Электродное покрытие для сварки низкоуглеродистых сталей

 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть применено для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых сталей. Цель изобретения снижение стоимости покрытия путем замены ферромарганца и части рутила на марганцево-титановый сплав и марганцовистый шлак. Покрытие содержит рутил, ильменитовый концентрат, мрамор, целлюлозу, каолин, железный порошок, дунит, марганцево-титановый сплав и марганцовистый шлак при следующем содержании компонентов, мас. рутил 18 24; ильменитовый концентрат 18 24; дунит 7 15; каолин 12 18; марганцево-титановый сплав 10 15; марганцовистый шлак 4 14; мрамор 4 8; целлюлоза 1 - 3; железный порошок 1 4, при этом марганцево-титановый сплав имеет следующий состав, мас. марганец 25 30, титан 8 40; алюминий 6 8; кремний 8 15; углерод ≅ 0,3; сера ≅ 0,02; фосфор ≅ 0,4; хром ≅ 3; медь ≅ 3, остальное железо, а марганцовистый шлак состоит из оксидов, мас. марганец 10 30; кремний 28 33; кальций 20 35; магний 10 25; алюминий 3 5; железо ≅ 1,5; фосфор ≅ 0,02. 1 табл.

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к электродным материалам, и может быть применено для ручной электродуговой сварки низкоуглеродистых сталей с пределом прочности до 500 МПа.

Известно электродное покрытие [1] для низкоуглеродистых сталей, содержащее, мас. Рутиловый концентрат 25-35 Мрамор 18-20 Тальк 8-12 Ферромарганец 14-17 Каолин 3-5 Целлюлоза 1,5-2,0 Дистен-силлиманитовый концентрат 1-3 Ильменитовый концентрат 15-25 Железный порошок До 50 Основным недостатком известного электродного покрытия является то, что практически весь марганец, содержащийся в ферромарганце, переходит в шлак и сварочные аэрозоли. Кроме того, это покрытие имеет высокую себестоимость за счет применения в его составе дорогостоящих и дефицитных компонентов: рутила и ферромарганца, которые составляют до 50% состава покрытия.

Наиболее близким является состав электродного покрытия [2] для сварки низкоуглеродистых сталей, который содержит, мас. Рутил 26-32 Ильменит 14-32 Мрамор 4-7 Ферромарганец 6-10 Целлюлоза 9-15 Каолин 4-7 Карбоксиметилцел- люлоза 1-2 Железный порошок Остальное По сравнению с предыдущим это электродное покрытие позволяет повысить глубину проплавления свариваемых кромок при сварке вертикальных швов, однако себестоимость покрытия также высокая.

Целью изобретения является снижение стоимости электродного покрытия и улучшение санитарно-гигиенических условий.

Это достигается тем, что электродное покрытие для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящее из рутила, ильменитового концентрата, мрамора, целлюлозы, каолина, марганцевосодержащего компонента и железного порошка, согласно изобретению дополнительно содержит дунит, а марганцевосодержащий компонент введен в виде марганцево-титанового сплава и марганцовистого шлака при следующем соотношении компонентов, мас. Рутил 18-24 Ильменитовый кон- центрат 18-24 Дунит 7-15 Каолин 12-18 Марганцево-титановый сплав 10-15 Марганцовистый шлак 4-14 Мрамор 4-8 Целлюлоза 1-3 Железный порошок 1-4 При этом марганцево-титановый сплав имеет следующий состав, мас. марганец 25-30; титан 8-40; алюминий 6-8; кремний 8-15; углерод 0,3; сера 0,02; фосфор 0,4; хром ≅ 3; медь ≅ 3; остальное железо, а маpганцовистый шлак состоит из оксидов, мас. марганец 10-30; кремний 28-33; кальций 20-35; магний 10-25; алюминий 3-5; железо 1,5; фосфор 0,02.

Замена ферромарганца марганцево-титановым сплавом позволяет ввести в покрытие такие сильные раскислители как титан, алюминий и кремний, что значительно снижает выгорание марганца. Если в прототипе сгорает около 7% марганца, то в предлагаемом электроде 3,5% что в 2 раза снижает количество марганца в сварочных аэрозолях. Компоненты марганцовистого шлака способствуют оптимальному насыщению сварного шва марганцем при общем уменьшении его в составе покрытия.

В прототипе дорогостоящие рутил, ферромарганец и железный порошок содержатся до 65% что составляет 48% от стоимости электродного покрытия. Введение же в состав предлагаемого электродного покрытия марганцево-титанового сплава и отходов производства в виде марганцовистого шлака позволяет снизить стоимость электродного покрытия на 6-9% Из уровня техники известны покрытия, в которых с целью снижения стоимости применялись отходы производства, где в качестве железосодержащего компонента используют отходы абразивной зачистки проката, где используют окалину железа и шлам производства алюминия. Однако замена дорогостоящих рутила и ферромарганца на марганцево-титановый сплав и марганцовистый шлак не известна.

Известен также электрод, покрытие которого содержит титаносодержащий сплав, в котором в большом количестве веден титан: 30-35% с целью повышения хладостойкости. В предлагаемом марганцево- титановом сплаве содержится большое количество марганца (25-30%) и раскислителей, что позволяет оптимально легировать сварной шов марганцем при уменьшении его выгорания и перехода в сварочные аэрозоли.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое электродное покрытие является новым и соответствует изобретательскому уровню.

Газошлаковая система, состоящая из мас. мрамор 4-8; целлюлоза 1-3 дунит 15; каолин 12-18, рутил 18-24, ильменит 18-24, обеспечивает получение швов с мелкочашуйчатой поверхностью, легкую отделяемость шлаковой корки, способствует удалению из наплавленного металла газов и неметаллических включений. При содержании в покрытии мрамора менее 4% происходит ухудшение покрываемости шлаком расплавленного металла, а при введении его более 8% увеличивается температурный интервал кристаллизации шлака.

Содержание целлюлозы менее 1% приводит к образованию пор в наплавленном металле и ухудшение пластичности обмазочной массы. Увеличение содержание целлюлозы более 3% приводит к повышенному разбрызгиванию электродного металла.

Дунит вводится в покрытие для улучшения технологических свойств шлака, имеющего оптимальный температурный интервал кристаллизации. Введение дунита менее 7% приводит к высокой жидкотякучести шлака, а более 15% к появлению неметаллических включений в металле шва из-за увеличения тугоплавкости шлака.

Введение каолина менее 12% не обеспечивает необходимых пластических свойству обмазочной массы, что приводит к ухудшению качества покрытия. При содержании каолина более 18% происходит снижение механических свойств металла из-за появления большого количества неметаллических включений.

Введение рутила в количестве 18-24% уменьшает жидкотекучесть шлака и способствует равномерному покрытию расплавленного металла шлаком. При содержании рутила менее 18% шлак становится слишком жидкотекучим и плохо формирует наплавленный валик. Введение рутила более 24% приводит к затруднению процесса сварки укороченной дугой за счет шунтирования дуги из-за высокой электропроводности.

Ильменитовый концентрат вводится для улучшения сварочно-технологических свойств электрода. При введении его менее 18% существенного влияния на сварочно-технологические свойства не обнаружено. При содержании ильменитового концентрата более 24% шлак становится слишком жидкотекучим, увеличивается разбрызгивание электродного металла и возрастает выгорание марганца.

Для раскисления сварочной ванны и легирования металла шва в покрытие вводится марганцево-титановый сплав в количестве 10-15% При содержании сплава менее 10% сварочная ванна оказывается недостаточно раскисленной, что приводит к резкому снижению пластических и прочностных характеристик металла шва. Введение марганцево-титанового сплава более 15% для данного типа электродов является экономически нецелесообразным.

Для уменьшения жидкотекучести шлака и улучшения санитарно-гигиенических условий в покрытие вводится марганцовистый шлак в количестве 4-14% Нижний предел выбран из условия появления эффекта от введения марганцовистого шлака. Введение марганцовистого шлака свыше 14% приводит к затруднению процесса сварки из-за повышения вязкости шлака в сварочной ванне.

Железный порошок введен в состав покрытия 1-4% для повышения стабильности горения дуги и уменьшения угара марганца.

Электродные покрытия готовят путем смешения ингредиентов (компонентов) с натриево-калиевым растворимым стеклом. Затем стальной стержень с обезжиренной поверхностью опрессовывают на стандартном оборудовании электродной массой, подвергают провяливанию, сушке при 100^оС и последующей прокалке при 200^оС.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения изготовлены 6 партий электродов. Состав электродного покрытия трех электродов, рекомендуемых к применению, приведен в таблице. Замеры содержания марганца в пересчете на МnО в сварочных аэрозолях показали, что по сравнению с известными покрытиями при сварке электродами с предлагаемым покрытием марганца выделяется меньше на 20-25% По санитарно-гигиеническим характеристикам все три электродные покрытия примерно одинаковы. По стоимости наиболее предпочтительным является электродное покрытие 3, его стоимость на 9% ниже по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОДНОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ, содержащее рутил, ильменитовый концентрат, мрамор, целлюлозу, каолин, марганцевосодержащий компонент, железный порошок, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит дунит, а марганцевосодержащий компонент введен в него в виде марганцево-титанового сплава и марганцовистого шлака при следующем соотношении компонентов, мас.

Рутил 18 24
Ильменитовый концентрат 18 24
Дунит 7 15
Каолин 12 18
Марганцево-титановый сплав 10 15
Марганцовистый шлак 4 14
Мрамор 4 8
Целлюлоза 1 3
Железный порошок 1 4
при этом марганцево-титановый сплав имеет следующий состав, мас.

Марганец 25 30
Титан 8 40
Алюминий 6 8
Кремний 8 15
Углерод ≅ 0,3
Сера ≅ 0,02
Фосфор ≅ 0,4
Хром ≅ 3
Медь ≅ 3
Железо Остальное
а марганцовистый шлак состоит из оксидов, мас. марганца 10 30; кремния 28 33; кальция 20 35; магния 10 25; алюминия 3 5; железа ≅ 1,5; фосфора ≅ 0,02.

РИСУНКИ

Рисунок 1