопротивление разрыву

66, ИПа

Относительное удлинение Бэ,Х

Твердость НЧ

Наличие пор> трещин ний, силикокальций и железную окалину, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Графит 16-20

Ферросилиций 4,9-5,0

Ферромарганец 4,0-5,0

Ферротитан 1,0-2,0

Алюминиевый порошок

Мрамор

Лигатура магний — никель 5 5-6,0

Лигатура неодим — магний 1, 2-1,8

Силикокальций 2,0-2,5

Железная окао лина 1,5-2,5 причем коэффициент заполнения порошковой проволоки составляет 28-30%.