RU2070497C1

RU2070497C1 - Composition of electrode coating for welding of low-carbon steels

Info

Publication number: RU2070497C1
Application number: RU94023589A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бороненков; Н.П. Боровинская; Б.А. Кулишенко; А.В. Пряхин; А.С. Табатчиков; В.И. Шумяков; В.М. Язовских
Original assignee: Свердловская Ассоциация сварщиков
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-12-20

Abstract

FIELD: arc welding. SUBSTANCE: electrode coating contains (mass %): marble 8-20, kaolin 15-23, talc 2-10, cellulose 2-3.5, ferromanganese 7-15, ferrotitanium 1-5, graphite 0.5-2.5, ilmenite concentrate the rest. Ratio of kaolin and ilmenite concentrate is 0.4-0.5, ratio of graphite, ferrotitanium and said ilmenite concentrate being 1;(1.9-2.1):(20-70) respectively. Total content of talc and kaolin is 24-26 %. EFFECT: improves stability of burning of arc. 2 tbl

Description

Изобретение относится к сварке, в частности к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых сталей в монтажных и ремонтных условиях во всех пространственных положениях, в том числе по не зачищенным от ржавчины, краски и других загрязнений поверхностям. The invention relates to welding, in particular to welding materials, namely, electrodes for manual arc welding of low carbon steels in installation and repair conditions in all spatial positions, including surfaces not cleaned from rust, paint and other contaminants.

Известен электрод для сварки низкоуглеродистых сталей (а.с. N 1706821, кл. В 29 К 35/365, 1992). Покрытие этого электрода содержит следующие компоненты, мас. Known electrode for welding low carbon steels (and.with. N 1706821, class. In 29 To 35/365, 1992). The coating of this electrode contains the following components, wt.

Полевой шпат 6-11
Мрамор 3-7
Ферромарганец 5-20
Целлюлоза 1-2,5
Рутиловый концентрат остальное,
причем отношение рутилового концентрата к полевому шпату составляет 6-11.Feldspar 6-11
Marble 3-7
Ferromanganese 5-20
Cellulose 1-2.5
Rutile concentrate rest,
moreover, the ratio of rutile concentrate to feldspar is 6-11.

Хотя применение этого электрода позволяет получить хорошее формирование сварного шва во всех пространственных положениях, однако он не пригоден для сварки по незачищенным поверхностям из-за образования большого количества пор. Although the use of this electrode allows you to get a good weld formation in all spatial positions, however, it is not suitable for welding on uncleaned surfaces due to the formation of a large number of pores.

Наиболее близким является электрод для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей (а.с. N 933336, кл. В 23 К 35/365, 1982), состав электродного покрытия которого содержит следующие компоненты, мас. The closest is the electrode for welding low-carbon and low alloy steels (A.S. N 933336, class B 23 K 35/365, 1982), the electrode coating composition of which contains the following components, wt.

Ильменитовый концентрат 40-50
Мрамор 6-14
Ферромарганец 12-20
Тальк 4-12
Целлюлоза 1-3
Каолин 2-6
Железная руда 4-12
Ферротитан 4-10
Недостатком известного электрода является недостаточная стабильность горения дуги в различных пространственных положениях, что не позволяет качественно формировать сварной шов в вертикальном и потолочном положениях. Кроме того, при сварке в монтажных и ремонтных условиях, где не всегда возможно произвести зачистку свариваемых поверхностей, применение таких электродов не обеспечивает качественного шва.Ilmenite concentrate 40-50
Marble 6-14
Ferromanganese 12-20
Talcum 4-12
Pulp 1-3
Kaolin 2-6
Iron ore 4-12
Ferrotitanium 4-10
A disadvantage of the known electrode is the lack of stability of arc burning in various spatial positions, which does not allow to form a weld in a vertical and ceiling position. In addition, when welding in installation and repair conditions, where it is not always possible to clean the surfaces to be welded, the use of such electrodes does not provide a high-quality seam.

Задачей изобретения является повышение качества сварных швов при сварке в любых пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям, а также повышение стабильности горения дуги. The objective of the invention is to improve the quality of welds during welding in any spatial position, including on uncleaned surfaces, as well as increasing the stability of arc burning.

Цель изобретения достигается тем, что состав электродного покрытия для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и покрытия, содержащего мрамор, каолин, тальк, целлюлозу, ферромарганец, ферротитан, ильменитовый концентрат, согласно изобретению дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас. The purpose of the invention is achieved in that the composition of the electrode coating for welding low carbon steels, consisting of a steel rod and a coating containing marble, kaolin, talc, cellulose, ferromanganese, ferrotitanium, ilmenite concentrate, according to the invention additionally contains graphite in the following ratio, wt.

Мрамор 8-20
Каолин 15-23
Тальк 2-10
Целлюлоза 2,0-3,5
Ферромарганец 7-15
Ферротитан 1-5
Графит 0,5-2,5
Ильменитовый концентрат остальное
причем отношение содержания каолина к ильмениту составляет 0,4-0,5, суммарное содержание талька и каолина 24-26% а отношение графита, ферротитана и ильменитового концентрата составляет 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0).Marble 8-20
Kaolin 15-23
Talc 2-10
Cellulose 2.0-3.5
Ferromanganese 7-15
Ferrotitanium 1-5
Graphite 0.5-2.5
Ilmenite concentrate rest
moreover, the ratio of the content of kaolin to ilmenite is 0.4-0.5, the total content of talc and kaolin is 24-26% and the ratio of graphite, ferrotitanium and ilmenite concentrate is 1: (1.9-2.1) :( 20.0- 70.0).

Из патентной и научно-технической документации известны электроды для сварки низкоуглеродистых сталей, покрытия которых содержат незначительное количество графита для повышения технологических свойств и качества покрытия. Наличие свободного углерода в составе покрытия способствует увеличению объема газа и мощности газовой струи, ориентированной от электрода к ванне. Газы СО и СО₂ обеспечивают оттеснение паров минеральных масел и влаги в передней части сварочной ванны, уменьшая долю водородсодержащих газов в атмосфере дуги. Следовательно, в предлагаемом покрытии графит способствует решению поставленной задачи, а именно получению высокой плотности швов за счет уменьшения адсорбции водорода и азота металлом шва.From patent and scientific and technical documentation, electrodes are known for welding low-carbon steels, the coatings of which contain a small amount of graphite to improve the technological properties and quality of the coating. The presence of free carbon in the coating composition increases the volume of gas and the power of the gas stream, oriented from the electrode to the bath. Gases CO and CO ₂ provide the ousting of mineral oil vapors and moisture in the front of the weld pool, reducing the proportion of hydrogen-containing gases in the arc atmosphere. Therefore, in the proposed coating, graphite contributes to the solution of the problem, namely, to obtain a high density of the joints by reducing the adsorption of hydrogen and nitrogen by the weld metal.

В совокупности предлагаемых признаков существенное значение имеет соотношение графита, ферротитана и ильменита, так как графит наряду с вышеупомянутым положительным влиянием снижает окислительный потенциал дуги, замедляя процесс связывания водорода, который, как известно, является причиной пористости шва. In the aggregate of the proposed features, the ratio of graphite, ferrotitanium, and ilmenite is of significant importance, since graphite, along with the aforementioned positive effect, reduces the oxidation potential of the arc, slowing down the process of hydrogen bonding, which is known to cause weld porosity.

Выбранное соотношение компонентов 1:(1,9-2,1):(20,0-70,0) позволяет получить оптимальный вариант, а именно необходимый и достаточный окислительный потенциал атмосферы дуги при мощной газовой струе, способной оттеснить пары минеральных масел и влаги. The selected ratio of components 1: (1.9-2.1) :( 20.0-70.0) allows you to get the best option, namely the necessary and sufficient oxidation potential of the arc atmosphere with a powerful gas stream that can push back the vapors of mineral oils and moisture .

Наличие ильменита в составе покрытия приводит к появлению дополнительного количества кислорода в составе газовой фазы дуги, в то же время графит и ферротитан снижают окислительный потенциал дугового газа. В связи с этим для достижения поставленной цели должно иметь место определенное соотношение окислителя ильменита и раскислителей графита как высокотемпературного раскислителя и ферротитана как низкотемпературного раскислителя. The presence of ilmenite in the composition of the coating leads to the appearance of an additional amount of oxygen in the gas phase of the arc, while graphite and ferrotitanium reduce the oxidizing potential of the arc gas. In this regard, to achieve this goal, a certain ratio of the ilmenite oxidizing agent and graphite deoxidizers as a high-temperature deoxidizer and ferrotitanium as a low-temperature deoxidizer must take place.

На основании изложенного можно сделать вывод, что предлагаемый электрод является новым и соответствует изобретательскому уровню. Based on the foregoing, we can conclude that the proposed electrode is new and corresponds to an inventive step.

Повышение графита свыше 2,5% не желательно, так как это может снижать пластические свойства металла шва. An increase in graphite in excess of 2.5% is not desirable, as this can reduce the plastic properties of the weld metal.

Указанное в предлагаемом электроде количество шлакообразующих компонентов ильменитового концентрата 35-51% и каолина 15-23% обеспечивает образование шлаковой корки, равномерно покрывающей металл. Specified in the proposed electrode, the amount of slag-forming components of ilmenite concentrate 35-51% and kaolin 15-23% provides the formation of a slag crust uniformly covering the metal.

Наличие в указанных пределах ильменитового концентрата соответствует оптимальному окислительному потенциалу атмосферы дуги, что благоприятно для предотвращения водородных пор. Выбранное отношение каолина к ильменитовому концентрату в пределах 0,4-0,5 позволяет получить шлак, удерживающий ванну расплавленного металла на вертикальной и потолочной плоскостях, и обеспечить хорошее формирование металла шва без пор и раковин. The presence of ilmenite concentrate within the indicated limits corresponds to the optimal oxidation potential of the arc atmosphere, which is favorable for preventing hydrogen pores. The selected ratio of kaolin to ilmenite concentrate in the range of 0.4-0.5 allows you to get the slag holding the molten metal bath on the vertical and ceiling planes, and to ensure good formation of the weld metal without pores and sinks.

Количество каолина, вводимое в покрытие предлагаемого электрода, значительно выше, чем у известных. Это позволяет улучшить смачиваемость свариваемых поверхностей шлаком, за счет этого добиться "смывания" загрязнений гидроксидов железа, масла, краски, что способствует уменьшению пористости при сварке по незачищенным поверхностям. Введение каолина более 23% не желательно, так как в шлаке повышается концентрация SiO₂ настолько, что может вызвать относительное снижение вязкости шлака при охлаждении и, как следствие, неудовлетворительное формирование шва при сварке в вертикальном и потолочном положениях.The amount of kaolin introduced into the coating of the proposed electrode is significantly higher than that of the known ones. This allows us to improve the wettability of the welded surfaces by slag, due to this, to "wash off" the contaminants of hydroxides of iron, oil, paint, which helps to reduce porosity during welding on uncleaned surfaces. The introduction of kaolin of more than 23% is not desirable, since the concentration of SiO ₂ in the slag increases so much that it can cause a relative decrease in slag viscosity during cooling and, as a result, unsatisfactory weld formation during welding in the vertical and ceiling positions.

На этом же основании верхний предел содержания талька в покрытии ограничен 10% Количество вводимого талька определяет пластические свойства обмазочной массы. Введение талька менее 2% приводит к ухудшению прессуемости обмазочной массы. Для решения поставленной задачи оптимальным является суммарное содержание талька и каолина в пределах 24-26%
Введение карбоната кальция уменьшает парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе за счет разбавления атмосферы дуги продуктами диссоциации мрамора. Нижний предел содержания мрамора 8% определяется условиями отсутствия порообразования. Увеличение верхнего значения содержания мрамора более 20% ухудшает формирование сварного шва, приводит к повышению разбрызгивания металла.On the same basis, the upper limit of talc content in the coating is limited to 10%. The amount of talc introduced determines the plastic properties of the coating mass. The introduction of talc less than 2% leads to a deterioration of the compressibility of the coating mass. To solve this problem, the optimum is the total content of talc and kaolin in the range of 24-26%
The introduction of calcium carbonate reduces the partial pressure of molecular hydrogen in the gas phase due to dilution of the arc atmosphere by products of marble dissociation. The lower limit of the marble content of 8% is determined by the conditions of the absence of pore formation. An increase in the upper value of the marble content of more than 20% worsens the formation of the weld, leading to increased spatter of metal.

Ферромарганец вводится в шихту в количестве 7-15% и предназначен для раскисления и легирования направленного металла. Как известно, марганец упрочняет зерна феррита, однако введение ферромарганца менее 7% не эффективно, так как он энергично окисляется кислородом из атмосферы дуги. При введении его в шихту более 15% в связи с большими скоростями охлаждения при сварке в монтажных и ремонтных условиях возможно образование закалочных структур. Кроме того, увеличение содержания ферромарганца нецелесообразно по экономическим и экологическим соображениям, так как возрастает концентрация соединений марганца в аэрозолях и воздухе рабочей зоны, что требует дополнительных средств защиты органов дыхания. Ferromanganese is introduced into the charge in an amount of 7-15% and is intended for deoxidation and alloying of directional metal. As you know, manganese hardens ferrite grains, however, the introduction of ferromanganese less than 7% is not effective, since it is vigorously oxidized by oxygen from the atmosphere of the arc. When introducing it into the charge of more than 15% due to the high cooling rates during welding in installation and repair conditions, the formation of quenching structures is possible. In addition, an increase in the content of ferromanganese is impractical for economic and environmental reasons, since the concentration of manganese compounds in aerosols and air of the working area increases, which requires additional respiratory protection.

Ферротитан вводится в качестве раскислителя в количестве 1-5% Ферротитан как более активный раскислитель препятствует окислению марганца в сварочной ванне. Менее 1% его действие неэффективно, а свыше 5% нецелесообразно по указанной выше причине снижению окислительного потенциала газовой фазы дуги и появлению пор. Ferrotitanium is introduced as a deoxidizer in an amount of 1-5%. Ferrotitanium as a more active deoxidizer prevents the oxidation of manganese in the weld pool. Less than 1% of its effect is ineffective, and more than 5% is impractical for the above reason, to reduce the oxidation potential of the gas phase of the arc and the appearance of pores.

Целлюлозу вводят в состав электродного покрытия для улучшения пластических свойств обмазочной массы и создания газовой защиты наплавленного металла, а также сбалансированного равновесия между шлакообразующими и газообразующими компонентами, позволяющего предотвратить поры. Введение целлюлозы до 2,0% не дает положительного эффекта, введение же более 3,5% не вызывает дальнейшего улучшения пластических свойств массы, однако вследствие диссоциации целлюлозы увеличивается содержание водорода в атмосфере дуги, что приводит к образованию пор в сварном шве. Cellulose is introduced into the composition of the electrode coating to improve the plastic properties of the coating mass and create gas protection of the deposited metal, as well as a balanced equilibrium between the slag-forming and gas-forming components, which helps prevent pores. The introduction of cellulose up to 2.0% does not give a positive effect, the introduction of more than 3.5% does not cause further improvement of the plastic properties of the mass, however, due to the dissociation of cellulose, the hydrogen content in the arc atmosphere increases, which leads to the formation of pores in the weld.

Указанное количество компонентов и их соотношение позволило получить качественный сварной шов во всех пространственных положениях, в том числе по незачищенным поверхностям. The indicated number of components and their ratio made it possible to obtain a high-quality weld in all spatial positions, including along uncleaned surfaces.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения было изготовлено 5 партий электродов, состав обмазки которых приведен в табл. 1. For experimental verification of the proposed solution, 5 batches of electrodes were made, the composition of the coating of which is given in table. 1.

Для испытаний проводили сварку технологических образцов в нижнем, потолочном и вертикальном положениях по незачищенным поверхностям при I 150-160 A, U 22-23 B. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе (табл. 2). Как видно из таблицы, все электроды обеспечивают при сварке в нижнем положении удовлетворительные результаты. При сварке на вертикальной плоскости и в потолочном положении электродом 1 образующийся жидкотекучий шлак не обеспечивает удержания ванны расплавленного металла. При сварке электродом 5 появляется сильное разбрызгивание (оценка формирования 1 балл). Составы 3, 4 обеспечивают получение удовлетворительного формирования направленного металла с появлением незначительных наплывов или узкого валика. Лучшие результаты дает состав 2. Он позволяет получить хорошее формирование шва во всех пространственных положениях с образованием плотной шлаковой корки. При сварке по ржавчине, краске, следам масла лучшие результаты получены при составах 2, 3, 4. Следовательно, при сварке в монтажных и ремонтных условиях в различных пространственных положениях по незачищенным поверхностям можно применять электроды составов 2, 3, 4, но оптимальным является электрод состава 2. For testing, technological samples were welded in the lower, ceiling, and vertical positions on unprotected surfaces at I 150-160 A, U 22-23 B. The formation of deposited metal was evaluated using a three-point system (Table 2). As can be seen from the table, all electrodes provide satisfactory results when welding in the lower position. When welding on a vertical plane and in the ceiling position by the electrode 1, the resulting liquid slag does not provide retention of the molten metal bath. When welding with electrode 5, strong spatter appears (formation score of 1 point). Compositions 3, 4 provide a satisfactory formation of directional metal with the appearance of minor influxes or a narrow roller. Composition 2 gives the best results. It allows you to get a good weld formation in all spatial positions with the formation of a dense slag crust. When welding in rust, paint, oil traces, the best results were obtained with compositions 2, 3, 4. Therefore, when welding in installation and repair conditions in various spatial positions on unprotected surfaces, electrodes of compositions 2, 3, 4 can be used, but the electrode is optimal composition 2.

Оценку механических свойств проводили из условий: предел прочности σ_в 460-510 МПа, относительное удлинение 20-28% Испытания образцов 2, 3, 4 показали, что предел прочности и относительное удлинение находятся в вышеуказанных пределах.The mechanical properties were evaluated from the conditions: tensile strength σ _at 460-510 MPa, elongation of 20-28%. Tests of samples 2, 3, 4 showed that the tensile strength and elongation are in the above ranges.

Claims

The composition of the electrode coating for welding low carbon steels, including marble, kaolin, talc, cellulose, ferromanganese, ferrotitanium, ilmenite concentrate, characterized in that the coating additionally contains graphite in the following ratio of components, wt.

Marble 8 20
Kaolin 15 23
Talc 2 10
Cellulose 2 3.5
Ferromanganese 7 15
Ferrotitanium 1 5
Graphite 0.5 2.5
Ilmenite concentrate
the ratio of kaolin to ilmenite concentrate is 0.4 0.5, graphite, ferrotitanium and ilmenite concentrate are taken in a ratio of 1: (1.9 2.1) and (20 70), and the total content of talc and kaolin is 24 26 %