Электродное покрытие

 

Использование: ручная дуговая сварка углеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях в различных отраслях машиностроения. Электродное покрытие содержит карбонаты , плавиковый шпат, ферросилиций, ферромарганец , ферротитан. рутиловый концентрат, двуокись циркония, гематит, графит, алюмосодержаший компонент, железный порошок и пластификатор. Ферросилиций введен в состав в виде 15%-ного ферросплава, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбонаты 20 - 34; плавиковый шпат 14 - 19; концентрат рутиловый 8-16; двуокись циркония 3 - 10; ферромарганец 2-8; ферросилиций 15%- ный 6 - 14; гематит 2 - 6; графит 0.1 - 0,5г ферротитан 2 - 5; алюмосодержащий компонент 0,1 - 5; пластификатор 0,5 - 3; железный порошок - остальное. Содержание гематита, ферросилиция 15%-ного и карбонатов взято соответственно в соотношении 1:(1,4 - 6):(4.4 - 16). 2 з.п.ф-лы, 2 табл. & Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Карбонат кальция + карбонат магния

10-24

0,2-1,5

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4853788/08 (22) 25.07.90 (46) 15.08.92. Бюл ЛАЗО (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ" (72) Д.В.Витман, О.С.Каковкин, Ю;М.йягай, Ю.В.Сванидзе, В.А.Шелободкин и В.Г.Сердюк (56) Авторское свидетельство СССР . М 1080947, кл. В 23 К 35/365, 28.03.91.

Заявка Японии

М 61-71198, кл. В 23 К 35/365, 12,04,86.

Авторское свидетельство СССР

М 880673, кл. В 23 К 35/365, 10.07.79. (54).ЭЛЕКТРОДНОЕ ПОКРЫТИЕ (57) Использование: ручная дуговая сварка углеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных. положениях в

Изобретение относится к сварке. а именно к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей во всех пространственных положениях в различных отраслях машиностроения, в

: частности для сварки узлов и оборудования

АЭС.

Известен электрод с низководородистым покрытием, предназначенный для сварки горизонтальных швов, а также weos, расположенных под углом 5 — 25 к горизонту(на спуск и на подъем), в состав покрытия которого входят

Двуокись циркония . 8 — 25

Двуокись кремния 8 — 18

Фторид металла 0,5 — 4

„„5U„„1754380 А1 различных отраслях машиностроения, Электродное покрытйе содержит карбонаты, плавиковый шпат, ферросилиций, ферромарганец, ферротитан, рутиловый концентрат, двуокйсь циркония, гематит, графит, алюмосодержаший компонент, железный порошок и пластификатор, Ферросилиций введен в состав в виде 15 -ного ферросплава, при следующем соотношении компонентов, мас.g: карбонаты 20 — 34; плавиковый шпат 14- 19; концентрат рутиловый 8 — 16; двуокись циркония 3 — 10; ферромарганец 2 — 8; ферросилиций 15 ный 6.— 14; гематит 2 — 6; графит 0,1 — 0,5; ферротитан 2-5: алюмосодержащий компонент 0,1 — 5; пластификатор 0,5 — 3; железный порошок — остальное, Содержание гематита, ферросилиция 15 -ного и карбонатов взято соответственно в соотношении

1:(1,4 — 6):(4.4 — 16). 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

Железный порошок 20 — 50

Кремний 0,2 — 2,8

Марганец 3 — 10

Гематит, 1,5

Магний или сйлав алюмомагниевый

- . Оксид щелочного металла 1 — 5

Органическая связка . < 1,5

При эом отношении СаСОз:МдСОЗ0,15 — 0,30; фторид металла: (СаСОз +

+М9СОз) - 0,02 — 0,4 и Sl:(ÑàÑ03 + М9СОэ)

< 0,117.

Состав обмазки данного электрода позволяет достичь хорошего качества элек1754380 тродного покрытия, однако осуществление процесса сварки в вертикальном и потолочном положениях не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому является состав электродного покрытия, преимущественно для сварки низколегирован н ых сталей, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Мрамор 35 — 40

Рутил 12 — 18

Ферросилиций 6 — 9

Ферромарганец 5 — 8

Ферротитан 1 — 4

Железный порошок 5 — 10

Гематит 1;9 — 6

Графит 0,1 — 0,5

Плавиковый шпат Остальное

При этом отношение графита к гематиту выбрано в пределах 0,05- 0,2.

Состав известного покрытия электрода не обеспечивает необходимого качества покрытия из-за высокого содержания в нем мрамора и наличия ферросилиция 45%, который даже после пассивирования вызывает вспухание и растрескйван vie при взаимодействии с жидким стеклом, Кроме того, сварка в вертикальном и потолочномположениях вызывает существенные затруднения, а сварка в этих положениях в разделку практически невозможйа из-за стекания металла, т.е. образования наплывов и подрезов..

Целью изобретения является повышение сварочного-технологических свойств электродного покрытия и его качества за. счет улучшения технологичности покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что электродное покрытие, включающее карбонаты, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, двуокись циркония, феррбмарганец, ферросилиций 15%-ный, гема ит, графит, ферротитан, алюмосодержащий компонент, железный порошок и пластификатор, содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Карбонаты 20 — 34 *

Плавиковый шпат 14 — 19

Рутиловый концентрат 8 — 16

Двуокись циркония 3 — 10

Ферромарганец 2 — 8

Ферросилиций 15%-ный 6 — 14

Гематит 2 — 6

Графит 0,1 — 0,5

Ферротитан 2 — 5

Алюмосодержащий компонент О,! — 5

Пластификатор 0,5 — 3

Железный порошок Ос"альное

20 качество электродного покрытия путем

25 улучшения реологических свойств обмазоч30

При этом содержание гематита, ферросилиция 15%-ного и карбонатов взято соот- . ветственно в соотношении 1:1,4 — 6:4,4 — 16, Коэффициент массы покрытия электрода составляет 50 — 60%. Электродное покрытие содержи в качестве алюмосодержащего компонента алюминиевый порошок и/или алюминиевую лигатуру и/или криолит.

Предлагаемый состав электродного rioкрытия обеспечивает повышение качества этого покрытия, выражающегося в уменьшении брака при опрессовке, прокалке, транспортировке и повторной прокалке электродов перед употреблением за счет отсутствия вспухания и снижения количества дефектов покрытия; сколов, трещин, вмятин, надрывов, задиров и др. Кроме того, улучшается отделимость шлаковой корки и уменьшается склонность к лорообразованию, Введение в состав покрытия гематита, ферросилиция 15%-ного и карбонатов в указанном соотношении позволяет повысить ной массы при нанесении ее на стержень, а также за счет устранения вспухания и растрескивания электродного покрытия в процессе изготовления, Отклонения в большую или меньшую сторону от предлагаемого соотношения гематита, ферросилиция 15%-ного и карбонатов (1:(1,4 — 6):(4,4 — 16) приводят к нарушению баланса при взаимодействии компонентов покрйтия с жидким стеклом, а также нарушению процесса изготовления в целом, что ведет к возникновению надрывов, задиров и растрескиванию в.процессе подвяливания и прокалки, сколов и других механических дефектов при транспортировке. Кроме того, несоблюдение указанного соотношения делает невозможной сварку в вертикальном и потолочном положениях и ведет к повышению вероятности образования пор, Возможность получения одинакового соотношения гематита, ферросилиция и карбонатов в предлагаемом покрытии и покрытии-прототипе не обеспечивает высокого качества последнего, так как оно характеризуется более высоким содержанием мрамора, а также содержит ферросилиций 45%-ный, а не 15%-ный, Частички ферросилиция 45%-ного имеют неправильную остроугольную форму, что ухудшает реологические свойства обмазочной массы и затрудняет опрессовку, В противоположность этому ферросилиций 15%-ный представляет собой гранулированный ферросплав, частички которого имеют пра1754380 вил ьную сфероидальную форму, что обеспечивает хорошую опрессовку.

Улучшение реологических свойств обмазочной массы достигается при введеййи в состав покрытия гематита, характеризующегося мелкодисперсностью. Гематит заполняет микропустоты между частичками остальных компонентов и выполняет функции смазки, облегчая экструзию обмазочной массы при опрессовке электродов. Этот эффект не наблюдается, если содержание гематита в покрытии ниже 2%. При содержании гематита в покрытии свыше 6% ухудшаются механические свойства наплавленного металла вследствие насыщения его кислородом, а также увеличивается разбрызгивание. Отсутствие вспухания и растрескивания вызвано введе. нием в покрытие ферросилиция 15%-ного, который не взаимодействует с жидким стеклом, как это имеет место при использований даже пассивированного ферросилиция

45 -ного. Содержание ферросилиция 15%ного в покрытии должно быть свыше 6%, так как при меньшем его количестве возрастает вероятность возникновения пористости.

При содержании 15%-ного ферросилиция в покрытии свыше 14% увеличивается содер. жание кремния в наплавленном металле, что ведет к ухудшению качества наплавленного металла.

Уменьшение количества карбонатов в покрытии благотворно сказывается на реологических свойствах обмазочной массы.

Но наличие их в покрытии ниже 20% повышает склонность металла шва к порообразованию вследствие недостаточной газовой защиты. При содержании карбонатов в Iloкрытии свыше 34% ухудшаются реологические свойства обмазочной массы, так как они хуже других компонентов, применяемых в электродном производстве, смачиваются жидким стеклом, Вследствие этого для обеспечения необходимой пластичности обмазочной массы в нее надо вводить повышенное количество жидкого стекла, что затрудняет удаление влаги из покрытия в процессе сушки и прокалки. Это приводит к образованию трещин на поверхности покрытия и его вспуханию. Подбор карбонатов для введения в электродное покрытие осуществляется на основании анализа их физических свойств, степени токсичности и стоимости. В результате этой работы были выбраны мрамор, доломит и магнеэйт;

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.

5 Рутиловый концентрат введен в состав покрытия для обеспечения шлаковой защиты расплавленного металла на стадии капли и в сварочной ванне от влияния окружающей атмосферы. При содержании рутилово10 го концентрата в покрытии ниже 8% наблюдается насыщение металла шва газа.ми. При содержании рутилового концентрата в покрытии свыше 16% происходит забегание лака при сварке в узкую разделку

15 из-за повышения его жидкотекучести, в результате чего нарушается процесс сварки, Двуокись циркония введена в.состав покрытия с целью улучшения отделимости шлаковой корки и повышения стабильности

20 горения дуги. Содержимое двуокисй циркония в покрытии менее 3% ведет к ухудшению отделимости шлаковой корки. При содержании двуокиси циркония в покрытии выше 10 ухудшается формирование шва.

25 При содержании ферромарганца в покрытии ниже 2% не обеспечивается необходимый уровень раскисления металла шва и повышается склонность к порообразованию. При увеличении содержания ферро30 марганца выше 8% ухудшается отделимость шлаковой корки, а также возникает опасность загрязнения наплавленного металла шлаковыми включениями.

Введение в состав покрытия ферротита35 на обеспечивает необходимое раскйсление металла шва и позволяет улучшить его механические характеристики при отрицательных температурах.. При содержании ферротитана в покрытии менее 2 возника40 ет воэможность порообразования вследствие недостаточного раскисления наплавленного металла. При содержании ферротитана в покрытии свыше 5% возникает неравномерное легирование наплав45 ленного металла титаном, вызывающее снижение ударной-вязкости при отрицательных температурах.

Введение в состав покрытия графита способствует улучшению переноса расплав50 ленного металла через дуговой промежуток за счет измельчения капли. При содержании, графита в покрытии менее 0,1 положительного эффекта не наблюдается. При содержании графита в покрытии более 0,5%

55 происходит науглераживание металла шва, ведущее к потере пластичности. Кроме того, увеличивается разбрызгивание металла в процессе сварки.

Алюмосодержащий компонент вводится в состав покрытия для улучшения отдели1754380

1,0

30 положениях

40

50 мости шлаковой корки. С целью определения конкретного алюмосодержащего компонента были проведены исследования, показавшие, что положительный эффект достигается при введении в электродное покрытие алюминиевого порошка, алюмомагниевой лигатуры и криолита. При введении других компонентов ухудшились либо отделимость шлаковой корки, либо стабильность горения дуги, либо увеличилось разбрызгивание. При содержании названных компонентов менее нйжнего предела положительный эффект не наблюдается, а превышение верхнего предела ведет к увеличению разбрызгивания и ухудшению стабильности горения дуги, Пластификаторы, содержащиеся в по-. крытии в указанных пределах, обеспечивают технологичность массы, необходимую для изготовления электродов на современных прессах высокого давления. В качестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметил целл юлоза (КМ Ц), слюда, измельченный силикат натрия растворимый, сода кальцинированная, При содержании пластификатора в покрытии менее 0,5 опрессовка электродов затрудняется. При содержании пластификатора в покрытии более 37 недопустймо 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.

Изготовление электродов пройзводилось на прессах высокого давления модели

ЛОЭ-1.

Было изготовлено 11 вариантов электродного покрытия. Обмаэочная масса наносилась на стержень.из низкоуглеродистой проволоки марки Св-08 диаметром 4,0 мм.

Диаметр калибрующей втулки составлял 6,4 мм, Коэффициент массы покрытия находился в пределах 50 — 60 и конкретная величина его зависела от количества металлической составляющей электродного покрытия.

Составы электродных покрытий приведены в табл.1. Составы 1 и 2 соответствуют составу прототипа. При этом состав 1 обладает наилучшим качеством покрытия, а состав 2 имеет такое же, как в соСтаве 3 соотношение гематита, ферросилиция с карбонатов. Составы 3 — 7 соответствуют среднему и предельным значениям, а составы 8 — 11 — запредельным значениям.

Оценку качества электродного покрытия проводили по критериям, указанным в

ГОСТ9466-75: наличию вздутий и наплывов, наличию и длине поверхностных трещин, местных сетчатых растрескиваний и задиров, прочности покрытия и др, Кроме того, по данному ГОСТУ проводили оценку допустимых пространственных положений сварки. При опрессовке электродов было определено оптимальное удельное давление на обмазочную массу, гарантирующее качественное ее нанесение на стержень.

Оно составляет 147 — 294 МПа. Увеличение удельного давления опрессовки выше указанного предела повышает вероятность неравномерного нанесения обмазочной массы на стержень и, как следствие, возникновение эксцентриситета. Кроме того, на концах электрода появляются задиры.

Результаты оценки качества электродного покрытия и их сварочно-технологических свойств, проведенной по десятибалльной шкале, занесены в табл.2.

Как показывают результаты, приведенные в табл.2, электроды 3 — 7, обладающие составом покрытия, в котором соблюдается указанное соотношение, а компоненты взяты в заданных пределах, обладают электродным покрытием более высокого по сравнению с прототипом качества и обеспечивают сварку во всех пространственных

Составы 8 и 9 не обеспечивают высокого качества электродного покрытия и возможность осуществления процесса сварки в вертикальном и потолочном положениях, так как в них не соблюдается указанное соотношение между гематитом, ферросилицием 15 -ным и карбонатами (1;1,4 — 6:4,4,—

16).

Электроды с составами покрытий 10 и

11 не обеспечивают необходимого качества покрытия и высоких сварочно-технологических свойств, так как содержание гематита, ферросилиция 15$-ного и карбонатов не соответствует указанным пределам. Кроме того. состав 9 обладает склонностью к пористости из-эа низкого содержания карбонатов и ферросилиция 15 -ного; плохими отделимостью шлака из-за высокого содержания ферромарганца и формированием шва из-за высокого содержания окиси циркония, повышенным разбрызгиванием изза высокого содержания алюмосодержащих компонентов, низкой стабильностью горения дуги из-эа высокого содержания плавикового шпата и забеганием шлака во время сварки в разделку из-за высокого содержания рутилового концентрата, Состав 11 обладает склонностью к порообразованию из-за низкого содержания плавикового шпата и ферромарганца, плохой отделимо1754380

Т йА а П 0=a==3.

Наименование компонентов

Содермание компонентов s электродном покрытии, мас,г

Средний состав

Прототип

Прототип

Предельные составы

Запредельные составы оптимальный состав средний состав

-""""т — -т-"- "-" — -"" — -""8 t 9 110 / 11

3 4 5

Карбонаты: мрамор

1О

17

12

12

14

4

20 зе

16,4

14

18

12

2

1,5

20

4 го

17

11

9 доломит

18

12

12

Г4 е

8 магнеэит.

Плавиковый lllflBT

Рутиловый концентрат авуокись циркония

Ферромарганец

1Е

I9,8

18

I9

IS

4.

1г

Ферросилиций:

452-ный

6 14

6 2

О ° 2 0,3

12

152-ный

4,5

1,5

0,05

1 5

8,4

7,5

0,7

3.

0,2

Гематит

1,9

3,5

0,2

0 5

02 01

5 2

О,1

0 3

ГраФит

Ферротитан длсносодермаций конпо" мент: алоииниевый пороеок

0,05

0,5

0,1

0,5

0,5

1,5

1З,З

1,5

1,5 алемомагниевая лигатура

0,5

14,З

0,5

9,95.

8,5

0,5 криолит

9,5

1,5

I 0125

8,8:

16,5

2,5 велеэный пороыок

ПластнФикатор

10,2

1г,г

1,5

Соотноаение гематита, Ферросилиция 152-ного и карбонатов

1. 2:10

Н7:17 1:3:12 I:2:4,8

I:1,4: 1:6:16 1:3:10 I:3,5;

:4,11 8,5

1:3:19

1:2:IO

9 стью шлаковой корки из-за низкого содержания окиси циркония, повышенным разбрызгиванием из-за высокого содержания графита, забеганием шлака при сварке в разделку из-за высокого содержания гема- 5 тита. Кроме того; процесс сварки можно вести только в нижнем положении или нижнем в лодочку.

Таким образом, при условии соблюдения приведенного выше соотношения меж- 10 ду гематитом, ферросилицием 15 -ным и карбонатвми и содержания компонвнтов покрытия в указанных пределах предлагаемое электродное покрытие обеспечивает повышение сварочно-технологических 15 свойств электродного покрытия и его качества,.

Формула изобретения

1. Электродное покрытие преимущественно для сварки углеродистых и низколе- 20 гированных сталей, содержащее карбонаты, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, ферромарганец, ферросили- ций, гематит, графит, ферротитан, железный порошок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 25 с целью повышения сварочно-технологических свойств и качества электродного по- крытия за счет улучшения его технологичности при обеспечении протекания процесса сварки во всех пространст- 30 венных положениях, оно дополнительно содержит двуокись циркония. алюмосодержащий компонент и пластификатор, а ферросилиций введен в виде 15 -ного ферросплава, при следующеем соотношении компонентов покрытия, мас. :

Карбонаты 20 — 34

Плавиковый шпат . 14 — 19

Рутиловый концентрат 8 — 16

Двуокись циркония 3 — 1.0

Ферромар гане ц 2 — 8

Ферросилиций 15 -ный 6 — 14

Гематит 2 — 6

Графит 0,1 — 0,5

Ферротитан 2-,5

Алюмосодержащий компонент 0,1 — 5,0

Пластификатор 0,5 — 3,0

Железный порошок . Остальйое.

2. Покрытие по п.1, о тл и ч а ю щ е ес я тем, что в качестве карбонатов введены мрамор и/или доломит и/или магнезит.

3, Покрытие поп,1, отл ич а ющеес я тем, что в качестве алюмосодержащего компонента введены алюминиевый порошок и/или алюмомагниевая лигатура и/или криолит, при этом содержание гематита, ферросилиция 15%-ного и карбонатов взято соответственно в соотношении 1:1,4 — 6:4,4 — 16.

1754380

13

1008 М Не 6

Электродное покритив

:..:.....Х. 1" "T I, »

Поквэвтель е»»

1 10 1 11

«««»«»«»

8 9

3 Э

15 17

2 2

2 7

350 360 220 230

240 360 240 280

3 3 3

290, 200 250

1 1

1 1 фклонмость к мористостм наплевлемюо металла

Отделимость илакоэод норки

Разброс тнеаине

Оорнироеа1ые. веа

Наведение илана при сверке

Стабильность поранил дуги

Иет Нет

10 10

9 9

10 10

9 9 !

О 10

Het Нет Het Нет

10 7 5 4

9 10 5 4

9, 10 6 1О

В 10 6 5

Нет

1O.

1О

10 йет

Э

1О

Иет :, Het

1О 10

9 10

9 10

tO 10

10 10

»»«»

Нет

l0

1О

9 . 9 5 8

---«»-- 2- --- «-»

Составитель Ю.Нягай

Редактор А.Лежнина Техред М.Моргентал Корректор Н,Гунько

Заказ 2850. " Тираж Подписное

ВНИЙПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Оуннарное чмспо ма поверхности покрмткн электроде !!оверхностних продоль»

° ех тросик и нестних сетчатмх pectpec» кнввнна протлнамностьо не более 10 мн более 10 ни

Число иестнмх авдиев протлиенмостьн . не более 15 ин ори глубине ме более

252 нонинальмоа тйа1нни п6ирмтнл электрода

Нолнчество вэдутид

Ноднчестео наплмэов

Обдал протлненность чвстмчнмх отна» лиеаннд пои!атил при свободном леде-.... ним электрода на тладкум стальную тычу с вмсотм 0,5 и, 2

Удельное чээленне ма обиаэочную ивс» су мрм ollpeccoeeey Мйэ допустиима пространственное поло" немил сверки

3 3 йет Нет Иет Иет Нет йет Нет Нет

t 1 йет Нет Нет Нет Нет Hit йет йет Нет

2 2, Het Net 1 йэт Net Net 2 Net

3 4 Met йет Мет Мет Het Иет Мет Иб т Нет

Нет Нет Met йет Нет Нет Нвт - Есть Нет Нет 2сть