RU2254973C2

RU2254973C2 - Welding electrode coating

Info

Publication number: RU2254973C2
Application number: RU2003118993/02A
Authority: RU
Inventors: Д.П. Чепрасов (RU); Д.П. Чепрасов; С.В. Кравченко (RU); С.В. Кравченко; В.П. Петров (RU); В.П. Петров; А.А. Ананьин (RU); А.А. Ананьин
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-06-27

Abstract

FIELD: manufacture of electrodes for welding carbon steels.

SUBSTANCE: coating includes next relation of components, mass. %: ilmenite concentrate, 37 -39; cellulose, 1.5 -2.0; wollastonite, 37 =39; ferrosilicomanganese, 15.0 - 16.6; magnesite, 5 -9. Coating provided lowered quantity of harmful impurities such as sulfur and phosphorus in surfaced metal.

EFFECT: enhanced welding properties, improved mechanical properties of electrode.

3 tbl

Description

Изобретение относится к области сварки углеродистых сталей, в частности к покрытиям электродов, применяемых для сварки.The invention relates to the field of welding of carbon steels, in particular to coatings of electrodes used for welding.

Известно покрытие электрода для сварки углеродистых сталей, содержащее ильменит, мрамор, каолин, полевой шпат, ферромарганец, ферросилиций, целлюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%: ильменит 35-36; мрамор 8-12; каолин 9-10; полевой шпат 21-24; ферромарганец 14-15; ферросилиций 1-2; целлюлоза 1,5-2,0 (см. патент РФ №2124426, МПК⁶ В 23 К 35/365).Known electrode coating for welding carbon steels containing ilmenite, marble, kaolin, feldspar, ferromanganese, ferrosilicon, cellulose in the following ratio of components, wt.%: Ilmenite 35-36; marble 8-12; kaolin 9-10; feldspar 21-24; ferromanganese 14-15; ferrosilicon 1-2; cellulose 1.5-2.0 (see RF patent No. 21424626, IPC ⁶ V 23 K 35/365).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является покрытие электрода для сварки углеродистых сталей, содержащее ильменитовый концентрат, целлюлозу, тальк, ферромарганец и мрамор при следующем соотношении компонентов, мас.%: ильменитовый концентрат 38,6-41,2; целлюлоза 1,3-1,5; тальк 36,5-37,7; ферромарганец 16,2-17,0; мрамор 5,2-6,2 (см. авторское свидетельство СССР №2138379, МПК⁶ В 23 К 35/365).Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result (prototype) is an electrode coating for welding carbon steels containing ilmenite concentrate, cellulose, talc, ferromanganese and marble in the following ratio of components, wt.%: Ilmenite concentrate 38.6-41, 2; cellulose 1.3-1.5; talcum powder 36.5-37.7; ferromanganese 16.2-17.0; marble 5.2-6.2 (see USSR author's certificate No. 2138379, IPC ⁶ V 23 K 35/365).

Общим недостатком описанных покрытий электродов для сварки являются низкие сварочно-технологические свойства, а также относительно высокое содержание вредных примесей в наплавленном металле, таких как сера и фосфор, что отрицательно сказывается на качестве сварного шва.A common disadvantage of the described electrode coatings for welding are low welding and technological properties, as well as the relatively high content of harmful impurities in the deposited metal, such as sulfur and phosphorus, which negatively affects the quality of the weld.

Предлагаемым изобретением решается задача улучшения сварочно-технологических свойств электродов для сварки и снижения содержания вредных примесей в наплавленном металле.The present invention solves the problem of improving the welding and technological properties of electrodes for welding and reducing the content of harmful impurities in the weld metal.

Для достижения указанного технического результата покрытие электрода для сварки, содержащее ильменитовый концентрат и целлюлозу, дополнительно содержит волластонит, ферросиликомарганец и магнезит при следующем соотношении компонентов, мас.%:To achieve the specified technical result, the coating of the electrode for welding, containing ilmenite concentrate and cellulose, additionally contains wollastonite, ferrosilicon manganese and magnesite in the following ratio of components, wt.%:

ильменитовый концентрат - 37-39ilmenite concentrate - 37-39

целлюлоза - 1,5-2,0cellulose - 1.5-2.0

волластонит - 37-39wollastonite - 37-39

ферросиликомарганец - 15,0-16,5ferrosilicon manganese - 15.0-16.5

магнезит - 5-9.magnesite - 5-9.

Улучшение сварочно-технологических свойств и снижение содержания вредных примесей в наплавленном металле обеспечиваются за счет введения в покрытие волластонита, содержащего в своем составе основной оксид СаО. При этом одновременно сохраняются показатели механических свойств наплавленного металла (таблицы 2, 3).Improving welding and technological properties and reducing the content of harmful impurities in the weld metal are provided by the introduction of wollastonite, which contains the main oxide CaO, into the coating. At the same time, indicators of the mechanical properties of the deposited metal are simultaneously preserved (tables 2, 3).

Изменение состава предложенного покрытия в сторону уменьшения менее минимального и в сторону увеличения более максимального содержания любого из входящих в него компонентов приводит к ухудшению свойств электродов.Changing the composition of the proposed coating in the direction of decreasing less than the minimum and in the direction of increasing more than the maximum content of any of its constituent components leads to a deterioration in the properties of the electrodes.

Содержание в покрытии электрода ильменитового концентрата, составляющего 37-39 мас.%, является оптимальным, так как обеспечивает хорошую кроющую способность шлака и хорошее формирование сварного шва. Уменьшение содержания ильменитового концентрата ниже 37 мас.% приводит к ухудшению кроющей способности шлака и формирования сварного шва, а увеличение содержания ильменитового концентрата свыше 39 мас.% приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла.The content in the electrode coating of ilmenite concentrate, comprising 37-39 wt.%, Is optimal, as it provides a good hiding power of the slag and good formation of the weld. A decrease in the content of ilmenite concentrate below 37 wt.% Leads to a deterioration in the opacity of the slag and the formation of a weld, and an increase in the content of ilmenite concentrate over 39 wt.% Leads to a decrease in the toughness of the deposited metal.

Содержание в покрытии целлюлозы в количестве 1,5-2,0 мас.% является оптимальным потому, что она поддерживает на должном уровне надежную газовую защиту сварочной ванны, необходимую для предотвращения пористости наплавленного металла. Введение целлюлозы в количестве менее 1,5 мас.% приводит к ухудшению газовой зашиты сварочной ванны и, следовательно, к образованию пор в наплавленном металле. Введение целлюлозы в количестве более 2,0 мас.% приводит к повышению содержания водорода в газовой атмосфере дуги и к дополнительной загазованности окружающей среды, в частности рабочего места сварщика.The content in the coating of cellulose in an amount of 1.5-2.0 wt.% Is optimal because it maintains the reliable gas protection of the weld pool, necessary to prevent porosity of the deposited metal. The introduction of cellulose in an amount of less than 1.5 wt.% Leads to a deterioration of the gas protection of the weld pool and, therefore, to the formation of pores in the weld metal. The introduction of cellulose in an amount of more than 2.0 wt.% Leads to an increase in the hydrogen content in the gas atmosphere of the arc and to an additional gas contamination of the environment, in particular the welder’s workplace.

Содержание в покрытии электрода волластонита в количестве 37-39 мас.% является оптимальным, так как обеспечивает уровень сварочно-технологических свойств и приводит к снижению в наплавленном металле вредных примесей - серы и фосфора. Волластонит - недорогой, недефицитный компонент покрытия, являющийся местным сырьем. Уменьшение содержания волластонита ниже 37 мас.% не обеспечивает образования шлаковой корки, равномерно покрывающей металл сварного шва, а увеличение содержания волластонита выше 39 мас.% приводит к ухудшению формирования сварного шва.The content in the coating of the wollastonite electrode in an amount of 37-39 wt.% Is optimal, since it provides a level of welding and technological properties and leads to a decrease in harmful impurities in the deposited metal - sulfur and phosphorus. Wollastonite is an inexpensive, non-deficient coating component, which is a local raw material. A decrease in the content of wollastonite below 37 wt.% Does not provide the formation of a slag crust uniformly covering the weld metal, and an increase in the content of wollastonite above 39 wt.% Leads to a deterioration in the formation of the weld.

Ферросиликомарганец в количестве 15,0-16,5 мас.% введен в состав покрытия в качестве раскислителя и легирующего компонента для обеспечения необходимых механических свойств наплавленного металла. Введение ферросиликомарганца в количестве, меньшем 15,0 мас.%, приводит к уменьшению прочности наплавленного металла, а введение этого компонента в количестве, большем 16,5 мас.%, приводит к неоправданному повышению прочности и снижению пластичности наплавленного металла.Ferrosilicon manganese in the amount of 15.0-16.5 wt.% Introduced into the coating composition as a deoxidizing agent and alloying component to provide the necessary mechanical properties of the weld metal. The introduction of ferrosilicon manganese in an amount less than 15.0 wt.%, Leads to a decrease in the strength of the deposited metal, and the introduction of this component in an amount greater than 16.5 wt.%, Leads to an unjustified increase in strength and a decrease in the ductility of the deposited metal.

Содержание в покрытии магнезита сырого в количестве 5-9 мас.% является оптимальным вследствие того, что оно определено из условия обеспечения надежной газовой защиты сварочной ванны. Уменьшение содержания магнезита ниже 5 мас.% приводит к ухудшению газовой защиты сварочной ванны и, следовательно, к повышению склонности к образованию пор в наплавленном металле, а увеличение содержания магнезита выше 9 мас.% приводит к снижению ударной вязкости наплавленного металла.The content in the coating of raw magnesite in the amount of 5-9 wt.% Is optimal due to the fact that it is determined from the condition of providing reliable gas protection of the weld pool. A decrease in the magnesite content below 5 wt.% Leads to a deterioration in the gas protection of the weld pool and, consequently, to an increase in the tendency to form pores in the weld metal, and an increase in the magnesite content above 9 wt.% Leads to a decrease in the toughness of the weld metal.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами. Для изготовления покрытия электродов для сварки использовали 37-39 мас.% ильменитового концентрата, 1,5-2,0 мас.% целлюлозы, 37-39 мас.% волластонита, 15,0-16,5 мас.% ферросиликомарганца и 5-9 мас.% магнезита сырого (см. таблицу 1). Компоненты покрытия загружались в смеситель для смешивания с последующим добавлением жидкого стекла до 30% от массы шихты. Затем полученная обмазка наносилась на металлические стержни диаметром 4 мм из сварочной проволоки Св-08 способом опрессовки.The invention is illustrated by the following examples. For the manufacture of electrode coatings for welding, 37-39 wt.% Ilmenite concentrate, 1.5-2.0 wt.% Cellulose, 37-39 wt.% Wollastonite, 15.0-16.5 wt.% Ferrosilicon manganese and 5- 9 wt.% Crude magnesite (see table 1). The coating components were loaded into the mixer for mixing, followed by the addition of water glass to 30% by weight of the mixture. Then, the resulting coating was applied to metal rods with a diameter of 4 mm from Sv-08 welding wire by crimping.

Таким образом были получены электроды с заявляемым покрытием. В процессе изготовления электродов установили, что покрытие легко поддается опрессовке, что объясняется наличием в нем большого количества волластонита.Thus, electrodes with the claimed coating were obtained. In the process of manufacturing the electrodes, it was found that the coating can be easily crimped, which is explained by the presence of a large amount of wollastonite in it.

Результаты испытаний покрытия электрода типа Э46 по ГОСТ 9467-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей”, покрытия электрода марки МР-3, выбранного в качестве прототипа, и заявляемого покрытия электрода приведены в таблице 2, отображающей механические свойства и содержание серы и фосфора в наплавленном металле, и в таблице 3 оценки сварочно-технологических свойств электродов.The test results of the coating of the electrode type E46 according to GOST 9467-75 “Coated metal electrodes for manual arc welding of structural and heat-resistant steels”, the coating of the MP-3 grade electrode selected as a prototype, and the inventive electrode coating are shown in table 2, showing the mechanical properties and sulfur and phosphorus content in the deposited metal, and in table 3 the evaluation of welding and technological properties of the electrodes.

Как следует из таблиц 2, 3, покрытие электрода для сварки заявляемого состава позволяет уменьшить содержание в наплавленном металле серы в 2,2-2,7 раза и фосфора в 1,7-1,8 раза по сравнению с содержанием серы и фосфора в наплавленном металле, полученном с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Прочность на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием предлагаемого покрытия электрода, на 6-12% выше прочности на разрыв наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа; относительное удлинение и ударная вязкость – более чем на 15% выше относительного удлинения и ударной вязкости наплавленного металла, полученного с использованием покрытия электрода, выбранного в качестве прототипа. Высокие механические свойства и более низкое содержание серы и фосфора в наплавленном металле, полученные с использованием электрода для сварки с заявляемым покрытием, сочетаются с улучшенными сварочно-технологическими свойствами электрода с заявляемым покрытием - удовлетворительной устойчивостью сварочной дуги, мелкочешуйчатым формированием поверхности валика, малым разбрызгиванием расплавленного металла, малой склонностью наплавленного металла к образованию пор.As follows from tables 2, 3, the coating of the electrode for welding of the claimed composition allows to reduce the content of sulfur in the deposited metal 2.2-2.7 times and phosphorus 1.7-1.8 times compared with the sulfur and phosphorus content in the deposited metal obtained using a coating of an electrode selected as a prototype. The tensile strength of the weld metal obtained using the proposed electrode coating is 6-12% higher than the tensile strength of the weld metal obtained using the electrode coating selected as a prototype; elongation and toughness — more than 15% higher than the elongation and toughness of the weld metal obtained using an electrode coating selected as a prototype. High mechanical properties and a lower content of sulfur and phosphorus in the weld metal obtained using an electrode for welding with the claimed coating are combined with improved welding and technological properties of the electrode with the claimed coating - satisfactory stability of the welding arc, fine-scaled formation of the surface of the roller, small spatter of molten metal , low tendency of the deposited metal to pore formation.

Результаты испытаний показывают, что по механическим свойствам наплавленного металла электроды с предлагаемым покрытием, обеспечивающие высокие значения относительного удлинения при большей прочности на разрыв, относятся к типу Э46 по ГОСТ 9467-75 “Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей”.The test results show that according to the mechanical properties of the deposited metal, the electrodes with the proposed coating, providing high values of relative elongation with greater tensile strength, are of type E46 according to GOST 9467-75 “Coated metal electrodes for manual arc welding of structural and heat-resistant steels”.

Использование предлагаемого покрытия электрода по сравнению с известным покрытием электрода марки МР-3 - прототипом - позволяет расширить сырьевую базу для изготовителей электродов и улучшить их сварочно-технологические свойства при сохранении высоких показателей механических свойств наплавленного металла.Using the proposed electrode coating in comparison with the known electrode coating of the MP-3 brand - the prototype - allows you to expand the raw material base for electrode manufacturers and improve their welding and technological properties while maintaining high mechanical properties of the weld metal.

Таблица 1
Заявляемые составы покрытия электрода для сваркиTable 1
The inventive electrode coating compositions for welding № составаComposition number Содержание компонентов, % масс.The content of components,% of the mass. ИльменитIlmenite ВолластонитWollastonite Магнезит сыройCrude magnesite ФерросиликомарганецFerrosilicon Manganese ЦеллюлозаCellulose 11 3838 3838 6,26.2 16,016,0 1,81.8 22 3737 3737 9,09.0 15,015.0 2,02.0 33 3939 3838 5,05,0 16,516.5 1,51,5 44 3737 3939 5,55.5 16,516.5 2,02.0 Таблица 2
Механические свойства, содержание серы и фосфора в наплавленном металлеtable 2
Mechanical properties, sulfur and phosphorus content in the weld metal Вид электродаType of electrode Механические свойстваMechanical properties Содержание, %Content% Временное сопротивление разрыву σ_В, Н/мм² Tensile strength σ _V , N / mm ² Относительное удлинение δ₅,%Elongation δ ₅ ,% Ударная вязкость KCU, Дж/см²,Impact strength KCU, J / cm ² , SS РR Типа Э46 по ГОСТ 9466-75 (группа 2)Type E46 according to GOST 9466-75 (group 2) 460460 18eighteen 78,578.5 ≤0,040≤0.040 ≤0,045≤0.045 Марки МР-3 с покрытием-прототипомMP-3 coated prototype 457457 2424 9696 0,0380,038 0,0420,042 Состав 1Composition 1 С заявляемым покрытиемWith the claimed coating 496496 2828 112112 0,0140.014 0,0240.024 Состав 2Composition 2 485485 2929th 102102 0,0180.018 0,0260,026 Состав 3Composition 3 510510 1919 9999 0,0160.016 0,0260,026 Состав 4Composition 4 5,85.8 2121 9595 0,0170.017 0,0280,028 Таблица 3
Оценка сварочно-технологических свойств электродовTable 3
Assessment of welding and technological properties of electrodes Вид электродаType of electrode Сварочно-технологические свойстваWelding and technological properties Устойчивость дугиArc Stability Формирование поверхности валикаRoller surface formation РазбрызгиваниеSpatter Склонность наплавленного металла к порамThe tendency of the weld metal to the pores Типа Э46 по ГОСТ 9466-75Type E46 according to GOST 9466-75 УдовлетворительнаяSatisfactory СреднечешуйчатоеMedium scale СреднееAverage СредняяAverage Марки МР-3 с покрытием-прототипомMP-3 coated prototype УдовлетворительнаяSatisfactory СреднечешуйчатоеMedium scale СреднееAverage СредняяAverage С заявляемым покрытиемWith the claimed coating УдовлетворительнаяSatisfactory МелкочешуйчатоеFinely scaled МалоеSmall МалаяSmall

Claims

The coating of the electrode for welding, containing ilmenite concentrate and cellulose, characterized in that it additionally contains wollastonite, ferrosilicon manganese and magnesite in the following ratio, wt.%:

Ilmenite concentrate 37-39

Cellulose 1.5-2.0

Wollastonite 37–39

Ferrosilicon manganese 15.0-16.5

Magnesite 5-9