Сварочный электрод

 

Использование: ручная дуговая сварка на переменном токе электродом, опирающимся на кромки свариваемого изделия. Изобретение относится к сварке и касается состава электродного покрытия, которое наносится на высоколегированный стержень. Электрод предназначен для выполнения сварных соединений разнородных или высоколегированных сталей на переменном токе в труднодоступных местах , причем электрод в процессе сварки опирается на кромки свариваемого изделия . При этом шов формируется без дугообразных поперечных или круговых возвратно-поступательных, а также продольных или каких-либо других перемеСущность: на стержень из высоколегированной хромоникелевой стали, содержащей 2 - 8 % ферритной фазы, нанесено покрытие , содержащее компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 15-21; доломит 10 - 14; плавиковый шпат 5 - 7; рутиловый концентрат 30 - 40; металлический марганец 2-4; ферросилиций 2-4; металлический хром 4-14. пластификатор 0,2 - 1,5; железный порошок - остальное. Доломит , мрамор и плавиковый шпат взяты в соотношении 1:(1,4 - 1,7):(0,4 - 0,55), а содержание хрома металлического в покрытии (% Сч) и ферритной фазы (%Ф) в стержне электрода в сумме должно отвечать следующему соотношению: 12% Сч + ФЈ 16%. Коэффициент массы покрытия предлагаемого электрода должен быть 47 + 2%. При соблюдении заданных соотношений компонентов электрод обеспечивает при опирании на кромки выполнение сварных швов высокого качеств в труднодоступных местах . 2 табл. щений конца электрода , свойственных обычной ручной дуговой сварке. Отсутствие необходимости колебательных движений электрода при сварке позволяет выполнять ответственные сварные соединения высокого качества в труднодоступных местах сварщиком невысокой квалификации . При этом обязательным условием, обеспечивающим получение таких высококачественных сварных соединений , является отсутствие магнитного дутья. Это достигается использованием переменного тока для питания сварочной дуги. Поэтому электрод должен обеспечивать 10 С VI ел N СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)з В 23 К 35/365

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

1 (21) 4857527/08 (22) 06.08.90 (46) 15.08.92. Бюл.hL30 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ" (72) Ю.В.Сванидзе, Д.В,Витман, О.С.Каковкин, Е.Г.Старченко и В.А.Швецов (56) Авторское свидетельство СССР

hb 634892, кл. В 23 К 35/365, 06.07.77.

Авторское свидетельство СССР

М 959966, кл. В 23 К 35/365, 03.10.80.

Акцептованная заявка Японии

hh 49-1708, кл, В 23 К 35/36, опублик.

16.01.74.

Авторское свидетельство СССР

М 428894, кл. В 23 К 35/365, 14.09.72.

Авторское свидетельство СССР

М 1242322, кл. В 23 К 35/365, 06.10.83; (54) СВАРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД (57) Использование: ручная дуговая сварка на переменном токе электродом, опирающимся на кромки свариваемого изделия.

Изобретение относится к сварке и касается состава электродного покрытия, которое наносится на высоколегированный стержень. Электрод предназначен для выполнения сварных соединений разнород- ных или высоколегированных сталей на переменном токе в труднодоступных местах, причем электрод в процессе сварки опирается. на кромки свариваемого изделия. При этом шов формируется без дугообразных поперечных или круговых возвратно-поступательных, а также продольных или каких-либо других переме„„ Ы„„1754381 А1

Сущность: на стержень из высоколегированной хромоникелевой стали, содержащей

2 — 8 ферритной фазы, нанесено покрытие, содержащее компоненты в следующем соотношении, мас. : мрамор 15 — 21; доломит 10 — 14; плавиковый шпат 5 — 7; рутиловый концентрат 30 — 40; металлический марганец 2 — 4; ферросилиций 2 — 4; металлический хром 4 — 14, пластификатор 0,2—

1,5; железный порошок — остальное. Доломит, мрамор и плавиковый шпат взяты в соотношении 1:(1,4 — 1,7):(0,4 — 0,55), à содержание хрома металлического в покрытии (g Сч) и ферритной фазы (7Ф) в стержне электрода в сумме должно отвечать следующему соотношению: 12 < Сч + Ф< 16/, Коэффициент массы покрытия предлагаемого электрода должей быть 47+ 2 . При соблюдении заданных соотношений компонентов электрод обеспечивает при опирании на кромки выполнение сварными швов высокого качеств в труднодбступйых местах. 2 табл.

Ф (л) . щений конца электрода, свойственных р обычной ручной дуговой сварке.

Отсутствие необходимости кол ебател ьных движений электрода при сварке позволяет выполнять ответственные сварные соединения высокого качества в труднодоступных местах сварщиком невысокой квалификации. При этом обязательным условием, обеспечивающим получение таких высококачественных сварных соединений, является отсутствие магнитного дутья, Это достигается использованием переменного тока для питания сварочной дуги. Поэтому электрод должен обеспечивать

1754381 устойчивый процесс сварки и хорошее формирование сварного шва при использовании источника питания переменного тока.

Такой электрод может использоваться, кроме ручной сварки, также для сварки способами автоконтактной сварки и сварки наклонным электродом..

Извесген электрод, для сварки способом наклонного электрода с покрытием, содержащим следующие компоненты, мас.%: .Диоксид кремния 14 — 23

Двуокись титана 5 — 16

Двуокись циркония 0,5 — 7,0

Марганец 4- 11

Железный порошок 37 — 60

Указанное покрытие наносится на стержень из углеродистой стали и предназначено для сварки изделий из углеродистой стали. Выполнение стержня из высоколегированной хромоникелевой стали аустенитно-ферритного класса для возможности осуществления сварки разнородных и высо- колегированных сталей не позволяет с известным покрытием получить сварной шов без трещин при сварке высоколегированных и разнородных сталей, например стали ВСтЗ со сталью 1Х13 или ВСтЗ со сталью 1Х18Н9.

Известен электрод для сварки и наплавки. состоящий из легированного стержня и покрытия, которое с целью повышения прочностных свойств наплавленного металла при отсутствии склонности к горячим трещинам содержит 2 — 4 % карбида хрома и 1 — 2% калиевой глыбы при следующем соотношении, мас. :

Мрамор 8 — 10

Плавиковый шпат 3 — 5

Двуокись титана 45 — 50

Молибденовый порошок 1 — 3

Хром металлический 22 — 28

Марганец . 5 — 7

Поташ 0,5 — 2,0

Карбид хрома 2-4

Калиево-натриевая глыба 1 — 2

Данное покрытйе наносится на стержень из высоколегированной стали и обеспечивает возможность произведения сварки на переменном токе деталей разной толщины из разнородных сталей способом ручной дуговой сварки. Однако при использовании этого электрода для выполнения сварнйх соединений без каких-либо перемещений конца электрода (электрод неподвйжен и опирается на кромки свариваемого изделия) не достигается положительный результат. дуга горит нестабильно; формиро25

Поставленная цель достигается тем, что стержень выполнен из высоколегированной хромоникелевой стали типа Х23Н18 с содер50 жанием ферритной фазы 2 — 8% а в электродное покрытие дополнительно введен доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор . 15 — 21

55 Доломит 10 — 14

Плавиковый шпат 5 — 7

Рутиловый концентрат 30 — 40

Металлический марганец 2 — 4

Ферросилиций 2 — 4

Металлический хром 4 — 14 вание шва неудовлетворительное; в сварном шве наблюдаются поры, Известен состав электродного покрытия для сварки сталей, содержащий мрамор, 5 оксид титана, плавиковый шпат, раскислители, хром, молибден и пластификаторы, который с целью улучшения сварочнотехнологических свойств электрода со стержнем из стали ферритно-мартенситно10 го класса, повышения механических свойств и ударной вязкости наплавленного металла при отрицательных температурах содержит окись хрома, никель, железный порошок, ферромолибден при следующем

15 соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 6 — 11

Окислы титана 12 — 22

Плавиковый шпат 21 — 38,5

Раскислители 3 — 9

Ферромолибден 0,5 — 3

Окись хрома 3 — 6

Хром . 7 —,12

Никель 7 — 10

Пластификаторы 0,5 — 2

Железный порошок Остальное

Приведенное покрытие позволяет производить ручную дуговую сварку ферритномартенситных, мартенситных и аустенитно-мартенситных нержавеющих

30 сталей, а также указанных сталей со сталями других структурных классов на постоянном токе обратной полярности. Однако при использовании этого покрытия (при нанесении его на стержень из аустенитной стали

35 типа Х25Н13) для сварки на переменном токе опирающимся на кромки свариваемого изделия электродом также не достигается положительный результат: дуга горит с обрывами; формирование шва — неудовлетво40 рительное; в наплавленном металле наблюдаются поры итрещины.

Цель изобретения — повышение качества сварного шва при сварке на переменном токе опирающимся на кромки свариваемого

45 изделия электродом.

1754381

Пластификатор 0,2 — 1,5

Железный порошок Остальное.

В предлагаемом покрытии подобрано также соотношение мрамора (М), доломита (Д) и плавикошпатового концентрата (П), при котором обеспечивают устойчивое ropd e дуги в случае питания ее от сварочного источника переменного тока и хорошее формирование сварного шва при плавлении опирающегося на кромки свариваемого изделия электрода со стержнем из высоколегирован ной стали без продольных колебаний конца электрода, свойственных ручной дуговой сварке.

Подобранное соотношение компонентов определяется выражением Д:М:П =.

1,0:(1,4 — 1,7);(0,4 — 0,55).

Содержание хрома металлического в покрытии (% Cr) и ферритной фазы (%e) в стержне электрода в сумме должно отвечать соотношению 12% g Сг+ Ф < 16%. при этом коэффициент массы покрытия должен составлять 47+ 2%.

Нарушение указанных соотношений приводит к ухудшению формирования и качества шва или к ухудшению отделимости шлаковой корки; Мрамор и доломит введены в состав покрытия для обеспечения газошлаковой защиты от азота воздуха с целью недопущения образования пор, Содержание мрамора вместе с доломитом ниже 25% (мрамор 15%, доломит 10%) приводит к образованию пор в сварном шве. Увеличение доломита и мрамора более 14% и 21% соответственно вызывает черезмерное увеличение длины втулки на конце электрода, приводящее к обрыву (затуханию) сварочной дуги;

Плавикошпатовый концентрат вводится в состав покрытия также с целью предот-. вращения образования водородистой пористости. При содержании этого компонента в покрытии меньше 5% в сварном шве образуются поры. При содержании плави.кошпатового концентрата более 7% нарушается устойчивость горения сварочной дуги, Рутиловый концентрат введен в состав покрытия для шлаковой защиты наплавляемого металла от азота воздуха, а также для обеспечения устойчивого горения сварочной дуги на переменном токе.

Если "одержится менее 30% рутилового концентрата, то в процессе плавления электрода наблюдаются обрывы сварочной . дуги. При содержании в покрытии более

40 рутилового концентрата нарушается равномерность покрытия шва шлаком и ухудшается формирбвание кристаллизационных трещин в сварных швах. Количество

10

45

50 люлоза,(КМЦ), слюда, сода кальци55

35 этого компонента в покрытии колеблется в заданных пределах в зависимости от содержания ферритной фазы в электродном стержне.

Уменьшение содержания металлического хрома в покрытии менее 4% и менее

14% при содержании ферритной фазы в электродных стержйях coîòâåòñòâåíío 8% и

2 приводит к образованию горячих трещин в сварных швах. Увеличение содержания металлического хрома в покрытии более

4% и более 14% при содержании соответственно ферритной фазы в электродных стержнях 8 и 2% вызывает охрупчивание металла сварных швов вследствие образования и -фазы и ведет к возникновению холодных трещин.

Дополнительным ферритообразующим компонентом в составе покрытия является ферросилиций. Ферросилиций в покрытии предохраняет от выгорания кремний, содержащийся в проволоке; в результате его количество в наплавленном металле поддерживается на постоянном оптическом уровне 0,7 — 1,0%, Понижение или повышение содержания ферросилиция в покрытии по сравнению с указанными пределами (2—

4%) вызывает изменение содержания ферритной фазы в наплавленном металле мень- ше 5% или больше 8%, что может привести к образованию горячих или холодных трещин в сварных швах.

Марганец введен в состав электродного покрытия для связывания серы в тугоплавкие окислы в кристаллизирующемся металле шва, вследствие чегo" повышается пластичность металла сварных-швов; При содержании марганца нйже 2% необходимый уровень пластичности металла шва не обеспечивается. При повышении содержаноя марганца в покрытии выше 4% ухудшается отделимость шлака при сварке.

Пластификаторы, содержащиеся в покрытии в количестве 0,2 — 1,5, обеспечивают необходимую технологичность обмазочной массы при изготовлении электродов на прессах высокого давления. В качестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметилцелнированная. При содержании пластификатора менее 0,5 затрудняется опрессовка электродов; при содержании пластификатора более 3 недопустимо возрастает содержание водорода в наплавленном металле.

Железный порошок положительно влияет на стабильность горения дуги и повышает коэффициент наплавки электрода.

1754381

Изготовление электродов производили прем опрессовки на прессе высокого давления марки АОЭ-1. Было изготовлено 14 электродов, составы которых приведены в табл.1. При этом коэффициент массы покры- 5 тия составлял 47+ 2%.

Составы 2 — 6 соответствуют предельным, а составы 7 и 8- запредельным значениям, так как не соблюдалось соотношение

12%< Сг+ Ф< 16%. Покрытия электродов 10

9-14 были изготовлены для подтверждения правильности выбора соотношение мрамора, доломита и плавикошпатового концентрата. В качестве стержня использовали проволоку типа Х25Н13. Электродами, ме- 15 тодом ручной сварки выполняли тавровые сварные соединения пластин из сталей марок ВСт3 и IX13, при этом наблюдали за процесСом сварки и оценивали качество покрытия электродов. 20

В процессе сварки электрод опирался на кромки свариваемого изделия, а ось электрода была наклонена к оси шва под углом 8- 12О. При этом конец электрода был неподвижен в поперечном направлении. 25

Для сварки использовали электроды диаметром 5 мм. Сварку производили с использованием сварочного источника питания переменного тока УДГУ-301. оборудованного возбудителем — стабилизатором, на ре- 30 жиме: сила тока 200- 210 А; напряжение 24 — 26 B.

Результаты испытаний, приведенные в табл.2, показывают, что предлагаемый электрод, по сравнению с известными позволяет 35 осуществлять сварку на переменном токе опирающимся на кромки свариваемого изделия электродом со стержнем из высоколегированной стали, при этом получаются хорошо сформированные сварные швы и 40 обеспечивается хорошая отделимость шлаковой корки от поверхности швов, Это позволяет выполнять сварку в труднодоступных местах.

Формула изобретения

Сварочный электрод, состоящий из высоколегированного стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, металлический хром, металлический марганец, ферросилиций, железный порошок и пластификатор, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварного шва при сварке на переменном токе электродом, опирающимся на кромки свариваемого изделия, высоколегированный стержень выполнен из стали типа Х25Н13 с содержанием ферритной фазы от 2 до 8%, а электродное покрытие дополнительно содержит доломит при следующем соотношении компонентов, мас. :

Мрамор 15 — 21

Доломит 10 — 14

Плавиковый шпат 5 — 7

Рутиловый шпат 5 — 7

Рутиловый концентрат 30 — 40

Металлический марганец 2 — 4

Ферросилиций 2 — 4

Металлический хром 4 —. 14

Железный порошок 5 — 21

Пластификатор 0,2 — 1,5

При этом доломит (ДО, мрамор (М) и плавиковый шпат(П) взяты в соотношении Д;М:П

= 1:(1,4 — 1,7):(0,4-0,55), а содержание (% Cr) металлического хрома в покрытии и ферритной фазы (% Ф) в стержне электрода в сумме отвечает следующему соотношению;

12%< Сг+ Ф< 16, причем коэффициент массы покрытия электрода составляет 47+

2%. т T0

1754381

-«к»«х»- цМЛ» ь

7 к хл ц

Содерманме компонентов а c»ctll66 элактрода> мас \

Наименование конно" ментов

Прототип предельных со соотмоивнив А:Н1П среднем првдельмых по содеряэнмл компонентов

1:1,5:О 5

1;1,4:0,4 1:I 7:0,55 1:1 ° 5:0,5 1с1,5l0,5

i;1,5-О,5 1:1,5:0,5. l2

I0 14

10

IS 21 5, 7

18

6 l 4,0

4 ° О

20ь4

6,6

I0

Рутиловый конце нтрат 20 35

Ферросилиций (452) 3 3

3 - 3

18 8(Келезный .поровок 12 12

Фврромолибден 2

Хром метеллический 10

Никелевый пороиок 9

Окись хрома 5

14

10 10

10 т

1 I

Потам

1,5 марганец металличес-. кий 3

КолнчестэО феррит»" ной фазы е стерхме

49

Коэффициент массы покрытия 40

47 47

47 48

П о олмение табл 1 ь

»»

Наииенование

Содержание компонентов, мас.2, в составе электроде запредельных по соотноиени» а:II .П

« » « запредельных по содер хани» компонентов и ,14:0,36 (0,8с1,5с0,5

1:1,5:О

111 ° 75!0,5 (1:1,5с0,6 I 1II

12 12 14 11,2,5 1:I 5:0,5

21 1э 16

35

35

5

13

Хелезный порриэк

Ферромолибден.

10

ХРОН металличес» кий

10

Нарганец металлический 5

47

47 ) 47

47

Таблм а 2

Показатель

Состав электрода заявляемый состав запредельный . состав прото тип э

5 5 5 5 5 5 3 5 4 4. 3 3

Формирование ваа (пятибальная система оценок) 2 5

Отделимость клановой корки от поверхности вва (пятибальная система оценок) 5 5 5 5 4 5 4 .3 3 3 3 3

3 5

Наличие или Отсутствие пор в металла,ива

Есть Нет Нвт .. " Нет Нет Нет Есть Нет Нет Есть Нет Нет Нет Нет

Наличие или отсутствие градин ° нателле вва

Нет Нет Нет Нет Есть Есть Есть Есть Нет Нет Нет Нет

Есть Нет

Характер горения дуги (пятибальная система оценок) 5 Ь 5 4 5 3 5 5 3 3 Э 3

2 5 м«»ц«» « « 1

Доломит

Лрамор

Плввикоеый ипат а

Нрамор

Плавиковый ипат

Рутиловмй концентрат

Ферросилиций (452) Никелевый порошок

Окись хрома

Потав

Количество Ферритнон фазы в стврхне

Коэффициент массы покрытия 12

18

40 30

2 4

21,8 8,5

18,0

S,8

15 15

5 5

35 35