RU2082577C1

RU2082577C1 - Consumable electrode for electric arc welding and surfacing

Info

Publication number: RU2082577C1
Application number: RU95100198A
Authority: RU
Inventors: В.А. Аникаев; А.И. Уршанский; М.А. Лойферман; Г.А. Колесников; С.И. Чернышев
Original assignee: Производственное объединение "Ижсталь"; Научно-исследовательский институт металлургической технологии
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1997-06-27
Also published as: RU95100198A

Abstract

FIELD: welding; production of electrodes of composite wire using high melting metals. SUBSTANCE: consumable electrode for arc welding and surfacing is made in form of steel rod with core of diameter equal to 0.07-0.5 of electrode diameter. Core is made of high melting metal - titanium or zirconium. EFFECT: reduced value of critical current at which fine spray transfer of electrode metal is provided, simplified technology of production of consumable electrode. 1 tbl

Description

Изобретение относится к электродуговой сварке и наплавке, конкретнее к производству электродов, используемых для сварки металлоконструкций и при упрочнении и восстановлении быстроизнашиваемых деталей оборудования и инструмента. The invention relates to electric arc welding and surfacing, and more particularly to the production of electrodes used for welding metal structures and in the hardening and restoration of wear parts of equipment and tools.

Известна конструкция плавящегося электрода в виде стального стержня с покрытием из тугоплавкого металла, например из титана, который обеспечивает снижение разбрызгивания металла при сварке в среде углекислого газа за счет струйного переноса электродного металла (SU, авт. св. N 1061962, кл. B 23 K 35/02, 1983). A known design of a consumable electrode in the form of a steel rod coated with a refractory metal, for example, titanium, which reduces the spatter of the metal when welding in carbon dioxide due to the jet transfer of electrode metal (SU, ed. St. N 1061962, class B 23 K 35/02, 1983).

Известный электрод обладает недостатками: струйный перенос электродного металла достигается лишь на сварочном токе выше его критического значения. При диаметре известного электрода 2 мм и напряжении на дуге 30-32 В критическое значение тока составляет

. Столь высокое значение критического тока ограничивает реализации достигаемого преимущества известного электрода лишь при сварке металла больших толщин.The known electrode has disadvantages: the jet transfer of electrode metal is achieved only at the welding current above its critical value. With a known electrode diameter of 2 mm and an arc voltage of 30-32 V, the critical current value is

. Such a high value of the critical current limits the realization of the achieved advantage of the known electrode only when welding metal of large thicknesses.

Кроме того, покрытие из титана наносится на проволоку дорогостоящим методом вакуумного испарения, что существенно снижает экономическую эффективность известного электрода. In addition, a coating of titanium is applied to the wire by an expensive vacuum evaporation method, which significantly reduces the economic efficiency of the known electrode.

Технический результат изобретения снижение величины критического тока, а также упрощение технологии его изготовления. The technical result of the invention is the reduction of the critical current, as well as the simplification of the technology for its manufacture.

Результат достигается тем, что в плавящийся электрод для электродуговой сварки и наплавки, выполненный в виде стального стержня с использованием тугоплавкого металла, последний, согласно изобретению, введен в виде сердечника, диаметр которого составляет 0,07-0,5 диаметра электрода, при этом в качестве тугоплавкого металла использован титан или цирконий. The result is achieved in that in the consumable electrode for electric arc welding and surfacing, made in the form of a steel rod using refractory metal, the latter, according to the invention, is introduced in the form of a core, the diameter of which is 0.07-0.5 of the diameter of the electrode, while As a refractory metal, titanium or zirconium is used.

Титан и цирконий имеют более высокую температуру плавления, чем сталь и легко растворяются в расплавленном железе, поэтому в процессе сварки как в среде аргона, так и в среде углекислого газа, предлагаемым электродом, возникают физические процессы, вызывающие появление конуса на торце электрода и струйный перенос электродного металла при низких критических значениях тока. Titanium and zirconium have a higher melting point than steel and easily dissolve in molten iron; therefore, during the welding process both in argon and carbon dioxide, offered by the electrode, physical processes arise that cause the appearance of a cone on the end of the electrode and jet transport electrode metal at low critical current values.

В начальный момент горения дуги скорость плавления тугоплавкого сердечника ниже скорости плавления оболочки, поэтому сердечник выдвигается из торца электрода, образуя конус. Расплавленный металл оболочки стекает по поверхности конуса, растворяет в себе металл сердечника и переносится через дугу в виде струи. За счет растворения тугоплавкого металла, а также в связи с концентрацией тепловыделения на вершине конуса скорости расхода сердечника и плавления оболочки выравниваются. Таким образом возникает саморегулирующаяся система, стабильно поддерживающая конус на торце электрода и струйный перенос электродного металла в течение всего времени сварки. Обнаруженный эффект действует при изменении диаметра тугоплавкого сердечника в пределах от 0.07 до 0.5 диаметра электрода. Если диаметр сердечника меньше 0,07 диаметра электрода, то конус на торце электрода не возникает и при переносе электродного металла появляются короткие замыкания. При увеличении диаметра сердечника более, чем 0,5 диаметра электрода, сердечник выдвигается далеко от торца электрода, и перенос электродного металла становится крупнокапельным с короткими замыканиями. At the initial moment of arc burning, the melting rate of the refractory core is lower than the melting rate of the shell; therefore, the core extends from the end of the electrode, forming a cone. The molten shell metal flows down the surface of the cone, dissolves the core metal in itself and is transferred through the arc in the form of a jet. Due to the dissolution of the refractory metal, as well as in connection with the concentration of heat release at the top of the cone, the flow rates of the core and shell melting are equalized. Thus, a self-regulating system arises that stably supports the cone at the end of the electrode and the jet transfer of electrode metal throughout the entire welding time. The discovered effect acts when the diameter of the refractory core varies from 0.07 to 0.5 of the diameter of the electrode. If the core diameter is less than 0.07 of the diameter of the electrode, then the cone at the end of the electrode does not occur and short circuits appear during the transfer of the electrode metal. With an increase in the core diameter of more than 0.5 of the diameter of the electrode, the core extends far from the end of the electrode, and the transfer of the electrode metal becomes large-droplet with short circuits.

Сварочная дуга со струйным переносом электродного металла обладает наилучшими технологическими свойствами, так как обеспечивает минимальное разбрызгивание, бездефектный наплавленный металл и его хорошее формирование. Welding arc with jet transfer of electrode metal has the best technological properties, as it provides minimal spatter, defect-free deposited metal and its good formation.

Предлагаемый электрод изготовляется обычным методами прокатки и волочения проволоки из биметаллической заготовки, исключая дорогостоящие приемы последующей тщательной очистки ее поверхности и вакуумного нанесения на нее тугоплавких покрытий. The proposed electrode is manufactured by conventional methods of rolling and drawing wire from a bimetallic billet, eliminating the costly techniques of subsequent thorough cleaning of its surface and vacuum deposition of refractory coatings on it.

Тугоплавкие металлы титан и цирконий по сравнению с такими, как молибден, обладают повышенной пластичностью при нормальной температуре, и особенно при нагреве более 600^oC. Это повышает качество биметаллического электрода и упрощает технологию его изготовления.Refractory metals titanium and zirconium, compared with such as molybdenum, have increased ductility at normal temperature, and especially when heated above 600 ^o C. This improves the quality of the bimetallic electrode and simplifies the technology of its manufacture.

Титан и цирконий обладают высокой химической активностью в расплавленном состоянии, интенсивно взаимодействуя с кислородом и азотом, поэтому в металл шва переходит лишь 0,05-0,3 от их содержания в электроде, остальная часть в виде продуктов химического взаимодействия переходит в шлак. Это свойство данных тугоплавких металлов по сравнению с такими, как молибден, позволяет расширить область применения электродов с тугоплавким сердечником. Они могут применяться, например, для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, вместо таких проволок (Св 08ГСМТ, Св 15СТЮЦА, Св 20ГСТЮА), когда содержание титана и циркония в швах рационально лишь в малых количествах 0,01-0,2% для сварки аустенитных сталей типа X18H10T; для наплавки износостойких слоев типа 25X10Г10Т и др. Titanium and zirconium have a high chemical activity in the molten state, interacting intensively with oxygen and nitrogen, so only 0.05-0.3 of their content in the electrode passes into the weld metal, the rest in the form of chemical reaction products goes into slag. This property of these refractory metals in comparison with such as molybdenum allows us to expand the scope of application of electrodes with a refractory core. They can be used, for example, for welding low-carbon and low alloy steels, instead of such wires (Sv 08GSMT, Sv 15STYUTSA, Sv 20GSTUA), when the content of titanium and zirconium in the welds is rational only in small amounts of 0.01-0.2% for welding austenitic X18H10T steels; for surfacing wear-resistant layers such as 25X10G10T, etc.

Теплофизические, механические и химические свойства титана и циркония используются в изобретении для существенного улучшения технологических свойств электродов, упрощения технологии их изготовления. The thermophysical, mechanical and chemical properties of titanium and zirconium are used in the invention to significantly improve the technological properties of the electrodes and simplify their manufacturing technology.

Для испытаний электрода методом горячей прокатки и волочения из биметаллических заготовок были получены композиционные проволоки сплошного сечения диаметром 1,6 км, состоящие из тугоплавкого сердечника из титана или циркония и оболочки из сталей 08Г2С, 04Х19Н9 и У12А (см. таблицу). For testing the electrode by hot rolling and drawing from bimetallic billets, composite wires of a continuous cross section of 1.6 km in diameter were obtained, consisting of a refractory core of titanium or zirconium and a sheath of steel 08G2S, 04Kh19N9 and U12A (see table).

Опытные наплавки производили полуавтоматом в среде углекислого газа или аргона на постоянном токе обратной полярности. Процесс осциллографировали с помощью прибора С1-74, замеряли ток и напряжение на дуге. Скорость подачи проволоки изменяли в пределах от 100 до 500 м/ч, напряжение от 19 до 30 В, сварочный ток от 100 до

.Experimental surfacing was carried out semi-automatically in a carbon dioxide or argon atmosphere with a direct current of reverse polarity. The process was oscillographed using a C1-74 instrument; current and voltage across the arc were measured. The wire feed speed was varied from 100 to 500 m / h, voltage from 19 to 30 V, welding current from 100 to

.

Результаты опытов показали, что процесс сварки предлагаемым электродом характеризуется отсутствием коротких замыканий при частоте перехода капель от 170 до 320 1/С, отсутствием разбрызгивания как при сварке в аргоне, так и при сварке в среде углекислого газа. В отличие от известного электрода струйный перенос начинается при минимальных токах

и минимальном напряжении на дуге (17-19 В), причем сразу наблюдается максимальная частота перехода капель 300-320 1/С. С ростом напряжения частота перехода капель уменьшается до 170-180 1/С, но процесс также идет без коротких замыканий. При изменении диаметра тугоплавкого сердечника ниже 0,07 и более 0,5 диаметра электрода струйный перенос электродного металла нарушается.The results of the experiments showed that the welding process of the proposed electrode is characterized by the absence of short circuits at a droplet transition frequency of from 170 to 320 1 / C, the absence of spatter both during welding in argon and when welding in carbon dioxide. In contrast to the known electrode, the jet transfer begins at minimum currents.

and the minimum voltage across the arc (17-19 V), and the maximum drop transition frequency of 300-320 1 / C is immediately observed. With increasing voltage, the droplet transition frequency decreases to 170-180 1 / C, but the process also proceeds without short circuits. When the diameter of the refractory core is changed below 0.07 and more than 0.5 of the diameter of the electrode, the jet transfer of the electrode metal is violated.

Химический анализ четвертого слоя наплавленного металла показал, что при использовании оболочки из стали 08Г2С содержание титана и циркония составляет 0,014-0,020% что соответствует их содержанию в проволоках (Св 08ГСМТ, Св 15 СТЮЦА, Св 20ГСТЮА (ГОСТ 2246-70). Эти марки сварочных материалов могут быть получены в виде композиционной проволоки по изобретению. Chemical analysis of the fourth layer of deposited metal showed that when using a shell made of 08G2S steel, the content of titanium and zirconium is 0.014-0.020%, which corresponds to their content in the wires (Sv 08GSMT, Sv 15 STYUTSA, Sv 20GSTUA (GOST 2246-70). These are welding grades materials can be obtained in the form of a composite wire according to the invention.

При использовании оболочки из стали 04Х19Н9 и сердечника из титана доказана возможность получения композиционных электродов типа Х18Н10Т, 08Х20Н9Г7Т, так как содержание титана в наплавке составило 0,45% что соответствует требуемому. Опыты 4,5 (см. таблицу) подтвердили возможность получения композиционных электродов со струйным переносом, которые обеспечивают наплавку твердых высокоизносостойких слоев за счет использования высокоуглеродистой оболочки и материала сердечника, являющегося сильным карбидообразователем. Using a shell made of steel 04Kh19N9 and a core made of titanium proved the possibility of obtaining composite electrodes of the type X18H10T, 08Kh20N9G7T, since the titanium content in the surfacing was 0.45%, which corresponds to the required one. Tests 4,5 (see the table) confirmed the possibility of obtaining composite electrodes with jet transfer, which provide surfacing of hard highly wear-resistant layers through the use of a high-carbon shell and core material, which is a strong carbide former.

Испытания показали, что достигается снижение величины критического тока, при котором наблюдается струйный перенос электродного металла при сварке, а также упрощение технологии изготовления электрода с использованием тугоплавкого металла. Tests have shown that a reduction in the critical current is achieved at which there is jet transport of the electrode metal during welding, as well as a simplification of the manufacturing technology of the electrode using refractory metal.

Claims

A consumable electrode for electric arc welding and surfacing, made in the form of a steel rod using a refractory metal, characterized in that the refractory metal is introduced in the form of a core, the diameter of which is 0.07 0.5 of the diameter of the electrode, while titanium is used as refractory metal or zirconium.