Состав электродного покрытия

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик 933337 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (5 3 ) М. Кл.

В 23 К 35/365 (22) Заявлено 27, 11,80 (21) 3009057/25-27 с присоединениеат заявки J4—

Гооудвротванный квинтет

СССР пв делам изобретений н открытий (23) Приоритет

l (53) УДК 621. . 79 1.042,4 (088.8) Опубликовано 07.06.82, Бюллетень Рй2 1

Дата опубликования описания 10.06.82

А. С. Табатчиков, А. В. Пряхин, Л. Н, Бармин и П.,И. Иванов (72) Авторы изобретения

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. N. Кирова (7! ) Заявитель (54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к области сварки, в частности к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки малоуглероцнстых и низколегированных сталей.

Известны различные элетроаные покры5 тия, например состав (1$, -содеркатций следующие Компоненты, вес.%:

Мрамор 40-45

Плавиковый шпат 20-25 то

Рутиловый ксатцентрат 5-10

Ферромарганец 4-6 ферросилиций 2-5

Ферротит ан 6- 12

3$ . Никель 4-8

Хром 3-6

Ферромолибден 1-3

Алюминиевый порошок 1-3

Целлюлоза 1-4

Однако металл шва,выполненный известным электродом, имеет склонность к образованию трошин.

Наиболее близким по составу к изобретению является электродное покрытие(2),. содержащее следующие компоненты, вес.%:

Мрамор 35-45

Плавиковый шпат 20-25

Рутиловый ксатцентрат 5- 10

-Ферромарганец 4-6

Ф е рросилици и 2-5

Ферротитан 6- 12

Никель 38

Хром 2-6

Фе рро молибден 1-3

Целлюлоза 1-4

Фе рробор О, 1-3

Алюминиево-ма гниевая лигатура 1-3 .

Цирконовый концентрат 5-8

Однако металл шва, полученный иэвестным электродом, имеет склонность к образованию трещин и обладает недостаточно высокими сварочно-технологическими свойствами.

3 9333

Целью изобретения является улучшение сварочно-технологических свойств электродов и снижения склонности металла шва к образованию трещин.

Поставленная цель достигается тем, что состав электродного покрытия, содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутиловый кон« центрат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, ферромолибден, ферробор, никель и хром дополнительно содержит феррова- 30 наций, ферроиттрий и гематит при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Плавиковый шпат 5-11,6

Рутиловый концентрат 10,5-22

Ферромарганец 1,5-2,5 15

Ферросилиций 2-4, 5

Ферротит ан 0,4»4

Никель 12-32

Хром 1,5-7

Ф е рр о моли 6 ден 3,2-8,4 щ

Феррованадий 1, 1-4

Ферробор 0,03-2

Ферроиттрий 0,5»»4

Ге матит 4,7- 10,6

Мрамор Ост альное. 25

В качестве связующего материала при изготовлении электродного покрытия используется жидкое натриевое стекло в количестве 22-25% к весу сухой смеси.

Такое покрытие обеспечивает получение более высоких прочностных и пластических свойств сварных соединений без применения термической обработки. При сварке не требуется предварительный и сопутствуюший подогрев, обеспечивается высокая стабильность горения дуги, хоро35 шее формирование наплавленного металла, легкая отделяемость шлаковой корки и малое разбрызгивание.

Введение в состав электродного покрытия 12,32 вес.%никеля, 1,5-7 вес. Ь о 40 хрома, 3,2-8,4 вес.% ферромолибдена, 1,1-4 вес.% феррованадия (сановные легируюшие элементы) обеспечивает получение металла шва со структурой пластичного никелевого мартенсита, в котором

45 достигается достаточно высокая плотность свободных дислокаций. Наличие свободных дислскаций способствует релаксации нап- ряжений, возникающих в процессе охлаждения металла шва и околошовной зоны.

Пределы содержания указанных компонентов подобраны таким образом; чтобы структура направленного металла всегда представляла мартенсит замещения. При меньших содержаниях происходит образо- ы ванне массивного феррита (высокая температура .— с(. -превращения), гни больших содержаниях - присутствует оста37 4 точный аустенит (низкая температур

) cL — превращения), Никель является основным ле пирующим элементом, участвующим в образовании мартенсита замещения. Легированйе нике лем "нижает сопротивление кристаллической решетки железа движению свободных дислокаций и уменьшает энергию взаимодействия дислокации с атомами внедрения (углерода), поэтому облегчается релаксация напряжений и уменьшается склонность металла шва к хрупкому разрушению.

Верхнее содержание никеля ограничено тем, что ан снижая температуру начала — с1 - превращения, спссобствует появлению в структуре остаточного аустенита. Нижнее содержание никеля ограничено с целью исключить появленье в структуре массивного феррита, поскольку последний (подобно аустениту) резко снижает релаксационную способность материала при — ь cL -превращении и прочностные характеристики металла urea.

Хром при указанных содержаниях упрочняет одновременно матрицу и границы зерен, в связи с этим при возрастании прочности пластичность и ударная вязкость практически не меняются. Повышеннсе содержание хрома приводит к охрупчиванию границ зерен и межзеренных прослоек за счет появлэния избыточного количества карбидов, вследствие чего резко снижаются пластичность и ударная вязкость. При малых содержаниях никеля введение хрома способствует образованию мартенсита замещения,снижая температуру начала у — cL — превращения.

Ванадий и молибден, вводимые в виде феррованадия и ферромолибдена снижают температуру начала мартенситного j cLпревращения, связывают примесный углерод в карбиды и выводят его из твердого раствора. Необходимость связывания примесного углерода в карбиды и ограничения его содержания в металле шва до

0,09% вызвана тем, что углерод образует твердые растворы внепрения, которые блокируют дислокации. Закрепление дислокаций, вызваннсе атомами внедрения, повышает сопротивление пластической деформации и, следовательно, снижает релаксационную способность мартенсита. Кроме тог o, феррованадий и ферромолибден, введенные в указанных количествах совместно, улучшаю механические свойства сварного шва при комнатной и пониженных температурах. Введение их в больших количествах может привести к дисперсионному твердению мартенсита и появлению хрупкости

9333

Содержание 0,5-4,0 вес.% ферроиттрия в электродном покрытии позволяет повысить релаксационную способность мартенсита и механические свойства за счет очишения границ зерен от примесей, так как 5 иттрий, обладая высоким сродством к ки« слороду и сере, благоприятно изменяет состав, форму и расположение неметаллических включений в металле шва. Нижний предел ограничивается началом действия, а верхний - когда эффективность его становится максимальной при экономической .целесообразности.

Введение 0,4-4,0 вес.% ферротитана обеспечивает повышенную стойкость наплавленного металла к образованию гор чих трещин. Горячие трещины в металле шва без титана проходят по сульфидным цепочкам и пленкам. Титан видоизменяет, дезориентирует микроструктуру металла шва, способствует разрушению сульфидных включений. На стойкости наплавленного металла против образования горячих трещин наиболее благоприятно сказывается появление разобщенных, тугоплавких слож- » ных титанистых сульфидных фаэ (сульфидов, карбосульфидов титана и др), сравнительно равномерно распределенных по границам дезориентированных кристаллов, в их межосных пространствах. При Зо содержании ферротитана в покрытии более

4,0 вес.% в наплавленном металле появляются сложные титанистые фазы, которые колониями или группами оконтуривают границы первичных кристаллитов, что приводит к снижению стойкости против образования горячих трещин.

Ферробор, вводимый в количестве 0,032,0 вес.%, способствует измельчаппо зерен первичной кристаллизации. Ввиду черезвычайно малой растворимости бора в металлах и их сплавах (растворимость в

-железе не превышает 0,10%), а также способности бора как поверхностно-актив ного элемента обогащать границы зерен и другие места скоплений несовершенств кристаллического строения, образование боридов имеет место уже при очень малых содержаниях бора (0,001%). Образуя ту гоплавкие соединения с металлами, à ratsже с азотом и кислородом, бор, будучи активным раскислителем, одновременно действует как активный модификатор (особенно при совместном введении с титаном), измельчая зерно первичной кристаллизации. Измельчение зерна первич» ной кристаллизации наблюдается только при содержании бора в металле до:

0,1% (до 2,0 вес,% ферробора в покрь тии). При более высоких содержаниях бор способствует укреплению зерна и появлению боридной эвтектики, располагаюшейся по границам зерен, что йриводит к резкому снижению пластических свойств наплавленного металла.

С целью улучшения переноса электродного металла и снижения потерь на разбрызгивание в состав электродного покрытия вводится 4,7-10,6 вес.% гематита.

При плавлении стержня и электродного покрытия, содержащего окислы железа, резко уменьшается время существования капель, их размеры. Чем больше в покрытии окислов железа, тем более резко это проявляется,что связано со значит ельным снижением межфазного натяжения на границе шлак-металла. С увеличением содержания гематита в электродном покрытии перенос электродного:металла меняется or среднекапельного до мелкокапельного. Резко снижаются потери на разбрызгивание. Нижний предел содержания гематита определяется началом заметного влияния на уменьшение разбрызгивания, верхний предел - образованием в наплавленном металле оксидов, которые снижают пластичность и хладностойкость металла, а также способность сопротивляться зарождению и распространению трещин. 1,5-2,5 вес.% ферромарганца и 2,0-4,5 вес.% обеспечивают хорошее раскисление металла сварочной ван» ны и не оказывают побочного влияния на структуру и свойства металла шва. При укаэанных содержаниях получаются пропукты раскисления с относительно невысокой температурой плавления, что облег чает их коагуляцию и удаление на поверхность ванны.

Газошлаковая система, ссстоящая иэ мрамора, 5-11,6 вес.% плавикового шпата и 10,5-22 вес.% рутилового концент рата, обеспечивает надежную защиту и-хорошую отделяемость шлаковой корки, способствуют удалещгю из расплавленного металла газов и неметаллических включе ний. Данная гаэошлаковая система поэво ляет выполнять сварку в любом пространственном положении.

Таким образом, данное покрытие поэ воляет получить металл шва с улучшен ными сварочно-технологическими свойствами и механическими характеристиками. . Ha» плавленный металл получается со структу рой пластичного никелевого мартенсита, который обеспечивает релаксацию напряжений в шве и основном металле в проСнижение остаточных напряжений и lreформаций в 1,3-5 раз и улучшэние качества металла: шва приводит к улучшению эксплуатационной надежности сварной конструкции. Очень опасным является искажение расчетных геометрических сечений элементов и конструкций в цепом в результате деформаций. Это явление может привести к появлению неучтенных напряжений при эксплуатации конструкции и выходу ее из строя. Искажение формы трубопроводов и других изделий может существенно изменить эксплуатационные характеристики сварного изделия.

При сварке сосудов, работающих под давлением, в шве возникают растягивающие напряжения) остаточные плюс рабочие), равные или превышающие предел текучести, что приводит (при недостаточной информационной способности металла или наличии концентратов напряжений) к разрушению rlrBB или основного металла в околошовной зоне при эксплуатации cocyIsa. Высокие, остаточные напряжения являются также необходимым (силовым)компо7 933 цессе их охлаждения, что приводит к снижению уровня остаточных напряжений и деформаций в шве и сварной конструкции в целом.

Ниже приведены варианты выполнения предлагаемого состава электродного покрытия, не исключающие других в пределах формулы изобретения (табл. 1).

Данные варианты покрытий в сочетании с электродным стержнем из проволоки СВ-lo

08А обеспечивают получение направленного металла следующего химического со» става (табл, 2) в % на массе.

Лабораторные испытания по замеру деформации (стрелы прогиба) при наплавке валика на кромку пластины показали, что деформация при наплавке электродами с предлагаемым покрытием в

1,5-2 раза меньше, чем при наплавке электродами с известным покрытием (табл. 3), Кроме того, определялись коэффициенты разбрызгивания и замерялись остаточные напряжения в сварном стыковом соединении после сварки электродами с известным и предлагаемым покрытиями (табл. 3).

Проведейные испытания показали, что уровень остаточных напряжений и деформаций при сварке электродами с предлагаемым покрытием в 1,З-5 раз ниже, 30 а разбрызгивание электродного металла в 1,5-5,5 раз меньше, чем при сварке электродами с известным покрытием.

Применение электродов с данным покрытием позволит снизить трудоемкость сварной конструкции в 1,2-1,5 раза (в зависимости от сложности конструкции и ее назначения), Это достигается за счет снятия терм ообработок после сварки, правки, подгонки, подрубки и т.п. Например, Ю высокий отпуск сварных конструкций, по обьему своего применения значительно пре восходящий все остальные методы снижения напряжений, занимает по времени несколько часов, что нриводит к повышению трудоемкости изготовления сварной конструкции. Остаточные деформации в значительном большинстве случаев затрудняют сборку элементов сварных конструкций, а в отдел ных случаях делают ее невозможной без предварительной под ганки. Это усложняет технологгю и увеличивает трудоемкость. Например, после сварки тонких листов в результате потери устойчивости коробление настолько зна- Я чительно, что сваренные ранее пластины невозможно собрать между собой, не применив перед сваркой rrx правку, Отдель337 8 ные элементы сложных балочных кснструкций перед сборкой, как правило должны подвергаться правке, так как они не могут быть собраны иэ-за наличия больших зазоров от изгиба.

Трудоемкость снижается также и на стадии зачистки сварной конструкции от брызг электродного металла. На отдельных конструкциях время зачистки составляет 15-20% от времени ее сварки.

Использование электродов с предложенным покрытием повысит качество изготовления и снизит себестоимость сварной конструкции на 10 30%, так как снижаются потери электродного металла, отпадает потребность (частично или полнсстью) в оборудовании для термической обработки, правки, зачистки от брызг и обслуживающем er о персонале. Уменьша» ются припуски на механическую обработку деталей, TBK как возникающие в процессе сварки деформации заготовки требуют назначения повышенных припусков. Например, толщину стенок вала, который должен быть обработан после сварки снаружи и внутри, необходимо назначать большей на 5-10%, из-за появления углового излома в зоне кольцевого шва. Аналогичные случаи имеют место и в протяженных сварных деталях другого типа (тавры, двутавры, балки коробчатого сечения, сложные профили и т.д.).

Таблиц а 1

Компонент вариант 3

Плавикоыфй шпат

Рутиловый- концентрат

8эо

5,0

10,5

11,6

22,0

160

2,5

2,0

1,5

Фе рр омар ганец

Ферросилиций

Ферротитан

Никель

2,0

4,5

3,0

4,0

0,4

2,0

l2 0

32,0

23,0

4,0

1,5

7,0

Хром

8,4

8,4

3,2.Ферромолиб ден

Феррованадий

Ферробор

Ферроиттрий

Гематит

Мрамор

2,5

2,0

0,03

4,0

2,3

0,5

4э7

7,6

10,6

33,97

Таблиц а 2

Эле

0,63

0,41

0,32

М арганец

Кремний

Титан

Никель

0,65

0,30

0,09

0,14

0,01

4,47

8,38

12,03

0,47

1,16

1,35

2,31

Хром

2,12

0,71

Молибден

Ванадий

0,51

0,43

0,20

0,002

0,08

0,05

Sop

O;lO

0,06

0,01

Иттрий

Углерод

Железо

0,06 ост.

0,07

0,08 сот.

9 933337 10 нентом условий возникновения и развития И, наконец, снижение остаточных дехолодных технологических трещин в пе- формаций позволит улучшить внешний вид риод времени, непосредственно следующий изделия,что в основном относится к разпич за сваркой. ным листовым обшивкам машины и аппаратов.

933337

Таблица 31,35

2,9

Вари ант 1

Вариант 2, Вариант Э

135

0,97

1,03;

114

1,3

121

0,8

С известным покрытие м

134

1,98

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе, 1. Авторское свидетельство Сг СР

М 447236, кп. В 23 К 35/365, 1974.

2. Авторское свидетельство (ССР

М 535147, кл, В 23 К 35/365, 1975

{прототип).

Составитель Н. Козловская

Редактор Л, Утехина ТехредЕ.Харитончик Корректор А. Дзятко

Заказ 4022/17 Тираж. 1153 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Формула изобре тения

Состав электродного покрытия, преимущественно для сварки малоуглеродистых 20 и низколегированных сталей, содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, ферромолибден, ферробор, никель и хром, отличающийся тем, что, с целью улучшения сварочно-технологических свойств электродов и сниженйя склонности металла шва к образованию трещин, он дополнительно содержит феррованадий, ферроиттрий и гематит при следующем соЗВ отношении компонентов, вес.%:

Плавиковый шпат 5-11,6

Рутиловый концентрат 10, 5-22

Ферр омар ганец 1-э 5 -2 э -

Ферросилиций

Ферроти тая ферромолибден

Ферробор

Никель

Храм

Ф ер рована дий

Ферроиттрий

Гематит

Мрамор

24,5

0,44

3,2-8,4

О,О 3-2 12-32

1,5-7

1,1-4

О, 5-4

4,7- 10,6

Остальное