Drut do spawania stali lukiem krytym, oraz topnik do spawania stali lukiem krytym Przedmiotem wynalazku jest stalowy drut i topnik do elastycznego, zwlaszcza samoczynnego, jednostron¬ nego lub dwustronnego spawania stali lukiem krytym. < W dotychczasowej praktyce spawalniczej znane sa trudnosci wystepujace przy elektrycznym spawaniu stali lukiem krytym, zwlaszcza stali o duzej wytrzymalosci na rozciagania, szczególnie przy jednostronnym lub dwustronnym samoczynnym spawaniu lukiem krytym. Przy stosowaniu znanych materialów, w wyniku intensywnego grzania, w spoinie powstaje ziarnista struktura krystaliczna, co w porównaniu z innymi sposobami spawania, daje mniejsza udamosc spoiny. Pogorszenie sie wlasnosci wytrzymalosciowych spoiny jest szczególnie widoczne w jednostronnym samoczynnym spawaniu lukiem krytym, kiedy zmienia sie ksztalt wtopu spoiwa, w stosunku do normalnego procesu spawania lukiem krytym, przez powiekszanie glebokosci wtopu i zmniejsze¬ nie szerokosci wtopu. Intensywnosc grzania sprzyja tworzeniu sie strefy likwidacyjnej, która wiaze sie z powstawaniem w srodku stopiwa obszaru kruchego. Strefa ta rozszerza sie gdy spoina krystalizuje poziomo i zmniejsza sie gdy spoina krystalizuje pionowo. Jesli odcinek spawany jest przetapiany równoczesnie od powierzchni czolowej do powierzchni tylnej arkusza blachy stalowej, to w nastepstwie spawania powstaja wielkie' naprezenia rozrywajace w spoinie, natychmiast po jej zakrzepnieciu w poblizu jeziorka metalu.Na koncu polaczenia arkuszy blachy stalowej wystepuja wielkie naprezenia szczatkowe i jednoczesnie odksztalcenia skrecajace, co wplywa na kruchosc spawanej stali. Dla poprawienia udarnosci spawanego materialu konieczne jest wiec usuniecie strefy likwidacyjnej ze spoiwa oraz ograniczenie naprezen szczatkowych i odksztalcen skrecajacych.Jak wiadomo, dla podwyzszenia punktu plyniecia i zwiekszenia wytrzymalosci na rozciaganie stal zawiera ilosci sladowe niobu lub wanadu. Stal taka, tania w produkcji ma wade, gdyz male ilosci tych dodatkowych skladników zdecydowanie szkodza spawal nosci. Niekorzystne jest duze rozpuszczenie sie wtopu w rodzimym2 76 746 materiale, co jest najbardziej niepozadane zwlaszcza przy spawaniu lukiem krytym, kiedy to wystepuje wiecej sposobnosci do wystepowania szkodliwych sladów skladników w spoinie na przyklad przy spawaniu recznym.Przy spawaniu lukiem krytym stali o tak wysokiej wytrzymalosci na rozciaganie, trudne jest wiec uzyskanie topnika o dobrej ciaglosci.Celem wynalazku jest opracowanie skladu materialów do jedno- lub dwustronnego, samoczynnego spawania lukiem krytym stali o wysokiej wytrzymalosci na rozciaganie przy zachowaniu wyzszej ciagliwosci i innych wlasnosci wytrzymalosciowych. < Chodzi o to, aby przez odpowiedni sklad golego drutu-elektrody do samoczynnego spawania lukiem krytym z jednoczesnym doborem skladu topnika, który uzyty lacznie z drutem daje spoiny pozbawione opisanych wad jakie wystepuja przy uzyciu znanych typowych materialów spawalniczych, których do spawania stali o wysokiej wytrzymalosci nie mozna bylo dotychczas stosowac.Cel ten osiagnieto w taki sposób, ze drut wedlug wynalazku zawiera 0,2 + 2,5% Mn, 0,002 + 0,05% Bi i 0,005 + 0,5% Ti, Al i/lub Zr, ponizej 5% Ni, ponizej 1,2% Mo i/lub ponizej 6% Cr.Topnik wedlug wynalazku sklada sie z mieszaniny proszku metalicznego i proszku topnikowego bez metalu. Proszek metaliczny zawiera 5 + 75% proszku zelaza, ponizej 5% Si, ponizej 10% Mn, przy czym ponad 80% skladników ma ziarnistosc mniejsza niz 8 oczek na 1 cm. Proszek topikowy bez metalu zawiera 15 + 60% MgO. 3 + 40% weglanów i szczawianów i reszte czynnika zuzlotwórczego który powinien miec zasadowosc po¬ wyzej 1,2 wyrazona stosunkiem tlenku zasadowego i tlenku kwasnego, przy tym powyzej 70% calego topnika ma ziarnistosc mniejsza niz 3 oczka na 1 cm.Zaleta stopiwa uzyskanego przez jedno- lub dwustronne samoczynne spawanie lukiem krytym za pomoca materialów wedlug wynalazku, jest drobnoziarnista struktura, wlasciwa jakosc i wlasciwy ksztalt szwu graniowego spoiny podpawanej a zwlaszcza zaleta materialów wedlug wynalazku jest znacznie wyzsza udarnosc spawanych czesci.W drucie, mangan wplywa na poprawienie wlasnosci mechanicznych wymaganych dla spawanej czesci i zapobiega kawitacji, a jego ilosc wynosi korzystnie 0,2—2,5%. Jezeli manganu dodaje sie ponizej 0,2%, wyzej wspomnianych efektów nie mozna uzyskac, natomiast gdy dodatek ten jest powyzej 2,5%, spawany metal jest anormalnie wzmocniony, majac przy tym zmniejszona odpornosc na pekanie. • Dodatek boru dziala wybitnie rozdrabniajaco na struktury spoiny i jezeli wystepuje on w ilosci powyzej 0,05%, zdarzaja sie poprzeczne pekniecia na powierzchni spoiny.Jezeli dodany jest Ti, Al lub Zr, dodany bor wiaze sie z atomem na BN. Jezeli Tl, Al i Zr dodane sa w ilosci ponizej 0,005%, dzialanie boru nie jest skuteczne i poza tym Bn wytraca sie w strukturze iglastej w krysztale i stad granice miedzy ziarnami krysztalu staja sie kruche.Gdy Ti, Al i Zr dodane sa w ilosci powyzej 0,5%, twardosc metalu wzrasta az staje sie on kruchy. Ponadto, jezeli do wspomnianych skladników dodatkowych dodane sa jeden lub kilka skladników Ni, Cr i/lub No, wyzej wymienione skutki sa nadal powiekszane. Oznacza to, ze jezeli taki dodatkowy skladnik jest dodany, wytrzymalosc jest podwyzszona w wysokiej temperaturze, a ciagiiwosc jest równiez poprawiona przy temperatu¬ rze pokojowej. Jednakze, jezeli jest dodany którykolwiek jeden lub wiecej skladników w ilosci: Ni powyzej 5%, Cr powyzej 6%, Mo powyzej .1,2%, spoina utwardzona w jednym lub drugim przypadku z takim wynikiem, ze wytrzymalosc staje sie bardzo wysoka. Z wielu wykonanych doswiadczen, Ni z wyzej wspomnianych skladni¬ ków byl uznany za dobry we wspólistniejacym dzialaniu z borem, a szczególnie przy jednostronnym, samoczyn¬ nym spawaniu lukiem krytym, dzialanie jest niezwykle widoczne. W ten sposób bor sam ma dzialanie takie, ze rozdrabnia strukture lana, ale aby uzyskac wyzej wspomniane wyniki przy jednostronnym samoczynnym spawaniu lukowym z mozliwie liniowa strefa likwidacyjna, niezbedny jest Ni w ilosci o wyzej wspomnianym zakresie.Drut zawiera skladniki normalnie bedace w skladzie stali takich, jak C, Si albo P, S, ale zakresy zawartosci sa: dla ponizej 0,2%, dla Si ponizej 0,5%, dla P ponizej 0,05% i dla S ponizej 0,05%.Proszek zelaza w topniku topionym w czasie spawania staje sie czescia spoiny. Na skutek tego temperatura stosowana podczas spawania moze byc zmniejszona, poniewaz topione zelazo podwyzsza temperature drutu: < Inaczej mówiac, jezeli proszek zelaza znajduje sie w topniku, to taka sama ilosc metalu bedzie uzyskana w procesie spawania lukiem krytym, obnizenia stosowanej temperatury jest nieduze, a jezeli zawartosc proszku zelaza jest powyzej 75%, mozliwosc regulowania jej staje sie gorsza, poniewaz zelazo osadza sie w postaci ferrytu a wielkosc ziaren ferrytowych krysztalów pozostaje w odwrotnej proporcji do temperatury. Jezeli domieszka taka, jak PeO, Fe203, Fe204, C, P, S zawarta w proszku jest zwiekszona, poprawienie udarnosci jest trudno osiagalne a nieraz wykluczone. Wskazane jest, zeby te domieszki zawieraly sie w przyblizeniu ponizej 10%.Ksztalt wtopu czesci spawanej zalezy w duzym stopniu od wielkosci ziaren proszku zelaza.Mn ma dzialanie podwyzszajace wytrzymalosc stopiwa bez zwiekszenia kruchosci i wykluczajace powsta¬ wania jam spawalniczych. Skutkiem tego, mala ilosc dodanego Mn moze byc niezbedna, jednakze ilosc Mn przekroczy 10%, to wysoka twardosc powoduje pekniecia.76 746 3 Si ma dzialanie glównie poprawiajace przenikliwosc promieni rentgenowskich, ale jezeli jego zawartosc jest wysoka, ziarna krysztalu staja sie chropowate, a to powoduje powstawanie pekniec i dlatego jego zawartosc musi byc nizsza niz 5%.Biorac pod uwage dodatkowe skladniki zawarte w topniku, pomijajac proszek zelaza, Mn i Si, przynajmniej 90% z nich powinno miec drobna ziarnistosc ponizej 8 oczek na 1 cm. Jezeli te ziarna beda ostre, czas przemiany dna stopiwa jest maksymalnie krótki i zdarza sie tendencja do segregacji przy jednostronnym, samoczynnym spawaniu, majacym gleboki wtop i duzy spadek temperatury w kierunku wtapiania, a zatem pozadany jest dodatek proszku stopowego o drobnym ziarnie.Wyzej wspomniane skladniki metaliczne uzywane w tym wynalazku moga byc dodawane w formie pojedynczych skladników albo stopu, a zatem, jezeli odpowiednio skladniki metaliczne oprócz zelaza sa dodawane jako stop zelaza, zawartosc zelaza w tym stopie powinna byc zawarta w ilosci proszku zelaznego. ' Skladniki topnika, oprócz proszku metalicznego sa zlozone z czynnika zuzlotwórczego, MgO i jednego lub kilku weglanów i szczawianów. Jezeli MgO wystepuje w ilosci ponizej 15%, lepkosc zuzla tworzonego przy spawaniu staje sie nadmiernia mala, a szczególnie przy jednostronnym, samoczynnym spawaniu, ksztalt wtopu staje sie typu grzybkowatego w wyniku tego, ze ziarna krysztalu daza do wzrastania poziomo w dolnej czesci od srodka grubosci plyty, i w rezultacie krucha strefa likwidacyjna tworzy sie w srodku spoiny. Jezeli MgO jest powyzej 60%, punkt plynnosci zuzla jest nadmiernie podwyzszony, i podczas prowadzenia jednostronnego samoczynnego spawania, niespodziewanie ksztaltowany jest scieg tzw. gruszkowaty. Jezeli punkt topnienia zuzla jest podwyzszony, wytwarzana ilosc zuzlu jest niewystarczajaca i reakcja chemiczna ze spoina nie czyni wystarczajacych postepów a ilosc pozostalego tlenu w topiwie jest niekorzystnie powiekszana. < Z kolei dalsze powstrzymywanie segregacji wyzej wspomnianych dodatkowych skladników zwiazanych w topniku, to jest zawarcie w topniku 3—40% jednego lub kilku weglanów i szczawianów dla wytwarzania gazu CO lub C02 przez wspomaganie ich cieplem spawania, daje pozytywne rezultaty. Jezeli CO lub C02 jest tworzony eksplozywnie w sasiedztwie stapianego jeziorka podczas spawania, stopiony metal jest wzburzany, to pomaga wyplywac drobnym tlenkom wytwarzanym w tym czasie. Jednakze, jezeli zawartosc jednego lub kilku z weglanów lub szczawianów jest ponizej 3%, lub powyzej 40% to efektów dzialania tych zwiazków nie bedzie. * Pozostalosc skladników topnika jest kombinacja czynnika zuzlotwórczego, normalnie stosowanego jak CaO Al203, Si02, TiOE itp. Jednakze jest konieczne dostosowanie zasadowosci wyrazonej stosunkiem zawartosci tlenku zasadowego do tlenku kwasnego, tak aby wypadla powyzej 1,0, jak do zasadowosci wszystkich skladników topnika. Jesli zasadowosc topnika jest utrzymana powyzej 1,0, istniejacy tlen jako drobne wtracanie w formie tlenku metalicznego, glównie w spoinie, moze byc zredukowany. Przebiega to tak, ze tlenek metaliczny (majacy nizszy punkt topnienia niz tlenek zelaza) istniejacy w formie skupisk wtracen niemetalicznych w srodku spoiny majacy nizszy punkt topnienia niz tlenek zelaza, ostatecznie krzepnie powodujac kruchosc i pekniecia. ' Jesli jednak zasadowosc jest dobrana powyzej 1,0 to wtracenia sa zredukowane. Ponadto, szybkosc reakcji skladników w odpowiednim polaczeniu jest poprawiana tylko przez rozdrobnienie topnika, tak zeby powyzej 70% skladu calego topnika moglo byc o ziarnistosci ponizej 3 oczek na 1 cm. Topnik zastosowany w tym wynalazku jest przystosowany do spawania, podczas którego jest on rozsiewny, po powierzchni obejmujacej wnetrze rowka rodzimego metalu, lecz moze byc równiez zastosowany jako topnik do sciegu wstecznego w styku z tylna powierzchnia rowka. « Przedmiot wynalazku dokladniej objasniono w opisie pieciu przykladów wykonania ilustrowanych rysunkiem, na którym fig. 1 <— przedstawia wykres wykazujacy rozklad naprezenia szczatkowego spawanej czesci, fig. 2 *— wykres wykazujacy wartosc odksztalcenia skretnego konca polaczenia spawanego, fig. 3; 4, 5 — przedstawiaja mikroskopowe fotografie ilustrujace zmiennosc struktury spawanego fragmentu w zaleznosci od obecnosci i nieobecnosci B i Ni, fig. 6«— przedstawia wykres wykazujacy efekt wspólistnienia B i Ni, fig. 7'—wykres wykazujacy zaleznosc miedzy iloscia zmieszanego proszku metalowego a szybkoscia napawania, fig. 8 *-przedstawia wykres wykazujacy zaleznosc miedzy iloscia zmieszanego proszku metalowego i wymaga¬ nym do spawania cieplem, fig. 9; 10,11 — przedstawiaja spoiny w przekroju poprzecznym do kierunku spawania, na którym pokazano ksztalt przenikania wtopu w spawana czesc i uklad rozwijania sie krysztalików, fig. 12, 13, 14 — przedstawiaja mikroskopowe fotografie spawanych materialami wedlug wynalazku czesci stalowych.Fotografie mikroskopowe przedstawiaja wnetrze stopiwa z jednostronnego, samoczynnego spawania przy jednowarstwowym wykonczeniu, o wysokiej 50 kg ciagliwoici i 30 mm grubosci, zawierajacego 1,2-1,3% Mn, 0,30-0,42% Si i 0,24-0,27% Mo. Fig. 3 pokazuje spawany material, który nie zawiera B i jego udarnosc wynosi 3,1 kgm, fig. 4 < pokazuje spawany material, który zawiera material z fig. 3 z dodatkiem 0,005% B i którego udarnosc wynosi 3,9 kgm, a fig. 5 pokazuje spawany material, zawierajacy 0,004% B i 0,9% Ni i posiadajacy udarnosc 8,5 kgm (przy —10° we wszystkich przypadkach).4 76 746 Jak pokazano na fig. 6; która podaje wykres, wykazujacy róznice efektów przy skladnikach w przypadkach miedzy spawaniem wielowarstwowym z krytym lukiem i jednostronnym, samoczynnym spawaniem (w odniesie¬ niu do ciagliwosci stopiwa przy 0°C), krzywa A pokazuje efekty jednostronnego spawania drutem typu Mn-Si-B-Ni, krzywa B wykazuje wplyw wielowarstwowego spawania drutem typu Mn-Si-Mo-B, i krzywa C wykazuje efekty spawania jednostronnego, samoczynnego drutem typu Mn-Si-Mo. Jak to widac wyraznie z wyników, szczególnie w jednostronnym, samoczynnym spawaniu, wspóldzialanie Ni iB w drucie staje sie bardzo skuteczne.Drut zawiera skladniki normalnie bedace w skladzie stali, takie jak C, Si lub P, S, lecz zakresy ich udzialów sa ponizej 0,2%, C, ponizej 0,5% Si, ponizej 0,05% P i ponizej 0,05 S.Fig. 7»wykazuje zaleznosc miedzy zawartoscia proszku zelaza i szybkoscia stapiania, kiedy material jest spawany przy pradzie 700 A i napieciu 33 V z szybkoscia 30 cm/min.Fig. 8 (wykazuje zaleznosc miedzy zawartoscia proszku zelaza, kiedy otrzymywane jest 100 gram spoiwa na minute w tych samych warunkach jak na fig. 7 otrzymania stalej ilosci spoiny. * Fig. 9 ^wskazuje fragment spawany i ksztalt przenikania wtopu fragmentu spawanego oraz uklad rozwijania sie krysztalików, w przypadku, kiedy stosunek ziarn grubszych niz 8 oczek/1 cm i drobniejszych niz 8 oczek/1 cm jest 50:50, wykazujac bardzo ostry ksztalt wtopu, w którym krysztal rozwija sie calkowicie poziomo, tworzac krucha strefe likwidacyjna w srodku spoiwa.Fig. 10 wskazuje fragment spawany i ksztalt przenikania wtopu fragmentu spawanego i uklad rozwijania sie krysztalów w przypadku kiedy stosunek ziarn grubszych niz 8 oczek/1 cm i drobniejszych niz 8 oczek/1 cm jest 20 :80, które na poczatku rozwijaja sie od dna ku górze. Jak pokazano na fig. 11, jezeli wymiar ziarna staje sie drobniejszy niz 20%, to krysztalik rozwija sie ku górze, tak, ze krucha strefa likwidacyjna w srodku staje sie skrajnie mala. » Przyklady stosowania wynalazku beda równiez opisane w kolejnosci, przy czym przyklady grupy A stosuja drut o skladzie wedlug wynalazku i topnik najkorzystniej dobrany z normalnie stosowanych, oraz grupy B drut i topnik o skladzie wedlug wynalazku. • Grupa A.Przyklad I. Spawanie w kombinacji z topnikiem spiekanym, normalnie stosowanym, przy uzyciu dwu elektrod i spawaniu jednowarstwowym po obydwu stronach rowka typu X z nastepujacymi warunkami: Pierwsze przejscie: przednia elektroda: 900 A—36 V tylna elektroda: 900 A-40 V 42 cm/min Drugie przejscie: przednia elektroda: 1200 A—36 V tylna elektroda: 1200 A-40 V 46 cm/min Wszystkie druty o srednicy 4,8 mm. i Badana blacha o grubosci 32 mm miala rowek X o kacie 70°, a sklad tej stalowej, grubej blachy podany jest w tabeli 1, sklad stosowanego topnika w tabeli 2, sklad chemiczny drutu w tabeli 3, a mechaniczne wlasnosci stopiwa w tabeli 4. « Tabela 1.Sklad chemiczny grubej blachy stalowej (%) Sklad Blacha C Mn Si P S Nb stalowa S1 0,18 1,43 0,48 0,921 0,023 0,053 Tabela'2; Ciezary skladników topnika (czesc) Rzadkie Tlenek Piasek Krzemian mate- magne- *Weglan krze sodu Topnik rialy klinkier wapnia Fluoryt Korund mowy Rutyl Si F1 33 16 tO 10 17 4 7 276746 5 Tabela 3. « Sklad chemiczny drutów elektrod (%) Sklad drutu C Mn Si B Ti Al Zr Ni Cr Mo W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15 W16 W17 W18 W19 W20 W21 0,07 0,06 0,09 0,07 0,11 0,08 0,13 0,12 0,06 0,07 0,15 0,09 0,12 0,07 0,08 0,14 0,06 0,07 0,07 0,06 0,07 0,85 0,95 0,70 0,86 0,99 1,12 1,10 1,26 0,65 0,72 0,84 0,60 1,05 1,15 1,15 1,40 1,75 1,63 1,19 1,10 0,90 0,15 0,14 0,16 0,16 0,17 0,14 0,20 0,13 0,15 0,16 0,15 0,19 0,13 0,12 0,19 0,21 0,16 0,14 0,16 0,14 0,16 - 0,001 0,002 0,008 0,015 0,022 0,010 0,012 0,029 0,035 0,016 0,048 0,050 0,065 0,007 0,009 - - 0,012 0,002 0,002 Tabela 4 Mechaniczne wlasnosci spoiny Uzyty drut -10°C Udarnosc (kgm) -20°C -30°C Wytrzymalosc na Wydluzenie rozciaganie Rr/kg/mmV (%) W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15 W16 3,4 3,5 8,6 12,6 15,5 16,0 13,3 14,5 14,1 16,9 16,3 9,8 11,8 13,2 12,2 11,9 3,0 3,1 6,9 10,9 14,0 14,7 10,9 11,5 12,2 14,7 15,1 7,7 8,8 9,7 10,1 10,6 2,6 2,5 5,3 9,1 11,7 11,6 9,2 9,8 10,8 12,4 12,8 6,9 7,6 7,7 8,6 8,8 60,1 60,9 59,5 59,8 61,6 63,2 63,2 64,4 62,5 63,3 62,7 63,9 64,6 68,2 66,4 67,2 27 26 27 27 26 25 26 24 25 25 25 24 23 20 22 21 0,23 0,005 0,005 0,05, 0,50 - 0,01 0,02 0,15 0,04 - - 0,04 - 0,51 0,02 - 0,08 - - - 0,05 - - 0,12 - 0,07 0,03 0,62 0,61 0,20 0,30 0,46 - 0,03 0,50 0,30 0,83 0,20 0,50 0,002 0,0026 76 746 » ? f l 1 W17 W18 W19 W20 W21 2 3,9 4.2 7,4 6,4 6,3 3 3,5 3,4 6.5 5,3 5,4 4 2,8 25 5,2 4,1 45 5 64,4 64,3 59,8 59,3 59,1 6 23 23 28 28 28 Przyklad II. Spawanie w kombinacji ze spiekanym topnikiem normalnie stosowanym przy jedno¬ stronnym spawaniu.Badana próbka blachy stalowej o grubosci 32 mm miala rowek X o kacie 40° ze strony przedniej, a 60° ze strony tylnej. Tabela 5 podaje ciezar skladników topnika (czesc), tabela 6—sklad chemiczny drutu, tabela 7 — udarnosc stopiwa. Sklad chemiczny badanej próbki jest taki sam jak w przykladzie I. Byla ona spawana jednostronnie za pomoca topnika, zawierajacego proszek zelaza i za pomoca podkladki miedzianej przy nastepujacych parametrach spawania: Przednia elektroda: 1400A-35V 32 cm/min tylna elektroda: 1200 A-43 V wszystkie druty sa o srednicy 4,8 mm.Topnikpodkladowy rozsiewany na podkladce miedzianej jest taki sam, jak podany w tabeli 5. l Tabela 5. ' Ciezary skladników mieszanki topnikowej (czesc) . Suro- Klinkier Weglan Tlenek Piasek Krzemian Proszek wiec magne- wapnia Fluoryt glinu krze-. Rutyl sodu Mn zelaza Topnik zjowy- mowy F2 33 16 10 10 17 4 7 4 45 Tabela 6.Chemiczny sklad drutu (%) Sklad Druty Mn Si B Ti Al Zr W22 W23 W24 W25 0,06 0,07 0,06 0,07 0,25 0,20 0,35 0,40 0,48 0,41 0,50 0,39 - 0,018 0,017 0,025 • - - 0,10 0,25 — - 0,20 0,10 0,0676 746 7 Tabela 7 Udarnosc spoiny (srednie z trzech spawanych metali) Stosowane druty W22 W23 W24 W25 -10° 2,8 6,8 8,6 9,8 Udarnosc (kgm) -20° 2.2 5,4" 6.9 8.2 -30° 1,8 4,2 5,6 6,3 Przyklad III. Spawanie po jednej stronie w kombinacji ze stopionym topnikiem, zawierajacym termoutwardzalna zywice. Badane próbki z blachy stalowej o grubosci 25 mm mialy brzegi zukosowane na Y o kacie rowka 40°. Tabela 8 podaje sklad grubej blachy stalowej, tabela 9 —sklad topnika, tabela 10 — sklad drutu i tabela 11 — przyklady udarnosci stopiwa. Warunki spawania byly nastepujace: przednia elektroda: 1200 A-24 V 40 cm/min tylna elektroda: ... 1200 A-40 V j (srednice drutów przednich i tylnych elektrod sa odpowiednio 4f8 mm i 6,4 mm).Tabela 8, » Sklad chemiczny grubej blachy stalowej {%) Sklad Blacha C stalowa Mn Nb S2 0,17 1,41 0,46 0,020 0,022 0,052 Tabela 9.Sklad topnika (%) Sklad Si02 MnO CaO Al* O* CaFa TiO* MgO Topnik F3 38 22 20 3 10 2 Tabela 10 l Chemiczny sklad drutu (%) Sklad Mn Si Ti Drut Al Zr W26 W27 W28 W29 0,08 0,07 0,09 0,07 1,85 1,90 1,88 1,86 0,03 0,03 0,04 0,03 - 0,017 0,016 0,035 - - 0,10 0,25 - - 0,20 0,15 0,058 76 746 Tabela 11. « Udarnosc spoiny (srednia z trzech spawanych metali) Stosowany Udarnosc (kgm) drut -10°C -20°C -30°C W26 3,6 2,9 2,1 W27 8,2 6,6 5,3 W28 9,9 8,3 7,0 W29 12,4 10,8 8,8 Jak wynika z tabeli 7 oraz z tabeli 11, jednostronne spawanie staje sie równowazne dwustronnemu, jednowarstwowemu spawaniu. Bardziej dokladnie mozna to ujac, ze udarnosc spoiny spawanej za pomoca drutu nie zawierajacego B jest bardzo niska, natomiast spoiny zawierajacej B jest dobra. Wartosc udarnosci spoiny spawanej za pomoca drutu, zawierajacego B i dowolny jeden lub kilka ze skladników Ti, Al i Zr jest jeszcze bardziej poprawiona w porównaniu z udamoscia metalu, zawierajacego tylko B.Przyklad IV. Spawanie przy uzyciu drutu, zawierajacego Ni, Cr i Mo. Stal odporna na niskie temperatury i stal wysokociagliwa, która jest stosowana dla wysokiej odpornosci na obciazenia dynamiczne przy graniczenie niskiej temperaturze, byla spawana przy zastosowaniu drutu z wymienionymi skladnikami, dla uzyskania dalej podanych wlasnosci mechanicznych spoiny.Badana próbka z blachy stalowej o grubosci 20 mm miala brzegi zukosowane na X o katach rowków 70° (z przedniej i tylnej strony). Tabela 12 podaje sklad chemiczny grubej blachy stalowej, tabela 13 —sklad topnika, tabela 14— sklad drutu, tabela 15 —wartosc udarnosci stali przy niskich temperaturach, a tabela 16 — mechaniczne wlasnosci stali odpornej na wysokie obciazenie dynamiczne. Tu zastosowano naturalnie stopiony topnik i nastepujace warunki spawania: Pierwsze przejscie: 690 A- 35 V 35 cm/minute (srednica drutu jest 4,8) Drugie przejscie: 780 A - 36 V Tabela 12 ! Chemiczny sklad grubej blachy stalowej (%) Sklad C Mn Si P S Ni Cr Mo Blacha stalowa (stal do pracy w niskich tem¬ peraturach) S4 0,11 0,55 0,27 0,013 0,010 3,28 (stal wysokociagliwa) S4 0,15 0,58 0,30 0,015 0,017 - 5,03 0,5176746 9 Tabela 13 Skladnik topnika (%) Sklad SiOa MnO CaO MgO AI^O* Ti02 CaF2 Topnik F4 40 21 19 5 3 2 10 Tabela 14.Sklad chemiczny drutu (%) Sklad druty C Mn Si B Ti Al Zr Ni Cr Mo W30 W31 W32 W33 W34 W35 W36 W37 W38 W39 W40 W41 W42 W43 W44 W45 0,12 0,09 0,10 0,11 0,10 0,09 0,11 0,10 0,12 0,12 0,12 0,13 0,12 0,13 0,12 0,13 1,90 1,90 1,85 1,95 2,00 1,93 2,10 2,02 1,98 2,35 2,31 2,29 2,35 2,50 2,41 2,30 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03 0,044 0,05 0,05 0,06 0,04 0,04 0,03 0,03 0,04 0,04 0,03 0,012 - 0,012 0,013 0,013 0,014 0.013 0,014 0,012 - 0,015 0,015 0,014 0,013 0,015 0,014 0,25 - 0,25 - - 0,15 0,20 0,25 - - - 0,20 0,35 0,10 - 0,05 0,05 - - 0,10 0,25 0,10 - 0,10 0,25 - - • - - 0,25 0,30 0,10 - - - 0,20 0,05 - 0,20 - 0,10 - - 0,05 - - 0,10 0,20 - 2,30 2,10 2,15 2,10 0,48 1,03 2,78 4,00 - - - - - - - — - - - - - - - - 1,42 1,39 1,38 2,40 3,35 4,50 6,00 - 0,60 0,55 0,88 1,20 0,52 0,55 0,50 0,54 0,51 0,49 0,49 0,50 0,49 0,30 0,11 Tabela 15 Udarnosc stali do pracy w niskich temperaturach (srednia . z trzech spawanych stali) Stosowany udarnosc (kgm) drut -50°C -80°C -100°C W30 W31 W32 W33 W34 W35 W36 W37 W38 5,6 3,8 8,9 9,1 9,4 7,0 8,4 9,5 10,5 4,1 2,2 6,5 6,7 6,8 4,9 6,3 7,2 8,7 2,8 1,1 5,6 5,8 6,1 3,8 5,2 6,0 6,7 Uwaga: Uzyto gruba biache. stalowa S-3.76 746 Tabe I a 16r < Mechaniczne wlasnosci stali wysokociagliwej (wyzarzana dla usuniecia naprezen przy 720-750°C).Stosowany Drut W39 W40 W41 W42 W43 W44 W45 Udarnosc +20°C 6,4 10,6 15,9 15,2 14,8 14,3 14,0 (kgm) 0°C 4,5 7.5 13,6 13,6 12,9 12,6 12,1 Próba rozciagania Wytrzymalosc na rozciaganie (kg/mm2) 60,6 61,0 61,4 63,2 65,3 67,4 69,2 Wydluzenie (%) 29 28 28 27 26 25 24 Uwaga: 1. Udarnosc byla wyliczona jako srednia z trzech stali, i 2. Zastosowano próbke S-4 do badan.Jak to widac z tabeli 4, gdy do metalu dodany jest w nieznacznej ilosci B i jeden lub kilka ze skladników Ti, Al i Zr, ciagliwosc jest znacznie wyzsza. Ciagliwosc drutów W13 i W14, zawierajacych tylko B wypada dobra, a w porównaniu z ciagliwoscia drutów W6 i W10, zawierajacych B i jeden lub wiecej z Ti, Al i Zr jest mniejsza, poniewaz ciagliwosc spoiny, spawanej drutami W6 i W10 jest jeszcze wyzsza niz metalu spawanego za pomoca drutów W13 i W14, nawet mimo tego, ze poprzednie zawieraja mniejsza ilosc B.Jak to widac z fotografii mikroskopowych (fig„8 spawanym za pomoca drutu W1 (fig. 8) nie zawierajacym ani S, Ti, Al ani Zr, natomiast nie istnieje prawie wcale ferryt w spoiwie spawanym za pomoca drutu W13, zawierajacym tylko B (fig. 9) i za pomoca drutu W10 (fig. 10), zawierajacego B i dowolny jeden lub kilka z Ti, Al i Zr dla uzyskania bardzo drobnych struktur. < Jest to oczywiste, ze azot, tlen, czy wegiel wplywaja ujemnie na ciagliwosc stopiwa. Nawet, gdy dodany jest tylko skladnik B, krysztaliki staja sie skrajnie drobne, lecz w wyniku ujemnego oddzialywania tych skladników, efekt B jest czesciowo zmniejszony i B sam w najwiekszej czesci wiaze sie z azotem zawartym w spoiwie, tworzac BN, który przyczynia sie do znacznego zmniejszania wplywu B. Dlatego, aby uzyskac wysoka ciagliwosc tylko z B, ilosc B musi byc zwiekszona, uwzgledniajac przy tym, ze wytrzymalosc na rozciaganie staje sie przy tym wysoka, co moze przyczynic sie czasami do pekania spoiwa. < Z drugiej strony, chociaz jeden lub kilka ze skladników Ti, Al i Zr ma silne Wlasnosci odkwaszania idenitracji, to nawet jesli sa one dodane do drutu nie zawierajacego B, ciagliwosc spoiny nie poprawia sie w ogóle, jak to widac z tabeli 4 dla drutu W17 i W18. Jednakze, jezeli mala ilosc jednego lub kilku z Ti, Al i Zr jest dodana do drutu zawierajacego B, to zabezpiecza przed laczeniem sie B azotem w zwiazek BN, w wyniku czego wplyw B staje sie wiekszy, a ujemny wplyw azotu na stopiwo zostaje prawie wyeliminowany.Jezeli dowolny skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Zr jest dodany do drutu zawierajacego B w wiekszej ilosci, jego wytrzymalosc na rozciaganie wzrasta, lecz jego udarnosc nie jest w takim stopniu poprawiona, jak to widac z tabeli 4 dla drutu W15 i W16. Innymi slowy, jesli skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Zr jest dodany do drutu zawierajacego B, ciagliwosc spoiny jest znacznie wyzsza, jednakze ich oddzialywanie i ilosc dodawana nie sa dokladnie w zaleznosci od siebie, to jest wieksze ich udzialy nie zapewniaja wiekszych efektów. Z drugiej strony, jest to calkowicie zrozumiale z porównania drutów W3, W7 i W10 z drutem W13 i W14 w tabeli 4. Im wiecej dodane B tym bardziej jest poprawiana ciagliwosc spoiny. Nawet, jesli sa dodane do drutu w niewielkiej ilosci jeden lub kilka ze skladników Ti, Al i Zr razem z B ciagliwosc spoiwa jest znacznie poprawiona, nawet gdy dodatek jest maly. W ten sposób, dodatek jednego lub kilku ze skladników Ti, Al i Zr nie moze nadmiernie wzmacniac spoiny pod wzgledem wytrzymalosci na rozciaganie, a moze eliminowac niebezpieczenstwo pekania metalu, mimo uzyskania jego wysokiej ciagliwosci. » W podsumowaniu wyników z tabeli 4, mozna stwierdzic ze dodatek 0,001% B do drutu nie ma wplywu na ciagliwosc spoiny, juz przy dodatku B powyzej 0,002%. Jednakze, jesli B dodane jest powyzej 0,050% wytrzymalosc na rozciaganie staje sie nadmiernie wysoka, co powodowac moze czasami jej pekanie. Jezeli dodaje sie razem powyzej 0,002% jednego lub wiecej ze skladników Ti, Al i Zr do drutu, zawierajacego ponad76746 11 0,002% B, ciagliwosc spoiny jest znacznie wyzsza. Jednakze jesli jeden lub kilka z Ti, Al i Zr jest dodany powyzej 0,50% w calosci, wytrzymalosc na rozciaganie jest nadmiernie podwyzszona.Jesli dodaje sie do drutu, zawierajacego B, jeden lub kilka z Ti, Al i Zr i jeden lub kilka z Mo, Ni, ich wspóldzialajacy efekt dalej poprawia ciagiiwosc spoiny. < Ponadto, jesli dodany do drutu nie zawierajacego B skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Tr, to nie daje on poprawy ciagiiwosci stopiwa. < Mo dodawane jest, aby podniesc wytrzymalosc i ciagliwosc spoiny, Ni dodawane jest, aby podwyzszyc ciagliwosc metalu w skrajnie niskiej temperaturze, a Cr dodawane jest, aby podwyzszyc wytrzymalosc metalu. < Jak to widac z tabeli 15, w miare wzrastania zawartosci Mo wedlug kolejnosci drutów.W32, W33 i W34, ich ciagiiwosci sa odpowiednio wzrastajace, w miare wzrastania Ni zgodnie z kolejnoscia drutów W35, W36, ich ciagliwosci sa odpowiednio wzrastajace, w miare wzrastania Ni zgodnie z kolejnoscia drutów W35, W36, W32, W37 i W38, ich ciagliwosci sa zgodnie wzrastajace. W porównaniu z drutu W31 z drutem W32, wynika wyraznie, ze ciagliwosc spoiny, spawanej przy drucie zawierajacym B i skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Zr jest wyzsza. < Jak to widac z tabeli 16, gdy wzrasta wartosc dodatku Cr, wytrzymalosc spoiny równiez odpowiednio wzrasta. Jak widac z porównania drutu 39 z drutem 40, ciagliwosc spoiny spawanej przy drucie W40, zawierajacym B, jest podwyzszona, a ciagliwosc spoiny spawanej przy drucie W41, zawierajacym B i skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Zr jest lepsza niz metalu spawanego za pomoca drutu W40. ' Jezeli B i skladnik jeden lub kilka z Ti, Al i Zr dodane sa do drutu razem z Cr, wytrzymalosc spoiny spawanej przy drucie moze byc podwyzszona bez obnizania ciagliwosci stopiwa.Grupa B.Przyklad V. Sklady rodzimego metalu grubych blach stalowych, topnika i drutu elektrody, zastoso¬ wanych w tym przykladzie sa podane w tabelach 17 i 18. < Tabela 17 • Chemiczny sklad grubej blachy stalowej (%) Sklad C 0,16 Mn 1,36 Si 0,44 P 0,021 S 0,017 Nb 0,047 Tabela 18, Zestaw skladników spiekanego topnika (%1 Klin- Pia- Szcza- Pro- Krze- Zasa- Wymiar Tlenek Sklad kier Weglan Fluoryt sek wian szek FeSi FeMn mian dowosc ziarna glinu magne- krze- wapnia zelaza sodu zjowy mowy F5 29,0 14,9 8,5 13,5 F6 9,1 16,5 9,4 4,0 5,3 F7 13,8 4,2 0,3 0,1 2,1 F8 18,3 6,2 3,4 3,0 10,8 1,6 3,2 4,5 2,46 85% po- 8,2 nizej 8 oczek 39,8 1,6 3,5 4,5 1,80 95% po- 6,5 nizej 8 oczek 69,8 2,1 3,9 3,6 7,90 90% po- 0,1 nizej 8 oczek 50,0 2,9 2,9 2,9 1,64 75% po- 9,1 nizej 8 oczek12 76 746 W tym przykladzie byl zastosowany proszek Fe-Si 95% ponizej 20 oczek sita, Fe-Mn w 98% ponizej 20 oczek sita i proszek zelaza w 85% ponizej 20 oczek sita.Próbka blachy stalowej o grubosci 32 mm, podanej w tabeli 17 i majacej rowek X o kacie 45° ze strony przedniej i kacie 60° ze strony tylnej, byla spawana spawem jednostronnym w kombinacji z topnikiem podanym w tabeli 18 i drutem podanym w tabeli 19. Otrzymane udarnosci i wytrzymalosci na rozciaganie sa podane w tabeli 20. Parametry spawania byly nastepujace: przednie elektrody: 1350 A-35 V 36 cm/minute tylna elektroda: 1100 A - 50 V Jednakze szybkosc spawania byla 24/cm/minute, kiedy stosowano topnik F16, natomiast byla 32 cm/min przy zastosowaniu topnika F19. « Tabela 19 » Sklad chemiczny drutów elektrod (%) Sklad Drut C Si Mn P S B Ti Zn Al Ni Cr Mo W46 W47 W48 W49 W50 W51 W52 W53 W54 W55 W56 W57 W58 W59 W60 W61 W62 W63 W64 W65 W66 W67 W68 0,04 0,10 0,08 0,12 0,13 0,10 0,12 0,06 0,08 0,12 0,18 0,10 0,12 0,09 0,07 0,06 0,10 0,10 0,12 0,14 0,10 0,12 0,13 0,24 0,13 0,18 0,20 0,45 0,02 0,08 0,01 0,10 0,08 0,58 0,12 0,10 0,08 0,12 0,10 0,06 0,03 0,24 0,21 0,14 0,03 0,12 2,24 1,38 0,98 0,64 1,95 1,95 3,20 0,12 0,84 0,94 1,24 0,94 0,21 1,15 1,18 1,15 1,38 1,21 1,08 1,05 0,78 0,64 0,64 0,018 0,016 0,021 0,018 0,031 0,018 0,014 0.018 0,015 0,018 0,012 0,017 0,016 0,018 0,021 0,021 0,016 0,024 0,028 0,012 0,021 0,025 0,017 0,012 0,013 0,016 0,016 0,012 0,015 0,013 0,012 0,012 0,012 0,010 0,014 0,012 0,015 0,014 0,016 0,015 0,014 0,018 0,010 0,012 0,016 0,014 0,003 0,021 0,010 0,048 0,008 0,036 0,021 0,021 0,0014 0,061 0,025 0,017 0,018 0,024 0,031 0,040 0,014 0,12 0,014 0,012 0,021 0,043 0,040 0,48 0,08 0,01 0,15 0,02 0,12 0,12 0,02 0,03 0,02 0,08 0,02 0,48 0,12 0,12 0,13 0,10 0,08 - 0,21 0,12 0,03 0,08 - 0,06 0,36 0,08 0,21 0,12 0,10 0,21 0,04 0,12 0,08 0,017 0,08 0,03 0,06 0,03 0,02 0,15 0,04 0,05 - 0,14 0,09 - 0,31 0,02 0,08 0,21 0,08 0,05 0,03 0,21 0,21 0,18 0,01 0,08 0,70 0,08 0,03 - - 0,18 0,12 0,14 - 0,11 4,8 3,9 3,1 2,4, 1,0 0,3 - - - - - - - 0,42 2,1B - - 1,5 - 0,83 3,14 4,52 0,02 - - - - - - - - - - - - - - - - 2,50 5,1 6,38 - - - - - - - - - - - - - - - - 0,6 1,1 1,3 - - - - - - 0,54 0,03 T a b eI a 20 Udarnosc i wytrzymalosc na rozciaganie spoiny Drut 1 Topnik 2 -10° 3 Udarnosc (kg/m) -20° 4 -30° 5 Wytrzymalosc Wydluzenie na rozciaganie % Rr/kg/mm* 6 7 W46 F7 7,8 5,6 4,3 61,2 27 W47 F7 8,1 6,1 4,8 60,3 2876746 13 1 2 3 4 5 6 7 W48 W49 W50 W51 W52 W53 W54 W55 W56 W57 W58 W59 W60 W61 W62 W63 W64 W65 W66 W67 W68 F7 F7 F6 F5 F7 F8 F8 F5 F7 F7 F6 F5 F6 F7 F7 F6 F7 F7 F6 F6 F7 6.8 7,3 6,4 5.9 4,5 2.8 3,6 4,5 3,3 6.6 6.9 4.8 6,4 5,5 6,4 5,8 7,8 5,2 5,5 5,0 4.9 4.3 wytworzone jamy 2.1 wytworzone pekniecie 2,8 3,1 2,5 5,1 5,5 4.0 4,5 5,0 wytworzone pekniecie 5,3 5,5 wytworzone pekniecia 5.5 4.1 33 3.5 3,6 2,5 1,6 2.1 1.9 1.6 35 3.9 3,6 3,3 33 4,5 4,7 5,5 573 58,2 603 51,2 65/4 673 613 56,4 67,1 613 64,5 70,4 613 62,4 61,3 63,3 60,9 28 29 24 24 23 27 24 21 24 26 24 18 24 24 27 27 24 Wartosc srednia 5,34,1 2,8 (Wartosci udarnosci otrzymywano jako srednie z pieciu próbek). PL