Электрод для сварки и наплавки

 

Электрод для сварки и наплавки конструкций из чугуна состоит из стержня на никелевой основе и нанесенного на него покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%: фторид бария 5-52, оксид кремния 2-10, ферромарганец 5-11, ферротитан 2-6, ферросилиций 5-11, графит 5-15, мрамор остальное. Материал стержня электрода имеет следующий состав, мас.%: марганец 2,5-6,0, железо не более 2,0, медь не более 3,0, титан не более 0,8, компоненты-модификаторы не более 0,5, алюминий не более 1,6, никель остальное. Технический результат заключается в том, что электрод обеспечивает формирование качественного сварного соединения без зашлаковок, пор и трещин при сварке стыковых и угловых соединений из высокопрочного чугуна в различных пространственных положениях.

Изобретение относится к сварочному производству, в частности, к сварочным материалам, и может быть использовано при сварке трубных конструкций из высокопрочного чугуна, в том числе стыковых и угловых соединений, в различных пространственных положениях.

Известен электрод для сварки высокопрочного чугуна, состоящий из стержня на железоникелевой основе и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, графит, углекислый барий, доломит, алюминий, магнезит, марганец, порошки титана и никеля (см. а.с. N 439364, В 23 К 35/365, 15.04.75). При сварке стыковых соединений упомянутым электродом образуются зашлаковки и несплавления. Кроме того, стержень из железо-никелевого сплава имеет высокое электросопротивление, что приводит к чрезмерному перегреву электрода и потере свойств электродного покрытия, вплоть до его cтекания.

Известен сварочный электрод для чугуна, включающий стержень на никелевой основе и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, графит, марганец, ферросилиций, железный порошок, углекислый стронций и лигатуру редкоземельных металлов (см. а. с. N 680840, В 23 К 35/365, 28.08.79). Однако, наряду с удовлетворительными сварочно-технологическими свойствами при сварке в нижнем положении и высокой прочностью сварного шва, он не обеспечивает требуемой плотности стыкового сварного соединения при сварке в положении, отличном от нижнего.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения (прототипом) можно считать электрод для сварки и наплавки чугунных конструкций, состоящий из стержня на никелевой основе и покрытия, включающего мрамор, плавиковый шпат, графит, полевой шпат, алюминиевый порошок и ферромарганец (см. а.с. N 390895, В 23 К 35/365, 16.11.73). Недостатками приведенного электрода является низкая пластичность сварного соединения и повышенная склонность к образованию трещин. Кроме того, за счет невысоких сварочно-технологических свойств при сварке в различных пространственных положениях формируются характерные дефекты: зашлаковки, непровары и т.п.

Задачей изобретения является повышение сварочно-технологических свойств электрода и повышение качества формирования сварного шва при сварке трубных конструкций из высокопрочного чугуна, а также качества сварных соединений. При этом технический результат, который может быть получен при осуществлении данного изобретения, заключается в том, что электрод обеспечивает формирование качественного сварного соединения без зашлаковок, пор и трещин при сварке стыковых и угловых соединений из высокопрочного чугуна в различных пространственных положениях.

Приведенный технический результат может быть получен за счет подбора состава электрода, содержащего стержень на никелевой основе и нанесенное на него покрытие, включающее мрамор, графит, ферромарганец и фторид щелочноземельного металла, в которое введены дополнительно оксид кремния, ферротитан и ферросилиций, а в качестве фторида щелочноземельного металла оно содержит фторид бария при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид бария 5 - 52, оксид кремния 2-10, ферромарганец 5 - 11, ферротитан 2 - 6, ферросилиций 5 - 11, графит 5 - 15, мрамор - остальное.

Кроме того, при использовании стержня электрода с регламентированным содержанием легирующих элементов может быть получен дополнительный технический результат, заключающийся в гарантированном и равномерном легировании сварного шва и зоны сплавления для уменьшения зоны отбела, повышении трещиностойкости и пластичности в сочетании с высокой прочностью сварного соединения, а также в подавлении пористости при сварке в положениях, отличных от нижнего.

Данный результат может быть получен при использовании в качестве стержня электрода проволоки на основе никеля, содержащей следующие компоненты, мас. %: марганец 2,5 - 6,0, железо не более 2,0, медь не более 3,0, титан не более 0,8, компоненты-модификаторы не более 0,5, алюминий не более 1,6, никель - остальное. В качестве компонентов-модификаторов могут быть включены редкоземельные металлы.

Введение в состав покрытия фторида бария взамен традиционно применяемого фторида кальция (плавикового шпата) улучшает сварочно-технологические свойства электрода, повышает устойчивость горения дуги без разбрызгивания. Частичный переход в сварной шов бария, обладающего модифицирующими свойствами, способствует формированию правильной шаровидной формы графита и уменьшению отбела в зоне сплавления, что повышает пластичность и трещиностойкость сварного соединения в целом. При этом увеличение содержания фторида бария в составе покрытия более 52% приводит к заметному нарушению стабильности дугового разряда, вызванному высокой концентрацией ионов фтора. Введение в покрытие фторида бария в количестве менее 5% становится не эффективно, при этом нарушается газовая защита сварочной ванны.

Комплексное участие в покрытии фторида бария, мрамора и кварцевого песка создает надежную газовую и шлаковую защиту, а шлак приобретает свойства, благоприятные для визуального наблюдения за сварочной ванной. В то же время шлак обладает хорошей кроющей способностью с последующим легким отделением из разделки.

Использование совместно с покрытием, включающим компоненты в заявленном диапазоне, стержня из проволоки указанного состава, позволяет уменьшить толщину покрытия электрода до 0,19 от диаметра стержня за счет введения в стержень элементов-модификаторов (РЗМ), мощных раскислителей (кремний, алюминий, титан), элементов, препятствующих образованию горячих трещин (марганец), а также позволяет гарантированно получить плотные беспористые сварные швы без трещин и с одинаково высокими механическими свойствами при сварке в различных пространственных положениях.

Была изготовлена партия электродов диаметром 3 мм. Коэффициент массы покрытия составил 28%.

Состав покрытия электрода: фтористый барий 35%, кварцевый песок 4%, ферромарганец 8%, ферротитан 4%, ферросилиций 8%, графит 15%, мрамор 26%.

Электродный стержень был изготовлен из проволоки марки НМцАТ 3-1,5-0,6 по ТУ 48-21-284-73.

Изготовленным электродом была проведена сварка в различных пространственных положениях образцов из ферритного чугуна с шаровидным графитом, представляющих собой кольца из центробежнолитых труб с диаметром условного прохода 150 мм.

Сварочно-технологические свойства электрода указанного состава характеризуются легким зажиганием дуги (с одного касания), стабильным горением, благоприятными условиями для наблюдения за сварочной ванной, небольшим разбрызгиванием, легким отделением шлака, в том числе из разделок. Формирование швов, сваренных во всех пространственных положениях, и показатели пористости, выявленной рентгенографическим методом, отвечают требованиям, предъявляемым к трубопроводам ответственного назначения.

В результате исследования на трещиностойкость установлено, что электрод позволяет сваривать без образования трещин трубные конструкции из чугуна с шаровидным графитом со свободной усадкой швов без предварительного подогрева. Для качественной сварки жестко закрепленных конструкций требуется минимальный предварительный подогрев.

Результаты испытаний прочностных и пластических характеристик сварных соединений показали, что во всех пространственных положениях формируется равнопрочное соединение, а пластичность, определяемая по углу загиба (ГОСТ 6996-66) в исходном после сварки состоянии, составляет не менее 20^o и достигает 50^o после ферритизирующего отжига.

Таким образом, за счет высоких сварочно-технологических свойств и благодаря формированию качественного сварного шва во всех пространственных положениях, электрод для сварки и наплавки конструкций из чугуна повышает надежность сварных соединений и позволяет расширить область применения труб из чугуна с шаровым графитом, обеспечивая надежную сварку ответственных конструкций, в том числе трубопроводов пара и горячей воды, нефтепроводов, газопроводов.

Формула изобретения

1. Электрод для сварки и наплавки конструкций из чугуна, состоящий из стержня на никелевой основе и нанесенного на него покрытия, содержащего мрамор, графит, ферромарганец и фторид щелочноземельного металла, отличающийся тем, что покрытие электрода дополнительно содержит оксид кремния, ферротитан и ферросилиций, а в качестве фторида щелочноземельного металла оно содержит фторид бария при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фторид бария - 5 - 52 Оксид кремния - 2 - 10 Ферромарганец - 5 - 11 Ферротитан - 2 - 6 Ферросилиций - 5 - 11 Графит - 5 - 15 Мрамор - Остальное 2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что стержень электрода имеет следующий состав, мас.%;: марганец 2,5 - 6,0, железо не более 2,0, медь не более 3,0, титан не более 0,8, компоненты-модификаторы не более 0,5, алюминий не более 1,6, никель остальное.