Электрод для сварки низкоуглеродистых сталей и способ его изготовления

 

Изобретение относится к электродуговой сварки, в частности к сварочным материалам и способу их изготовления. Электрод для сварки низкоуглеродистых сталей состоит из стального стержня и покрытия, включающего, мас.%: компонент, содержащий двуокись титана, 45 - 54; тальк 12 - 14; слюда 6 - 14; мрамор 6 - 11,5; железо-марганец-титановый сплав 11 - 16; целлюлозу 4 - 6,5, а также связующее к массе сухой шихты 25 - 30. Коэффициент массы покрытия 36 - 40. При этом связующее вводится в виде неосветленного продукта выщелачивания опалкристобалитовой породы, а его нерастворенный осадок выполняет функцию технологической добавки. В качестве компонента, содержащего двуокись титана, электрод может содержать ильменитовый концентрат, рутиловый концентрат, титановый шлак и другие компоненты с содержанием в них двуокиси титана 35 - 100 мас.%. В соответствии со способом изготовления покрытых электродов, изготовляют сухую шихту путем дробления и измельчения материалов покрытия, перемешивают сухую шихту со связующим и технологической добавкой. В качестве связующего используют неосветленный продукт выщелачивания опалкристобалитовой породы. В качестве технологической добавки - нерастворенный осадок этого продукта в количестве 4 - 7% от массы сухой шихты. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к ручной дуговой сварке конструкций из низкоуглеродистых сталей, а именно к электродам для сварки низкоуглеродистых сталей и способу их изготовления.

Наиболее близким по назначению и составу является электрод для сварки низкоуглеродистых сталей по а.с. N 933336, кл. B 23 K 35/365, 1982, покрытие которого состоит из следующих компонентов, мас.%: Ильменитовый концентрат - 40-50 Каолин - 2-6 Мрамор - 6-14 Тальк - 4-12 Ферромарганец - 12-20 Целлюлоза - 1-3 Ферротитан - 4-10 Железная руда - 4-12 Данный электрод зарекомендовал себя при сварке в монтажных условиях по незащищенным поверхностям, но при хорошей стабильности горения дуги, повторное возбуждение дуги все же затруднено.

Целью изобретения является обеспечение повторного возбуждения дуги путем касания изделия чехольчиком оплавленного покрытия электрода, а также сохранение прочности и пластичности наплавленного металла при уменьшении его легирования марганцем.

Поставленная цель достигается тем, что электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, включающего шихту, содержащую компонент с двуокисью титана; тальк, оксиды алюминия и кремния, мрамор, марганецсодержащий компонент, целлюлозу, и связующее, согласно изобретению, марганецсодержащий компонент электрод содержит в виде железо-марганец-титанового сплава, а связующее - в виде неосветленного продукта выщелачивания опалкристобалитовой породы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Компонент содержащий двуокись титана - 45-54
Тальк - 12-14
Слюда - 6-14
Мрамор - 6-11,5
Железо-марганец-титановый сплав - 11-16
Целлюлоза - 4-6,5
Связующее к массе сухой шихты - 25-30
в том числе, нерастворенный осадок - 4-7,
при этом нерастворенный осадок связующего содержит мас.%: Fe₂O₃ 5-20; Al₂O₃ 5-15; CaO 1-10; H₂O 2-5; Na₂O 0,5-2; TiO₂ 0,1-0,2; SiO₂ остальное; железо-марганец-титановый сплав содержит, мас.%: марганец 25-30; титан 8-40; алюминий 6-8; кремний 1-15; углерод ≅0,3; сера ≅ 0,02; фосфор ≅ 0,4; хром ≅ 3; медь ≅3; остальное железо; в качестве компонента, содержащего двуокись титана, электрод может содержать ильменитовый концентрат, рутиловый концентрат, титановый шлак и другие компоненты с содержанием двуокиси титана от 35 до 100 мас.%.

Применение в указанной совокупности признаков неосветленного продукта выщелачивания опалкристобалитовой породы позволяет обеспечить повторное возбуждение дуги путем касания изделия чехольчиком оплавленного покрытия электрода, что невозможно достичь при сварке известными электродами. Технологические испытания показали, что возможно возбудить дугу кусочком шлака, полученного из покрытия предлагаемого электрода.

Известно связующее, полученное из опалкристобалитовой породы. Но целью создания известного связующего было создание более дешевого продукта по сравнению с жидким стеклом и обеспечивающего более высокие технологические свойства при изготовлении электродов. В предлагаемой совокупности признаков при плавлении покрытия в дуге аморфный кремнезем связующего взаимодействует с компонентами покрытия, образуя электропроводный шлак. В результате оплавленный чехольчик оплавленного покрытия становится электропроводным. Для повторного возбуждения дуги достаточно коснуться этим чехольчиком свариваемого изделия.

Из практики известно повышение электропроводности оплавленного покрытия при содержании в нем рутила более 50%. Однако, эти электроды дорогостоящи. Преимуществом предлагаемого электрода является то, что оплавленное покрытие имеет высокую электропроводность при более низком содержании рутила и даже при его отсутствии в покрытии. Это новое свойство, обеспечиваемое новой совокупностью признаков, неизвестно из патентной и научно-технической документации, что доказывает существенные отличия предлагаемого электрода.

Известно применение марганец-титанового сплава в качестве раскислителя при изготовлении сварочных электродов. Предлагаемый электрод привносит новое свойство, обусловленное заменой ферромарганца на железо-марганец-титановый сплав, а именно повышение прочности и пластичности наплавленного металла. Структура металла, наплавленного известным электродом, содержащим в покрытии ферромарганец, представляет собой видманштеттовый или в некоторых местах полиэдрический феррит или перлит. Структура металла, наплавленного предлагаемым электродом, покрытие которого содержит железо-марганец-титановый сплав, представляет собой бейнит. Бейнитное превращение происходит при более низкой температуре, чем перлитное. А чем ниже температура превращения, тем выше плотность дислокаций, дисперсней выделяющиеся карбиды и больше упрочнение твердого раствора. Возможность протекания бейнитного превращения в металле шва объясняется присутствием в нем алюминия, титана и кремния, привнесенных в металл шва из железо-марганец-титанового сплава и нерастворенного осадка связующего. Следует отметить, что при сварке предлагаемым электродом повышение прочности наплавленного металла возможно, благодаря присутствию титана, алюминия и кремния при более низком содержании марганца, чем при сварке известным.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый электрод является новым и соответствует изобретательскому уровню. Указанное количество шлакообразующих и газообразующих компонентов: талька 12-14%, слюды 6-14%, мрамора 6-11,5%, целлюлозы 4%, связуюшего обеспечивает образование надежной газовой защиты и плотной шлаковой оболочки, равномерно покрывающей наплавленный металл. Указанное количество компонента, содержащего двуокись титана в пределах 45-54% и железо-марганец-титанового сплава, в количестве 11-16%, соответствует оптимальному потенциалу атмосферы дуги и является благоприятным для предотвращения водородных пор, что обеспечивает хорошее формирование шва без дефектов и несплошностей. Введение компонента, содержащего двуокись титана, в количестве 45-54% в совокупности со связующим, вводимым в количестве 25-30%, обеспечивает также образование электропроводного шлака и возможность повторного возбуждения дуги от оплавленного чехольчика покрытия. При введении двуокисьтитанасодержащего компонента менее 45% этого эффекта не наблюдается, при содержании его более 54% появляется шунтирование дуги и затрудняется сварка в вертикальном и потолочном положениях.

Введение связующего в количестве 25-30% обеспечивает оптимальное давление прессования покрытия 9-18 МПа и минимальную эксцентричность покрытия. При введении связующего менее 25% возрастает давление прессования и исчезает эффект повторного возбуждения дуги. При введении связующего более 30% давление прессования уменьшается настолько, что ухудшается качество покрытия. Введение железо-марганец-титанового сплава в количестве 11-16% позволяет получить необходимые свойства металла шва (σ_в= 460 - 520 МПа). Введение марганцевотитанового сплава в количестве меньшем 11% не позволяет получить раскисленный металл шва, соответствующий прочности электрода типа Э-46. При введении его более 16% наблюдается снижение пластических свойств металла шва и появление дефектов типа пор.

Известен способ изготовления покрытых электродов а.с. N 1808594, кл. B 23 K 35/40, N 14, 1993, включающий изготовление сухой шихты путем предварительного дробления и измельчения материалов покрытия, перемешивания сухой шихты с жидким стеклом и технологическими добавками, нанесение обмазочной массы на электродные стержни, при этом, в качестве технологической добавки используют водную суспензию алюмосиликатного пластификатора, которую вводят предварительно в жидкое стекло.

Недостатком данного способа является его трудоемкость и дороговизна вследствие необходимости проведения дополнительной операции смешивания жидкого стекла с технологической добавкой и дороговизны последних.

Целью изобретения являются упрощение и удешевление способа, а также повышение его технологичности.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления покрытых электродов, включающем изготовление сухой шихты путем предварительного дробления и измельчения материалов покрытия, перемешивания сухой шихты со связующим и технологической добавкой, в качестве связующего используют неосветленный раствор выщелачивания опалкристобалитовой породы, а в качестве технологической добавки - нерастворенный осадок этого раствора в количестве 4-7% от массы сухой шихты.

Известно применение связующего из опалкристобалитовой породы. Известно также, что это связующее дешевле, чем жидкое стекло. Но в предлагаемом способе используют нерастворимый осадок в качестве технологической добавки для повышения технологичности способа в целом, а именно - получают более гладкие покрытия с минимальным эксцентриситетом. Кроме того, этот способ экономичен за счет отсутствия операции предварительного перемешивания жидкого связующего с технологической добавкой, как самостоятельного компонента, и относительного уменьшения расхода жидкой фазы связующего. Следовательно, предлагаемый способ обладает новизной и соответствует изобретательскому уровню.

Было изготовлено 4 партии электродов диаметром 4 мм и испытано по 10 штук в каждой партии (см. табл. 1).

В первой партии в качестве связующего было использовано жидкое стекло по ГОСТ 13079-81. При испытании электродов на предмет повторного возбуждения дуги было выявлено, что чехольчик, образованный оплавленным покрытием, неэлектропроводен. Дуга зажигалась после отбивания чехольчика путем касания свариваемого изделия металлическим стержнем. Партии II, III, IV электродов были изготовлены по предлагаемому способу, где в качестве связующего был использован неосветленный продукт выщелачивания опалкристобалитовой породы, а в качестве технологической добавки нерастворенный осадок этого раствора. Испытания на повторное зажигание дуги показали, что при сварке электродами этих партий дуга повторно возбуждалась от чехольчика оплавленного покрытия.

При проверке на технологичность были выявлены гладкие равномерные поверхности покрытия с разнотолщинностью согласно табл. 2.

Из вышеизложенного следует, что электроды, полученные по новому способу с новой совокупностью существенных признаков, позволяют производить повторное зажигание дуги от чехольчика оплавленного покрытия и имеют разнотолщинность в пределах е_ср = 0,084-0,108, где е_ср - среднее арифметическое 10 замеров разнотолщинности в каждой партии.

Формула изобретения

1. Электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, включающего шихту, содержащую компонент с двуокисью титана, тальк, алюмосиликат, мрамор, железо, марганец, титан и целлюлозу, и связующее, отличающийся тем, что алюмосиликат введен в шихту покрытия в виде слюды, железо, марганец, титан - в виде железо-марганец-титанового сплава, а связующее введено в виде неосветленного продукта выщелачивания опалкристобалитовой породы, содержащего нерастворенный осадок, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
Компонент с двуокисью титана - 45 - 54
Тальк - 12 - 14
Слюда - 6 - 14
Мрамор - 6 - 11,5
Железо-марганец-титановый сплав - 11 - 16
Целлюлоза - 4 - 6,5
Связующее к массе шихты - 25 - 30
в том числе нерастворенный осадок - 4 - 7
при этом коэффициент массы покрытия составляет 36 - 40%.

2. Способ изготовления покрытых электродов, при котором изготавливают сухую шихту путем дробления и измельчения материалов покрытия, перемешивают сухую шихту со связующим и технологической добавкой, отличающийся тем, что в качестве связующего используют неосветленный продукт выщелачивания опалкристобалитовой породы, а в качестве технологической добавки - нерастворенный осадок этого продукта в количестве 4 - 7% от массы шихты.

РИСУНКИ

Рисунок 1