Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов

Изобретение может быть использовано при получении плавленных сварочных материалов, в частности для основных покрытий сварочных электродов, используемых при электродуговой сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Минеральный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 38-39, оксид алюминия 22-24, оксид железа (III) 12-14, оксид кальция 10-12, оксид магния 9-10 и оксид натрия и/или оксид калия 3-5. Электроды с приведенным составом минерального сплава позволяют полностью исключить пористость сварного шва при легко отделяемой шлаковой корке, нетоксичны и имеют низкую стоимость. 1 табл.

 

Изобретение относится к области сварки, в частности к плавленым сварочным материалам, а именно, к минеральным сплавам для основных покрытий сварочных электродов, используемых при электродуговой сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Из плавленых сварочных материалов наиболее известны плавленые флюсы, обладающие в результате переплава исходного минерального сырья рядом преимуществ, например однородным химическим составом и равномерным содержанием компонентов по всему объему, отсутствием поверхностной, связанной и кристаллизационной воды, позволяющих получать качественные беспористые сварные соединения.

В настоящее время плавленые сварочные материалы, а именно - минеральные сплавы, находят применение и при изготовлении покрытий сварочных электродов для электродуговой сварки конструкций из углеродистых и низколегированных сталей.

Известен минеральный сплав, входящий в состав электродного покрытия (патент RU 2257987, МПК B23K 35/365, опубл. 10.08.2005.), используемого при изготовлении сварочных электродов основного типа для дуговой сварки различных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей.

Электродное покрытие, включающее минеральный сплав, позволяет полностью предотвратить пористость сварных соединений, обеспечивает легкое зажигание дуги и хорошее формирование наплавленного металла во всех пространственных положениях. Указанное электродное покрытие имеет следующий состав, мас.%:

Мрамор 16,0-30,0
Плавиковый шпат 0,5-10,0
Кварцевый песок 0,5-13,0
Магнезит 15,0-22,0
Ферросилиций 5,0-10,0
Рутил или диоксид титана 3,0-10,0
Ферромарганец 6,0-13,0
Минеральный сплав 8,0-20,0
Железорудные окатыши 2,0-5,0
Пластификаторы до 2,5.

Причем минеральный сплав содержит не менее 45,0 мас.% оксида алюминия, который в результате переплава преимущественно связан в алюминаты и алюмосиликаты и максимально защищен от контактного взаимодействия с жидким стеклом, что надежно обеспечивает предотвращение пористости в наплавленном металле. К сожалению, более подробные сведения о составе указанного минерального сплава авторы патента RU 2257987 не приводят.

Недостатки изобретения по патенту RU 2257987 состоят в применении дорогостоящего и дефицитного диоксида титана, а также марганца, создающего токсичность при сварке.

В качестве наиболее близкого аналога выбран «Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов и керамических флюсов» (патент RU 2249498, МПК B23K 35/36, опубл. 10.04.2005.). Минеральный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Оксид алюминия Al2O3 45,0-51,0
Оксид кремния SiO2 13,0-17,0
Диоксид титана TiO2 3,0-7,0
Оксид кальция СаО 10,0-16,0
Фторид кальция CaF2 16,0-22,0.

Минеральный сплав указанного состава позволяет предотвратить пористость в наплавленном металле за счет снижения химической активности поверхности зерен оксида алюминия.

Недостаток минерального сплава по патенту RU 2249498 состоит в наличии в его составе дорогостоящего и дефицитного диоксида титана и фторида кальция, образующего токсичные соединения при разложении, и также дорогостоящего.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка составов нетоксичного минерального сплава для покрытий сварочных электродов основного типа, позволяющего полностью исключить пористость сварного шва, обеспечивающего легкое отделение шлаковой корки с поверхности наплавляемого металла и обладающего более низкой стоимостью.

Поставленную задачу решают тем, что известный минеральный сплав для покрытий сварочных электродов основного типа, содержащий оксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция, содержит дополнительно оксид железа (III), оксид магния и оксид натрия и/или оксид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид кремния SiO2 38-39
Оксид алюминия Al2O3 22-24
Оксид железа Fe2O3 12-14
Оксид кальция СаО 10-12
Оксид магния MgO 9-10
Оксид калия и/или натрия (K2O и/или Na2O) 3-5.

Расчет критерия основности (В) предлагаемого минерального сплава для покрытий сварных электродов позволяет отнести его к типу основных: В=1,43-1,57.

Снижения стоимости предлагаемого минерального сплава для покрытий сварочных электродов по сравнению с прототипом достигают исключением дорогостоящих компонентов - диоксида титана и фторида кальция. Отказ от использования дефицитного диоксида титана также решает задачу доступности сырья.

Отсутствие в составе фторида кальция также снимает вопрос о токсичности предлагаемого минерального сплава для покрытий сварочных электродов.

Вследствие исключения фторида кальция и оптимизации содержания оксида кальция отпадает необходимость в увеличении содержания оксида алюминия с целью предотвращения пористости в наплавляемом металле. Оксид кальция, вводимый в количестве 10-12 мас.%, обеспечивает хорошую шлакообразующую функцию минерального сплава. Несоответствие содержания оксида кальция в минеральном сплаве для покрытий сварочных электродов указанному интервалу 10-12 мас.% приводит к плохой отделяемости шлаковой корки.

Введение оксида кремния в количестве менее 38 мас.% не обеспечивает устойчивость электрошлакового процесса и приводит к пористости шлаковой корки. Увеличение его содержания более 39 мас.% уменьшает роль в шлаке других компонентов и не позволяет выполнить техническое решение.

Оксид алюминия в составе минерального сплава для покрытий сварочных электродов обеспечивает благоприятное формирование сварного шва. Однако, его низкое содержание - менее 22 мас.%, не позволяет эффективно использовать его и возможно появление пористости. Содержание оксида алюминия более 24 мас.% хотя и допустимо, но делает предлагаемый минеральный сплав для сварочных электродов более тугоплавким, что отрицательно влияет на теплофизические свойства шлака.

Оксид магния вводят в состав минерального сплава для сварочных электродов из-за высокого содержания оксида кремния, обладающего гораздо более низкой температурой плавления. Содержание оксида магния в пределах 9-10 мас.% в совокупности с предложенной рецептурой минерального сплава для сварочных электродов обеспечивает оптимальную температуру плавления шлака в интервале 1350-1400°C в процессе сварки, что соответствует температурам плавления сварочных плавленых флюсов. Введение оксида магния в количестве менее 9 мас.% не позволяет достигать нижней температуры указанного интервала, а более 10 мас.% оксида магния приводит к превышению верхней границы данного температурного интервала.

Введение в расплав оксида натрия и/или калия (Na2O и/или K2O) в количестве 3-5% заметно повышает электропроводность шлака и не оказывает влияния на пористость сварного шва. Эффект от введения оксида натрия и/или калия в состав минерального сплава для сварочных электродов наблюдают при низких температурах в начале процесса наплавки, однако при высокой температуре (>1350°C) происходит их испарение, и соответственно, исчезает их воздействие на электропроводность шлака.

В лабораторных условиях проведены испытания различных составов разрабатываемого минерального сплава для покрытий сварочных электродов путем наплавки валиков на углеродистую сталь Ст3 с помощью автомата КА-1UP с использованием сварочной проволоки Св-08А ГОСТ 2246-70 диаметром 4 мм под слоем заявляемого минерального сплава, подготовленного к использованию по назначению. Режим наплавки: сварочный ток I=550 А, напряжение дуги U=30 В, скорость сварки Усв.=55 см/мин.

Оценка результатов испытаний произведена по внешнему виду наплавленного валика и шлаковой корки с определением дефектов - наружной пористости металла и шлаковой корки, а также по легкости отделения шлаковой корки с поверхности наплавленного валика. Испытанные составы минерального сплава для покрытий сварочных электродов и оценка результатов их испытаний приведены в таблице.

Составы минерального сплава для покрытий сварочных электродов и оценка результатов испытаний
Условная маркировка Содержание, мас.% Оценка результатов испытаний
SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2Ou/или Na2O
1 49,68 24,68 9,59 2,91 2,66 10,48 неудовл.
2 39,03 22,88 14,26 11,08 9,43 3,32 отл.
3 31,33 23,27 18,91 9,90 9,25 7,34 удовл.
4 37,87 24,35 14,10 10,06 9,66 3,96 отл.
5 38,43 22,09 12,14 11,89 10,44 5,01 отл.
6 40,39 20,45 17,20 8,48 8,39 5,09 удовл.
7 44,16 17,11 16,10 8,21 12,20 2,22 неудовл.

Из таблицы видно, что лабораторные образцы 2, 4 и 5 показывают отличные сварочно-технологические свойства: мелкочешуйчатое благоприятное формирование наплавляемого валика, плотную и ровную шлаковую корку, которая при охлаждении самостоятельно отделяется от поверхности наплавленного валика.

Сварочно-технологические свойства лабораторных образцов 3 и 6 хуже - плохая отделяемость шлаковой корки, которая при удалении частично ломается, крошится и остается в местах сопряжения валиков с основным металлом.

Лабораторные образцы 1 и 7 имеют неудовлетворительные результаты испытаний сварочно-технологических свойств, выражающиеся в неравномерном формировании наплавляемого валика и шлаковой корки с пористой поверхностью со стороны шва.

Лабораторные образцы 2, 4 и 5 дополнительно исследованы с помощью рентгеновского метода контроля: пористость в наплавленных валиках указанных образцов не обнаружена, несмотря на то, что для лабораторных образцов 2 и 5 определена пористость шлаковых корок.

Как видно из приведенных выше результатов испытаний образцов, предлагаемый минеральный сплав для покрытий сварочных электродов позволяет полностью исключить пористость в наплавляемых валиках даже в тех случаях, когда существуют признаки ее возможного появления - поры в шлаковой корке.

Взяв за базу рецептурный состав, описанный в патенте RU 2257987, опытным путем были получены электроды с упрощенной номенклатурой, состоящей из следующих компонентов:

Известняк 33,6
Минеральный сплав 16,4
Рутил 14,1
Плавиковый шпат 11,6
Полевой шпат 8,7
Ферромарганец 9,5
Каолин 6,1

Где минеральный сплав использовался условного обозначения №1, 2 и №3 как образцы с неудовлетворительной, отличной и удовлетворительной оценкой при наплавке валика под слоем минерального сплава. После проведения ручной дуговой сварки покрытыми электродами на токе 120А результаты по сварочно-технологическим свойствам были идентичны результатам после наплавки валика под слоем минерального сплава.

Таким образом, предлагаемая совокупность компонентов и интервалы их содержания обеспечивают получение нетоксичного и менее дорогостоящего минерального сплава для покрытий сварочных электродов основного типа, позволяющего полностью исключить пористость сварного шва при легко отделяемой шлаковой корке.

Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов основного типа, содержащий оксид кремния, оксид алюминия и оксид кальция, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксид железа(III), оксид магния и оксид натрия и/или оксид калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид кремния SiO2 38-39
Оксид алюминия Al2O3 22-24
Оксид железа Fe2O3 12-14
Оксид кальция СаО 10-12
Оксид магния MgO 9-10
Оксид калия и/или натрия (K2O и/или Na2O) 3-5



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано при автоматической сварке или наплавке под флюсом изделий из высоколегированных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса.
Изобретение может быть использовано при сварке изделий, работающих при отрицательных температурах. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: пылевидные отходы производства извести 33,9-44,5, пылевидные отходы производства ферросилиция 20,5-31,1, пылевидные отходы производства алюминия 22-27, жидкое стекло 8-13.
Изобретение может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.
Изобретение может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости.
Изобретение относится к пайке, а более конкретно, к флюсам для пайки и лужения особолегоплавкими припоями. .
Изобретение относится к электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности. .
Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.

Изобретение относится к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам. .

Изобретение относится к сварочной проволоке из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки стального оцинкованного листа. .
Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки изделий из 13% хромистых сталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенного износа и коррозионного воздействия. Стержень электрода выполнен из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,015, кремний 0,2-0,5, марганец 0,3-0,7, хром 11,5-13,5, никель 1,8-2,5, железо - остальное. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 35-40, двуокись титана 20-30, хром металлический 1-6, кремнефтористый натрий 5-15, никель 2-8, молибден 0,5-4, оксид редкоземельного металла 0,5-6, мрамор - остальное. Жидкое стекло калиево-натриевое к массе сухой смеси 20-28. Электроды обеспечивают высокую стойкость наплавленного металла или металла сварного соединения к образованию холодных трещин и прочностные характеристики наплавленного металла или металла сварного шва на уровне свариваемых 13%-хромистых сталей аустенитно-мартенситного класса при сохранении высоких показателей пластичности и ударной вязкости. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электродной проволоке, применяемой в электродуговой сварке. Для стабилизации дуги и увеличения срока службы контактного конца электродная проволока для использования в электродуговой сварке содержит металлическую основу электродной проволоки и твердый проводник на поверхностях данной металлической основы электродной проволоки. Данный твердый проводник содержит электропроводящее измельченное твердое вещество, состоящее из оксида металла, который сохраняется твердым и не реакционноспособным на воздухе при 1200°C. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил., 5 табл., 3 пр.

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки деталей и конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в строительной, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Электродное покрытие включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: известняк 29,2-35,8, плавленый компонент 16,4-23,9, рутил или диоксид титана 13,7-14,2, плавиковый шпат 10,8-12,8, полевой шпат 6,8-8,7, ферромарганец 6,9-9,5 и каолин 5,2-6,1. Плавленый компонент представляет собой синтетический минеральный сплав и включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 38-39, оксид алюминия 22-24, оксид железа (III) 12-14, оксид кальция 10-12, оксид магния 9-10, оксид калия и/или оксид натрия 3-5. Состав электродного покрытия основного типа, разработанный на основе доступного, недефицитного и недорого минерального сырья Пермского края, обеспечивает достаточно высокий уровень сварочно-технологических свойств электродов: легкое зажигание и стабильность горения дуги, полное предотвращение пористости металла сварного шва, получение легкоотделяемой шлаковой корки, качественное формирование сварного шва в различных пространственных положениях. 2 ил., 2 табл.
Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с интенсивными ударными нагрузками. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: карбид титана 9,4-10,0, феррохром 67,0-70,0, графит 3,2-4,0, жидкое стекло 15,0-20,0, соль щелочного металла и карбоксиметилцеллюлозы 0,4-1,0. Состав покрытия обеспечивает повышение его реологических свойств, снижение брака покрытия при производстве, транспортировке и хранении, а также снижение уровня выделения вредных веществ и повышение чистоты наплавленного металла по неметаллическим включениям. 1 табл.

Изобретение может быть использовано для термитной сварки, а также для получения термитного железа из его оксидов. Железоалюминиевый термит сформирован в виде гранул с использованием нитроцеллюлозы в качестве связующего, при этом он содержит, мас.%: алюминий 21-23, оксид железа 72-74, нитроцеллюлоза 2-6, флюс Nocolok 0,3-1,0. Термит обеспечивает спокойное протекание реакции горения без разброса исходной смеси. Применение нитроцеллюлозы в качестве связующего и флюса Nocolok позволяет улучшить процесс фазоразделения металла от шлака и увеличить выход чистого металла. 2 ил., 1 табл.
Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с интенсивными ударными нагрузками. Электродное покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 8,0-10,5, рутиловый концентрат 2,0-3,5, полевой шпат 2,5-3,5, карбид титана 20,5-22,5, графит 2,5,0-4,2, феррохром 16,0-18,0, ферромарганец 1,2-2,5, соль щелочного металла и карбоксиметилцеллюлозы 0,5-1,5, жидкое стекло 15,0-20,0, мрамор - остальное. Состав покрытия обеспечивает повышение его реологических свойств, снижение брака электродов при их производстве, транспортировке и хранении, а также снижение уровня выделения вредных веществ и повышение чистоты наплавленного металла по неметаллическим включениям. 1 табл.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 49,5-51,0, плавиковошпатовый концентрат 14,0-16,0, ферромарганец 5,0-7,0, ферросилиций 5,5-7,5, ферротитан 8,0-10,0, кварцевый песок 8,5-9,5, слюда 1,5-2,5, тальк 1,0-2,0, целлюлоза 1,0-1,5 и активированный порошок ферротитана с размером частиц до 25 мкм 0,3-0,5. Технический результат заключается в повышении сварочно-технологических свойств электродов и получении наплавленного металла шва высокого качества. 2 ил., 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных деталей и может быть использовано для обработки деталей, работающих в условиях абразивного износа ударных нагрузок, например для культиваторов, дисков, борон и лемехов. Способ нанесения металлокерамического покрытия на стальную деталь с использованием электрической дуги косвенного действия включает нанесение на упрочняемую поверхность детали металлокерамической пасты, нагрев до плавления металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали электрической дугой косвенного действия, возникающей между графитовыми электродами. При нагреве металлокерамической пасты и поверхностного слоя детали между графитовыми электродами и поверхностью детали создают разность потенциалов. Затем деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до температуры закалки, выдерживают при этой температуре и подвергают закалке в индустриальном или трансформаторном масле, после чего производят отпуск с остыванием на воздухе. В частных случаях осуществления изобретения при закалке деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 830°С и выдерживают при данной температуре в течение 5 мин. При отпуске деталь с нанесенным металлокерамическим покрытием нагревают до 185°С и выдерживают при данной температуре в течение 2 мин. Обеспечивается повышение твердости и износостойкости деталей за счет формирования на поверхности детали упрочненного металлокерамического слоя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано для электродуговой наплавки оборудования и инструмента, работающих в условиях термомеханического циклического нагружения, например деталей медеразливочных машин, прессового инструмента горячего деформирования, валков горячей прокатки. Порошковая проволока состоит из низкоуглеродистой стальной оболочки, выполненной из армко-железа, и порошкообразной шихты. Проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: хром 15-18; молибден 3-5,5; никель 2-6; марганец 2-4; ферросилиций 0,8-2,5; феррованадий 1,5-3,5; титан 0,5-1,0; алюминий 0,5-1,0; карбид бора 0,3-0,8; диборид титана 1,0-2,0; диборид циркония 0,5-1,5; кремнефтористый натрий 0,5-1,0; железный порошок 0,5-7,5; стальная оболочка - остальное. Наплавка порошковой проволокой с данным составом шихты может производиться в аргоне либо под фторидными флюсами. Наплавленный металл обладает высокой твердостью при хорошей пластичности, разгаростойкостью и износостойкостью, что позволяет значительно повысить стойкость прессового инструмента горячего деформирования в условиях длительного циклически изменяющегося температурно-силового воздействия. 2 ил., 2 табл.
Изобретение может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях металлургического оборудования, работающих в условиях сжатия и абразивного износа при температурах 600°C, например прокатных валков черновых и чистовых калибров, а также роликов подающих рольгангов. Порошковая проволока содержит, мас.%: стальная оболочка 67,0-68,0, ферромарганец 0,50-1,2, ферросилиций 1,0-1,75, феррохром 7,2-9,1, ферромолибден 1,5-2,3, феррованадий 0,6-0,8, углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства 0,70-1,20, железный порошок - остальное. Технический результат заключается в повышении износостойкости и твердости за счет снижения загрязненности стали неметаллическими оксидными включениям, в предотвращении образования холодных трещин в процессе наплавки и снижении содержания водорода в наплавленном металле за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты. 2 табл.
Наверх