Состав электродного покрытия
Изобретение относится к сварке, в частности , к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки без подогрева в монтажных условиях жестких узлов швов большой протяженности из низколегированных повышенной прочности сталей типа 16ГМЮЧ, 15Г2СФ. Цель изобретения состоит в создании такого электродного покрытия, которое обеспечивало бы высокую сопротивляемость образованию трещин в швах большой протяженности в условиях повышенной концентрации сварочных напряжений, а также отвечало требованиям химического состава и механических свойств металла шва без термической обработки после сварки, что особенно важно при проведении ремонтных работ в монтажных условиях. Эта цель достигается содержанием в составе электродного покрытия порошкового кобальта 11-18% и ферромолибдена 2-3% и дополнительным введением рутила слюдяной муки и полевого шпата при следующем соотношении компонентов, мас.%: мрамор 42-45, плавиковый шпат 18-25; полевой шпат 2-4, слюдяная мука 2-3, рутил 4-6, ферросилиций 7-9. ферромарганец 3-6. В шве обеспечивается содержание углерода не более 0,06%. 3 табл.
(я)s В 23 К 35/365
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
"4|ИИ53
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ О О î QQ (Я 10-25 7,5-15 2-10 2-8 8-30 5-24 (21) 5033596/08 (22) 04.02.92 (46) 07.09.93. Бюл, ¹ 33-36 (75) Крошкин В,A.. Áàðêoâ Б,Ф., Павлов А.А.,Курило В.И., Макаров И.Г., Платонов И,Ю., Демьяненко Е.А. (73) Павлов А.А. (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к сварке, в частности, к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки без подогрева в монтажных условиях жестких узлов швов большой протяженности из низколегированных повышенной прочности сталей типа 16ГМЮЧ, 15Г2СФ. Цель изобретения состоит в создании такого электродного покрытия, которое обеспечивало бы высокую сопротивляемость Изобретение относится к сварке, в частности к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки без подогрева в монтажных условиях жестких узлов, швов большой протяженности из низколегированных сталей типа 16ГМЮЧ, 15Г2СФ. Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты, мас.%: Мрамор Плавиковый шпат Двуокись титана Хром металлический Молибден Кобальт образованию трещин в швах большой протяженности в условиях повышенной концентрации сварочных напряжений, а также отвечало требованиям химического состава и механических свойств металла шва без термической обработки после сварки, что особенно важно при проведении ремонтных работ в монтажных условиях. Эта цель достигается содержанием в составе электродного покрытия порошкового кобальта 11-18% и ферромолибдена 2-3% и дополнительным введением рутила слюдяной муки и полевого шпата при следующем соотношении компонентов, мас.%: мрамор 42-45, плавиковый шпат 18 — 25; полевой шпат 2-4, слюдяная мука 2 — 3, рутил 4 — б, ферросилиций 7-9, ферромарганец 3 — б. В шве обеспечивается содержание углерода не более 0,06%. 3 табл. Ферросилиций 1 — 6 Феррованадий 0.5-15 Ферротитан 5-15 Никелевый порошок 6-28 Алюминий 2,5 -6 Электроды с таким покрытием предна начены для наплавки штамповог< инструмента и обеспечивают мар тенсито-стареющий металл с высо кой твердостью — 38 — 40 HRc низкой пластичностью, что исклю чает их применение для сварки низколеги рованных сталей общего назначения в тол числе сосудов, работающих под давлением, Кроме того, высокое суммарное содержани» легирующих элементов вызывает охрупчи2000185 25 вание металла шва при температуре эксплуатации сварной конструкции 520 С. Известно также фтористо-кальциевое покрытие электродов марки ОЗС-2, содержащие компоненты, мас. : Мрамор 44 Плавиковый шпат 21 Кварцевый песок 2 Слюдяная мука 3 Рутил 6 Ферросилиций 15 Марганцевая руда 9 Жидкое стекло 30=,ь к весу сухой шихты Однако, как эти электроды, так и аналогичные — марки ТМЛ-IV, УОНИИ 13/55, не обеспечивают, при сварке стали 16ГМЮЧ в условиях монтажа, отсутствие трещин в швах, образуемых по истечении некоторого времени после сварки. Кроме того, в шве, выполненном электродами УОНИИ 13/55, не содержится молибден, необходимость которого (около 1 ) продиктовано высокотемпературной эксплуатацией коксовых камер. Наиболее близким решением к предлагаемому составу электродного покрытия является покрытие, содержащее следующие компоненты, мас. : Мрамор 35-45 Плавиковый шпат 15-28 Ферромарганец 3 — 8 Ферросилиций 1 — 4 Ферротитан 5-15 Ферромолибден 1 — 5 Хром металлический 1 — 5 Железная окалина 1 — 12 Кобальт 1-10 Целлюлоза 1 — 4 Кварцевый песок 5-10 Недостатком этого электродного покрытия является то, что оно за счет дополнительного введения хрома металлического и большего суммарного содержания компонентов — ферромарганца, ферросилиция, кварцевого песка снижает температуру распара аустенита при образовании шва, А это, в свою очередь, снижает пластичность продуктов распада аустенита и не обеспечивает отсутствие трещин в металле шва непосредственно после сварки и после вылеживания сварных соединений, Таким образом, известные электродные покрытия не обеспечивают высокой сопротивляемости замедленному разушению швов и длительной прочности сварного соединения при температурах до 520 С. Цель изобретения создание нового электродного покрытия. Которое обеспечивало бы сопротивляемость замедленному 55 разрушению швов большой протяженности в сочетании с повышенной концентрацией сварочных напряжений, а также длительную прочность сварного соединения при температурах до 520 С, в частности при эксплуатации коксовых камер иэ стали 16ГМЮЧ. Для достижения указанной цели в состав электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферромолибден, кобальт, дополнительно введены рутил и полевой шпат. а кобальт порошковый введен в количестве 11-18, ферромолибден — 2-3 при обеспечении содержания углерода в две не более 0,06 при следующем соотношении компонентов, мас. ; Мрамор 42-45 Полевой шпат 2 — 4 Плавиковый шпат 18-25 Слюдяная мука 2 — 3 Рутил 4 — 6 Ферросилиций 7-9 Ферромарганец 3-6 Ферромолибден 2 — 3 Кобальт порошковый 11-18 Мрамор в покрытии выполняет роль газообраэующего и шлакообразующего компонента, В меньших, чем 42 количествах не обеспечивается надежной защиты наплавляемого металла. Увеличение количества мрамора более 45 ухудшает технологические свойства покрытия. Содержание плавикового шпата менее 18 не обеспечивает получение короткого шлака, что приводит к ухудшению формы шва и не оказывает положительного влияния на чистоту металла шва, что выражается в снижении ударной вязкости металла шва. При содержании плавикового шпата более 25 образуется жидкотекучий шлак, не покрывающий верхнюю часть валика, ухудшается отделимость шлаковой корки. Введение в покрытие рутила (TIOg) способствует стабилизации дуги в процессе сварки, уменьшению разбрызгивания наплавленного металла, Концентрация рутила менее 4 не обеспечивает устойчивого горения дуги в широком диапазоне токов, наблюдается ухудшение формирования шва. Увеличение количества рутила более 6 ухудшает физические свойства шлака, в частности его отделимость. формирование металла шва и делает шлак более жидкотекучим, что отрицательно сказывается при сварке вертикальных швов. Полевой шпат содержит щелочно-зе мельные элементы, снижающие потенциал ионизации дуги. Введение полевого шпата ниже значения, приведенного В спстаВР, нР ОказьзвэРт практичРскоГО Влияния нВ гРхнГ) 2000185 10 25 Э5 45 55 логические свойства электродов, введение полевого шпата более 4 приводит к кремневосстановительному процессу, повышающему содержание кремния в металле шва, что снижает его пластичность. Введение полевого шпата и рутила улучшает сварочно-технологические свойства электродов. Газошлаковая система, состоящая из 42 — 45 мрамора, 18 — 25; плавикового шпата, 4 — 6 рутила 2 — 4; полевого шпата обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностью, легкую отделимость шлаковой корки, способствует удалению из расплавленного металла газов и неметаллических включений. Содержание в покрытии комплекса раскислителей в укаэанных пределах, таких как ферросилиций позволяет регулировать в наплавленном металле уровень содержания кислорода в виде мелкодисперсных оксидных включений, Слюдяная мука вводится в покрытие для улучшения формирования наплавленного металла, получение его мелкочешуйчатым с плавным переходом к свариваемой кромке, Содержание в покрытии слюдяной муки в количествах менее 2 не дает улучшения формирования металла шва в разделке. Концентрация слюдяной муки свыше 3 приводит к пористости шлака и получению на поверхности металла шва так называемой побитости, Установлено, что при содержании в покрытии кобальта более 18, резко ухудшается формирование валиков наплавленного металла с одновременным появлением пор, при этом сопротивление к образованию трещин металла шва не повышается по сравнению с предлагаемым содержанием кобальта 11-18, а при содержании менее 11 кобальта не обеспечивается сопротивляемость образованию трещин в швах при сварке без подогрева большой протяженности швов и узлов повышенной жесткости, Введение кобальта, при обеспечении содержания углерода в шве не более 0,06 . позволяет значительно повысить температуру и скорость гамма-альфа превращения (табл.1) при образовании шва и, как следствие, получить наплавленный металл с высокой деформационной способностью без образования надрывов и трещин, Содержание молибдена в покрытии устанавливалось исходя из обеспечения требуемой длительной прочности наплавленного металла с гарантированным сроком эксплуатации сварной конструкции — 10 лет при температуре 520 С. Результаты испытания, проведенные авторами, показали, что оптимальное содержани ° мо,:иблена в металле LUBB должно быть в предела 0 15 0,607,. При выбранных компонентах предлагаемого покрытия электродол и их процентном содержании, требуемое содержание молибдена в металле шва пбеспечи вается введением в покрытие 2-3 FeMn марки МФΠ— 60 ГОСТ 4759--79. Ниже этого предела не обеспечивает.".я длительная прочность при температуре 520"C.. Выше 3"-,ь FeMo в покрытие вводить нецелесообразно по причинеудорожания электродов и ухудшения технологических свойств металла шва. Влияние молибдена на температуру и полноту гамм-альфа превращения при его содержании в шве до 1 (,, менее выражено, но аналогично влиянию кобальта, что подтверждается данными в табл.1. Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав электродного покрытия отличается от известного введения новых компонентов, а именно: рутила и полевого шпата и новым соотношением компонентов, например, кобальта порошкового, взятого в количестве 11 - 18, и молибдена 2— 3 . Таким образом, заявляемое техническое решение является новым. Анализ известных составов электродных покрытий, используемых при сварке беэ подогрева низколегированных сталей повышенной прочности показал, что некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны, например, кобальт и молибден. Однако их применение в известных составах электродных покрытий в сочетании с другими компонентами не обеспечивает покрытиям такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно. трещиностойкость металла шва после длительного вылеживания сварных узлов повышенной жесткости с большой протяженностью швов, в частности, коксовых камер диаметром 5000 — 7000 мм из стали 16ГМЮЧ. Таким образом, данный состав компонентов придает электродным покрытием новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения изобретательскому уровню. Для экспериментальной проверки заявляемого состава покрытия электрода было подготовлено пять рецептур. приведенных в табл.2. По каждому варианту изготовлена опытная партия электродов диаметром 4 мм с нанесением покрытия способом опрессовки со стержнем из проволоки Св-08А и Св08ГА. 2000185 Таблица 1 Влияние содержания кобальта и молибдена на изменение скорости и температуры гаммаальфа превращения железа с 0,04 С Испытание электродов на сопротивляемость образованию трещин в металле шва производили в условиях максимально имитирующих сварку коксовых камер на монтаже по методике согласно ГОСТ 26389 — 84. Результаты испытаний на образцах из стали 16ГМЮЧ толщиной 30 мм приведены в табл.3. Исходя из требований отраслевого стандарта ОСТ 26-291-87, допускающего сварку стальных сосудов и аппаратов в монтажных условиях при положительных температурах и полученных результатов сравнительных испытаний на стойках образованию трещин в шве, выполненного новыми и применяемыми электродами марки УОНИИ 13/55 и ТМЛ-IV, видно, что только новые электроды с содержанием в покрытии 12 Со и 187, Со на проволоке Св-08А позволяют, без подогрева при сварке обеспечить получение швов без трещин с механическими свойствами не ниже свариваемой стали: предел прочности не менее 550 МПа, предел текучести не менее 400 МПа, ударная вязкость при температур испытания — 50 С не менее 30 Дж/см, Изготовление электродов с предлагаемым покрытием по сравнению с известны5 ми не требует изменения существующей технологии. Формула изобретения Состав электродного покрытия, содер10 жащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, кобальт, ферромолибден. отличающийся тем, что, он дополнительно содержит рутил, полевой шпат и слюдяную муку при следую15 щем соотношении компонентов, мас,ь; мрамор 42-45 плавиковый шпат 18-25 полевой шпат 2-4 слюдяная мука 2 — 3 20 рутил 4-6 ферросилиций 7-9 ферромарганец 3-6 ферромолибден 2-3 кобальт 11-18. 2000185 Таблица 2 Таблица 3 Наличие треРасположение треТемпература., при которой выМарка электрода Обращин в шве щин и протяженность зец floëHÿëàñü сваркап об, С УОНИИ 13/55 УОНИИ 13/55 Нет В кратере шва, протяженность 8 мм Вдоль всего шва Есть 200 ТМЛ-IV ТМЛ-I V Опытные с 6% Со на Св-08А Опытные с 6 Со на Св-08ГА Опытные с 127 Со на Св-08ГА Опытные с 12 Со на Св-08А Опытные с 12 Р Со на Св-08А Есть Нет Вдоль всего шва Есть То же То же От кратера, протяженностью 40 мм Нет Нет Результаты сравнительных испытаний эпектродов на стойкость против образования трещин в шве образцов из стали 16ГМЮЧ толщиной 30 мм 2000185 Продолжение табл. ОбраМарка электрода зец -10 Есть Нет Нет Опытные с 18/, Со на Есть -10 Нет Св-08А Нет -10 Есть Составитель А. Павлов Техред M.Ìoðãåíòàë Редактор Л. Народная Корректор Н, Ревская Заказ 3058 Тираж Подписное НПО" Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Опытные с 12 Со на Св-08А Опытные с 18ф, Со на Св-08А Опытные с 18 Со на Св-08А Св-08А ° i Опытные с 30 Со на Опытные с 30 Со на Св-08А Опытные с 30 Со на Св-08А Температура, при которой выполнялась cbapкап об, С Наличие трещин в шве Расположение трещин и протяженность В кратере шва, протяженность 5 мм В кратере шва, протяженность 6 мм В кратере шва, протяженность 5 мм
