Состав электродного покрытия

 

Изобретение относится к электродуговой сварке, в частности к составам электродного покрытия преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Состав содержит следующие компоненты, мас.%: мрамор 53-55, плавиковый шпат 15-17, ферросилиций 7-10, силикомарганец 6-9, кварцевый песок 8-9, тальк 3,0-3,5, сода кальцинированная 1,0-1,2 и пластификатор 1,3-2,0. Техническим эффектом изобретения является повышение показателей относительного удлинения и ударной вязкости наплавленного металла, снижение порога его хладноломкости, а также снижение себестоимости электродов. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к материалам для электродуговой сварки и может быть использовано как покрытие электродов для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей.

Известны различные покрытия электродов для сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, но наибольшее распространение в отечественной практике получили электроды с фтористо-кальциевым покрытием типа УОНИ-13/55.

Состав покрытия этих электродов содержит, мас.% (Бондин И.Н. Справочник сварщика. М.-Л.: Машиностроение, 1965): Мрамор - 54 Плавиковый шпат - 15 Кварцевый песок - 9 Ферромарганец - 5 Ферросилиций - 5 Ферротитан - 12 Технологическим недостатком указанных электродов является плохая опрессовываемость их покрытия, что не обеспечивает стабильно качественное их изготовление без недопустимой эксцентричности вследствие недостаточной пластичности и текучести обмазочной массы, которая быстро высыхает, образуя в головке пресса "сухари" и нарушая его работу.

Наиболее близким к предлагаемому является покрытие электродов УОНИ-13/55ФК (а.с. N 1090519), содержащее, мас.%: Мрамор - 54,0 Плавиковый шпат - 18,0
Кварц - 6,0
Ферромарганец - 5,2
Ферротитан - 11,5
Ферросилиций - 5,0
Оксалат кальция - 0,3
Электроды с таким покрытием более технологичны в опрессовке, чем УОНИ-13/55. Недостатком их является нестабильность показателей ударной вязкости и относительного удлинения наплавленного металла, которая выражается в колебаниях их значений соответственно в пределах 13-19 кгс·м/см² при пороге хладноломкости - 30^oC и 20-25%, т.е. гарантируются на уровне не менее 13 кгс·м/см² при +20^oC, 3,5 кгс·м/см² на образцах с острым надрезом при -30^oC и 20%. Вместе с тем известно, что электроды основного типа, гарантирующие большие значения относительного удлинения наплавленного металла, обеспечивают и большую стойкость против образования трещин в сварных соединениях. Недостатком рассматриваемого покрытия являются также повышенная его себестоимость, в решающей мере определяемая большим содержанием дорогостоящих ферротитана и среднеуглеродистого ферромарганца, и повышенное разбрызгивание, что увеличивает коэффициент расхода электродов до 1,7-1,8 кг на 1 кг наплавленного металла. При этом для низко- и среднеуглеродистого ферромарганца отрицательный эффект его использования не менее существенно обусловливается и его дефицитностью, вызванной наряду с недостаточными разведанными запасами руд для выплавки и отсутствием в России на настоящее время промышленного производства этого компонента.

Целью настоящего изобретения является повышение показателей относительного удлинения и ударной вязкости наплавленного металла и их стабильности, снижение порога его хладноломкости, расширение сырьевой базы низководородистых электродов с основным покрытием и снижение их себестоимости.

Эта цель достигается введением в покрытие силикомарганца, содержащего Si ≥ 25%, Mn ≥ 60%, C ≅ 0,3, соды кальцинированной и пластификаторов при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор - 53-55
Плавиковый шпат - 15-17
Ферросилиций - 7-10
Силикомарганец - 6-9
Кварцевый песок - 8-9
Тальк - 3-3,5
Сода кальцинированная - 1,0-1,2
Пластификатор - 1,3-2,0
Для проведения контрольных испытаний электродов с предлагаемым покрытием были изготовлены их варианты с составами, представленными в табл. 1. В качестве силикомарганца использовался сплав, содержащий Mn - 65,5%, Si - 27,3%, C - 0,3%. Количество жидкого стекла для всех вариантов было одинаковым - 25-27%.

Модуль стекла - 2,6-3,0, плотность - 1,47-1,51, вязкость - 600 - 1000 сП.

Покрытие наносилось на металлические стержни диаметром 4 мм из проволоки Св08А способом опрессовки.

В процессе изготовления электродов установили, что по технологичности опрессовки они значительно превосходят электроды УОНИ-13/55 и электроды с покрытием прототипом.

Технологические испытания проводили на постоянном и переменном токах.

В процессе технологических испытаний оценивали устойчивость горения дуги, разбрызгивание, формирование швов в различных пространственных положениях, отделимость шлака, склонность к образованию козырька и порообразование. Электроды перед сваркой прокаливали при 320-350^oC в течение 1 часа.

Испытания показали хорошую устойчивость горения дуги. При этом в отличие от прототипа обеспечивалось качественное выполнение швов не только постоянным током, но и переменным. Для заявляемого покрытия отмечено более низкое разбрызгивание, что выражалось в меньшем, чем для прототипа, удельном расходе электродов на 1 кг наплавленного металла, который составил 1,5 кг/кг против 1,7 кг/кг, характерных для прототипа.

Данные механических испытаний металла швов соединений стали ВСт.3пс толщиной 18 мм, выполненных по ГОСТ 9466-75, и результаты химических анализов представлены в табл. 2.

Как видно из результатов испытаний, относительное удлинение металла шва для всех вариантов лежало на уровне не ниже 26%, ударной вязкости при положительной температуре - 260 Дж/см², а отрицательной - 40^oC - 49 Дж/см². Это обеспечивает порог хладноломкости наплавленного металла - 40^oC. Отсутствие выпадов и хорошая равномерность относительного удлинения, ударной вязкости при положительной и отрицательной температурах для всех вариантов электродов подтверждают высокую стабильность этих показателей. Важным преимуществом качества металла швов, наплавленного электродами с предлагаемом покрытием, является значительно более низкое содержание в нем диффузионного водорода, что обеспечивает меньшую вероятность образования трещин в соединениях.

Варьирование составом предлагаемого покрытия при его разработке показало, что только при выдерживании содержаний компонентов в заявляемых пределах обеспечиваются положительные показатели.

Так, увеличение содержания плавикового шпата взамен мрамора приводило к ухудшению устойчивости горения дуги, ухудшало чешуйчатость швов, нарушало сбалансированность между раскислителями, а тем самым снижало показатели относительного удлинения наплавленного металла.

Изменение содержания мрамора в сторону увеличения ухудшало опрессовываемость покрытия, а его уменьшение приводило к росту вероятности образования пористости при сварке, росту содержания в наплавленном металле Si и снижению пластических свойств наплавленного металла.

Изменение содержаний силикомарганца и ферросилиция сказывалось как на показателях механических свойств металла шва, так и на кроющей способности шлака, склонности к образованию пористости. Повышение содержания этих компонентов снижало пластические свойства металла шва, а их уменьшение ухудшало кроющую способность шлака и приводило к повышению вероятности образования пористости в наплавленном металле.

Уменьшение содержания кальцинированной соды ухудшало устойчивость горения дуги, повышало разбрызгивание и склонность к слипаемости электродов друг с другом в процессе изготовления, а увеличение - к росту гигроскопичности покрытия и повышению содержания диффузионного водорода в шве.

Уменьшение содержания кварцевого песка приводило к увеличению жидкотекучести шлака, в результате чего он приобретал тенденцию к натеканию на дугу, затруднял процесс сварки. Повышение содержания кварцевого песка ухудшало устойчивость горения дуги и увеличивало разбрызгивание.

Уменьшение содержания талька ухудшало опрессовываемость покрытия, а его увеличение приводило к повышению содержания диффузионного водорода.

Таким образом, изменение пределов содержания любого из основных компонентов заявляемого состава покрытия приводит к потере свойств электродов, определяемых целью изобретения. Следовательно, только заявляемая совокупность компонентов покрытия обладает существенными отличиями и обеспечивает достижение поставленной цели, заключающейся в повышении показателей и стабильности относительного удлинения и ударной вязкости наплавленного металла, снижении порога его хладноломкости. При этом также достигается расширение сырьевой базы низководородистых электродов с основным покрытием, снижение их себестоимости ввиду значительно более низких, чем у ферротитана и ферромарганца, входящих в покрытие прототип, цен силикомарганца и ферросилиция и меньшего общего содержания ферросплавов в предлагаемом покрытии.

Технические преимущества электродов с предлагаемым покрытием, использование в их составе взамен дорогостоящего ферротитана и дефицитного среднеуглеродистого ферромарганца - силикомарганца, выплавляемого из карбонатных и оксидных марганцевых руд, в т.ч. бедных, запасы которых в России достаточно велики, и более высокая технологичность изготовления электродов с предлагаемым покрытием обеспечивают им широкое применение в народном хозяйстве.

Формула изобретения

Состав электродного покрытия преимущественно для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, ферросилиций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит силикомарганец, кварцевый песок, тальк, соду кальцинированную и пластификатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор - 53-55
Плавиковый шпат - 15-17
Ферросилиций - 7-10
Силикомарганец - 6-9
Кварцевый песок - 8-9
Тальк - 3,0-3,5
Сода кальцинированная - 1,0-1,2
Пластификатор - 1,3-2,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2