SU1388238A1

SU1388238A1 - Electrode coating composition

Info

Publication number: SU1388238A1
Application number: SU864138671A
Authority: SU
Inventors: Олег Сергеевич Каковкин; Виктор Михайлович Хананов; Вадим Борисович Пеньков; Константин Сергеевич Филонов; Генрих Григорьевич Носов; Юрий Валерианович Сванидзе; Елена Анатольевна Караваева; Александр Борисович Геллер; Николай Николаевич Потапов
Original assignee: Научно-Производственное Объединение По Технологии Машиностроения "Цниитмаш"
Priority date: 1986-10-27
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1988-04-15

Abstract

Изобретение относитс к области сварки и касаетс электродных покрытий, используемых дл сварки низколегированных и малоуглеродистых сталей. Целью изобретени вл етс повышение стойкости наплавленного металла против порообразовани путем снижени окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавл емого металла . Дл достижени цели в состав электродного покрыти фтористо-кальциевого типа совместно введены, мае. %: алюминий фтористый 0,05...0,2; алюминий 0,2...1,2 и углерод 0,1...1,2, причем соотношение их количественного содержани А1Рз:С:А1 равно 1:(2...6); (4...6). Совместное введение указанных компонентов позвол ет осуществить металлургическую проработку жидкого металла сварочной ванны в процессе сварки. Результатом этого вл етс значительное снижение содержани газов в наплавленном металле. Улучшаютс сварочно-технологи- ческие свойства электродов, а именно: снижаетс разбрызгивание металла, улучшаетс формирование сварного шва и отделимость шлаковой корки, облегчаетс зажигание дуги. Уровень раскислени и легировани обеспечиваетс введением, мае. в %: ферротитана 10...16, ферросилици 2...5 и марганецсодержашего компонента 2 - 6. 4 табл. i WThe invention relates to the field of welding and relates to electrode coatings used for welding low-alloyed and low-carbon steels. The aim of the invention is to increase the resistance of the deposited metal against pore formation by reducing the oxidation potential of the gas phase and the deep metallurgical development of the weld metal. To achieve the goal, the calcium fluoride type electrode coating was jointly introduced in May. %: aluminum fluoride 0.05 ... 0.2; aluminum is 0.2 ... 1.2 and carbon is 0.1 ... 1.2, and the proportion of their quantitative content of A1P3: C: A1 is 1: (2 ... 6); (4 ... 6). The combined introduction of these components allows metallurgical development of the molten metal of the weld pool during the welding process. The result is a significant reduction in gas content in the weld metal. Welding and technological properties of electrodes are improved, namely: metal sputtering is reduced, weld formation is improved and slag crust is separable, arc ignition is facilitated. The level of deoxidation and doping is provided by the introduction in May. in%: ferrotitanium 10 ... 16, ferrosilicon 2 ... 5 and manganese-containing component 2 - 6. 4 tab. i W

Description

00 00 00 N00 00 00 N

СО 00CO 00

Изобретение относитс к сварке и касаетс составов нокрытий электродов, которые могут примен тьс дл сварки углеродистых и низколегированных сталей, в частности, при сварке труб поверхностей нагрева кот- с лов (пароперегревательных установок).The invention relates to welding and relates to the compositions of electrode electrodes that can be used for welding carbon and low alloy steels, in particular, when welding pipes for boiler heating surfaces (steam superheaters).

Цель изобретени - повышение стойкости наплавленного металла к порообразованию путем снижени окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавл емого ме- Ю талла.The purpose of the invention is to increase the resistance of the deposited metal to pore formation by reducing the oxidation potential of the gas phase and the deep metallurgical study of the deposited metal.

Введение в состав покрыти алюмини , алюмини фтористого и углерода в указанных пределах и указанном соотношении позвол ет осушествить металлургическую про- работку жидкого металла сварочной ванны в процессе сварки, результатом которой вл етс значительное снижение содержани газов в наплавленном металле и, соответственно , склонности к образованию пор, а тактии способствует улучшению процесса зажигани дуги вследствие эффекта термоионизации . Содержание алюмини в локрытии менее 0,2 мае. % не оказывает вли ни на процесс термоионизации. Когда в покрытии алюмини содержитс свыше 1,2 мае. %, это приводит к снижению механических свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей, и, кроме того, увеличиваетс разбрызгивание во врем сварки. Введение алюмини фтористого (AlFa) в покрытие приводит к дополнительной металлургической проработке активных зон плав щегос электрода и сварочной ванны фтором - продуктом диссоциации А1Рз, в результате чего в наплавленном металле снижаетс содержание азота и водорода. В состав покрыти вводитс алюминий фтористый в количестве 0,05...0,2 мае. %. Введение в покрытие алюмини фтористого менее 0,05 мае. % не приводит к снижению содержани в наже улучшить сварочно-технологические свой- 20 плавленном металле азота и водорода. КогдаThe introduction of aluminum, aluminum fluoride and carbon into the composition within the specified limits and the indicated ratio allows the metallurgical processing of the molten metal of the weld pool during the welding process, resulting in a significant decrease in the content of gases in the weld metal and, accordingly, the formation of pores. , and tactics helps to improve the process of ignition of the arc due to the effect of thermal ionization. The aluminum content in the locust is less than 0.2 May. % does not affect the process of thermal ionization. When the aluminum coating contains more than 1.2 May. %, this leads to a decrease in the mechanical properties of low-carbon and low-alloy steels, and, in addition, the spatter increases during welding. The introduction of aluminum fluoride (AlFa) into the coating leads to additional metallurgical processing of the active zones of the melting electrode and the weld pool with fluorine, the A1P3 dissociation product, as a result of which the content of nitrogen and hydrogen in the weld metal decreases. Aluminum fluoride is introduced into the coating in the amount of 0.05 ... 0.2 May. % Introduction to the coating of aluminum fluoride less than 0.05 May. % does not lead to a decrease in the content in the air, to improve the welding and technological properties of the molten metal of nitrogen and hydrogen. When

ства электродов е данным покрытием, в чает- ноети, енизить разбрызгивание во врем сварки, улучшить формирование металла сварного шва и отделимость шлаковой корки, облегчить зажигание дуги.electrodes with this coating, often, reduce spatter during welding, improve the formation of the weld metal and the separation of the slag crust, and facilitate the ignition of the arc.

Улучшение сварочно-технологичееких и металлургических свойств электродного покрыти достигаетс еовмеетным введением в состав алюмини , алюмини фтористого и углерода при соотношении еодержаний алюмини фториетого, углерода и алюмини соответственно 1: (2...6): (4...6).The improvement of welding-technological and metallurgical properties of the electrode coating is achieved by the introduction of aluminum, aluminum fluoride and carbon into the composition at a ratio of fluorine aluminum, carbon and aluminum, respectively, 1: (2 ... 6): (4 ... 6).

Вследствие большого сродства алюмини к кислороду и высокого значени теплового эффекта окислени алюмини обеспечиваетс легкое зажигание дуги на контактном торце электрода, а присутствие в покрытии алюмини фтористого оказывает вли ние на металлургическую проработку пepвыx недостаточно зашищенных от воздуха капель раеплавленного металла, что приводит к снижению в металле шва содержани азота и водорода и, как следствие, - к уменьшению количества стартовых, пор. Присутствие мрамора в составе покрыти обеспечивает газовую защиту расплавленного металла от воздуха. Наличие в покрытии углерода в виде древесного или активированного угл способствует нейтрализации активного кислорода е еоответетвующим енижением его парциального давлени в газовой фазе, в результате енижаетс содержание кислорода в наплавленном металле Due to the high affinity of aluminum for oxygen and the high value of the thermal effect of aluminum oxidation, the arc at the contact end of the electrode is easily ignited, and the presence of fluoride in the aluminum coating influences the metallurgical development of the weld metal not sufficiently shielded from air, which results in a decrease in weld metal the content of nitrogen and hydrogen and, as a consequence, to a decrease in the number of starter pores. The presence of marble in the composition of the coating provides gas protection of the molten metal from the air. The presence of carbon in the form of wood or activated carbon in the coating contributes to the neutralization of active oxygen by the corresponding decrease in its partial pressure in the gas phase, as a result of which the oxygen content in the weld metal decreases

СО2 + С -2СО|(I)CO2 + C -2CO | (I)

Продукты этой реакции термически устойчивы и нерастворимы в расплавленном металле.The products of this reaction are thermally stable and insoluble in the molten metal.

Введение в еоетав покрыти алюмини в количеетве 0,2...1,2 (еильного раскисли- тел ) позвол ет производить интенсивную металлургическую обработку системы газ- шлак-металл. Наличие алюмини в покрыThe introduction of aluminum coatings in the quantity of 0.2 ... 1.2 (some deoxidizing agent) allows intensive metallurgical processing of the gas-slag-metal system. The presence of aluminum in the coating

тии способствует улучшению процесса зажигани дуги вследствие эффекта термоионизации . Содержание алюмини в локрытии менее 0,2 мае. % не оказывает вли ни на процесс термоионизации. Когда в покрытии алюмини содержитс свыше 1,2 мае. %, это приводит к снижению механических свойств малоуглеродистых и низколегированных сталей, и, кроме того, увеличиваетс разбрызгивание во врем сварки. Введение алюмини фтористого (AlFa) в покрытие приводит к дополнительной металлургической проработке активных зон плав щегос электрода и сварочной ванны фтором - продуктом диссоциации А1Рз, в результате чего в наплавленном металле снижаетс содержание азота и водорода. В состав покрыти вводитс алюминий фтористый в количестве 0,05...0,2 мае. %. Введение в покрытие алюмини фтористого менее 0,05 мае. % не приводит к снижению содержани в на плавленном металле азота и водорода. КогдаThis contributes to the improvement of the arc ignition process due to the effect of thermal ionization. The aluminum content in the locust is less than 0.2 May. % does not affect the process of thermal ionization. When the aluminum coating contains more than 1.2 May. %, this leads to a decrease in the mechanical properties of low-carbon and low-alloy steels, and, in addition, the spatter increases during welding. The introduction of aluminum fluoride (AlFa) into the coating leads to additional metallurgical processing of the active zones of the melting electrode and the weld pool with fluorine, the A1P3 dissociation product, as a result of which the content of nitrogen and hydrogen in the weld metal decreases. Aluminum fluoride is introduced into the coating in the amount of 0.05 ... 0.2 May. % Introduction to the coating of aluminum fluoride less than 0.05 May. % does not lead to a decrease in the content of nitrogen and hydrogen in the molten metal. When

5five

п P

в покрытии алюмини фтористого содержитс свыше 0,2 мае. % это приводит к ухудшению зажигани дуги и увеличению разбрызгивани во врем еварки.in the coating of aluminum fluoride contains more than 0.2 May. % this leads to a deterioration in the ignition of the arc and an increase in spraying during cooking.

Введение углерода преимущеетвенно в виде древесного угл и/или активированного угл в покрытие в количестве менее 0,1 мае. % не приводит к енижению в наплавленном металле содержани кислорода за счет реакции (I). Содержание в покрытии углерода в количеетве евыше 1,2 мае. % приводит к избыточному легированию наплавленного металла углеродом и веледетвие этого енижаюте механичеекие свойства металла шва. В качестве плаетификаторов покрыти могут быть введены поташ и/или кальцинированна еода, и/или карбокси- метилцеллюлоза. Применение пластификаторов 0,5...2 мае. % позвол ет улучшить технологичеекие евойетва обмазочной маееы при механизированном епоеобе изготовлени электродов. Количеетво плавикового шпатаThe introduction of carbon is predominantly in the form of charcoal and / or activated carbon in the coating in an amount of less than 0.1 May. % does not cause the oxygen content to decrease in the deposited metal due to reaction (I). The carbon content in the amount of carbon is over 1.2 May. % leads to excessive alloying of the deposited metal with carbon and the development of this degrades the mechanical properties of the weld metal. Potash and / or calcined water and / or carboxymethylcellulose can be used as platifiers for the coating. The use of plasticizers 0.5 ... 2 May. % allows you to improve the technological performance of the pasting with mechanized manufacturing of electrodes. Quantity of fluorspar

0 в покрытии ограничено е учетом его физико- химичееких евойств, определ ющих металлургические аспекты процесса сварки и параметры шлака. Уровень раскислени и легировани наплавленного металла обеспечивас етс введением ферротитана 10...16 мае. %, ферросилици 2...6 мае. % и марганецео- держащего компонента в виде марганца и/или ферромарганца 2-4 мае. %. Содержание в покрытии менее 2% марганецсодер- жащего компонента, менее 10% ферротита0 на и менее 2% ферросилици не обеспечивает необходимого уровн легировани и раскислени металла, наплавленного электродами с данным покрытием, что приводит к значительному снижению качества .металла и его механических свойств. Содержание в покрытии более 16% ферротитана, более 6% ферросилици и более 4% марганец- еодержащего компонента ухудщает евароч- но-технологичеекие евойетва электродов, что0 in the coating is limited to taking into account its physicochemical properties, which determine the metallurgical aspects of the welding process and slag parameters. The level of deoxidation and alloying of the deposited metal is ensured by the introduction of ferrotitanium 10 ... 16 May. %, ferrosilicon 2 ... 6 May. % and manganese-containing component in the form of manganese and / or ferromanganese 2-4 May. % The content in the coating is less than 2% of the manganese-containing component, less than 10% of ferrotite0 and less than 2% of ferrosilicon does not provide the necessary level of doping and deoxidation of the metal deposited with the electrodes with this coating, which leads to a significant decrease in the quality of the metal and its mechanical properties. The content in the coating is more than 16% of ferrotitanium, more than 6% of ferrosilicon, and more than 4% of the manganese-containing component worsens evarochno-technological electrodes of electrodes, which

5five

приводит к неудовлетворительному формированию металла шва и его зашлаковке.leads to unsatisfactory formation of the weld metal and its slagging.

Дл оценки свойств электродного покрыти изготавливают электроды, составы покрыти которых представлены в табл. 1. Шихту готов т по известной технологии: сухую смесь компонентов смешивают с жидким стеклом, методом опрессовки нанос т на стержень из проволоки Св-08А по ГОСТ 2246-70 0 2,5 мм. Коэффициент массы покрыти всех вариантов электродов составл ет 54±3%. Электродами с этими покрыти ми осуществл ют сварку пластин из СтЗ ТОЛШ.ИНОЙ 4 мм без разделки кромок. Исследуют формирование шва, отделимость шлака, стабильность горени дуги, склонность наплавленного металла к образованию пор и разбрызгивание во врем сварки. Сва- рочно-технологические свойства электродов оценивают с помошью экспертных оценок по баллам.To assess the properties of the electrode coating, electrodes are made, the coating compositions of which are presented in Table. 1. The mixture is prepared according to the well-known technology: a dry mixture of components is mixed with liquid glass, using a crimping method applied to the core of the wire Sv-08A according to GOST 2246-70 0 2.5 mm. The weight ratio of all electrode variants is 54 ± 3%. Electrodes with these coatings are used to weld the plates from the STZ THREAD. 4 mm without groove. The formation of a seam, slag separation, arc stability, the tendency of the weld metal to form pores and spatter during welding are examined. The welding-technological properties of the electrodes are evaluated using expert marks by points.

Оценки сварочно-технологических свойств электродных покрытий приведены в табл. 2.Estimates of the welding-technological properties of electrode coatings are given in Table. 2

Учитыва то, что электроды предназначены дл сварки труб из малоуглеродистых и низколегированных сталей, а основным браковочным признаком при этом вл етс наличие пор в металле сварного шва, склонность электродов к порообразованию оценивают по п тибалльной шкале; 1% брака снижает оценку на 0,1 балла. Дл проверки склонности электродов к порообразованию каждым вариантом электродов заваривают по 40 трубных стыков в неповоротном положении (труба 32x5, сталь 20). Сварку выполн ют в два сло . Режимы сварки: /св 70-90 А; В. После сварки дл вы влени пор стыки подвергают послойной протечке шва по окружности с осмотром поверхности каждого сло через лупу п тикратного увеличени . Толшина каждого снимаемого при проточке сло равн етс 0,1 мм. Дл вы влени одиночных газовых свиш,ей 0 1,5-3 мм или близкорасположенных групп дефектов по 0,1-0,3 мм стык считают бракованным. Стыки, в которых поры отсутствуют или количество их не превышает 2 размеров до 0,2 мм, считают прошедшими контроль. Зажигание дуги и отделимость шлаковой корки оценивают по трехбалльной шкале. Оценку формировани шва провод т на трубных стыках, сваренных при определении отделимости шлаковой корки. Отсутствие подрезов, ут жек и плавный переход наплавленного валика к основному металлу оценивают в 3 балла. Кроме того, оценивают внешний вид шва - величину чешуек и рассто ние между ними.Taking into account the fact that electrodes are intended for welding pipes from low carbon and low alloy steels, and the main rejection sign here is the presence of pores in the weld metal, the tendency of the electrodes to be pore formation is evaluated on a five-point scale; 1% of marriage reduces the score by 0.1 points. To test the tendency of the electrodes to pore each variant of the electrodes, 40 pipe joints are welded in a non-rotating position (pipe 32x5, steel 20). Welding is performed in two layers. Welding modes: / St. 70-90 A; B. After welding, to expose the pores, the joints are subjected to a layer-by-layer leakage of the seam around the circumference with an inspection of the surface of each layer through a magnifying glass of fivefold magnification. The thickness of each layer removed during grooving is 0.1 mm. For the detection of single gas sish, 0 1.5-3 mm to it or closely spaced groups of defects of 0.1-0.3 mm, the joint is considered defective. Joints in which pores are absent or their number does not exceed 2 sizes up to 0.2 mm are considered to have passed the test. Arc ignition and slag crust separation are evaluated on a three-point scale. Evaluation of the formation of the seam is carried out at the pipe joints welded in determining the separability of the slag crust. The absence of undercuts, wets and a smooth transition of the weld bead to the base metal is estimated at 3 points. In addition, the appearance of the seam is evaluated - the size of the flakes and the distance between them.

Во врем сварки при определении формировани шва производ т определение такого показател как разбрызгивание, так как наличие брызг во врем сварки мешает наблюдению за процессом и приводит к загр знению близлежащей к шву зоны. ПриDuring welding, when determining the formation of a seam, such an indicator as spattering is determined, since the presence of spatter during welding interferes with the observation of the process and leads to contamination of the zone adjacent to the seam. With

00

5five

этом оценивают характер разбрызгивани и возможность удалени брызг. При сварке известным электродом наблюдаетс веер мелких капель с частыми крупными, которые трудно удал ютс с поверхности металла - эти электроды по разбрызгиванию оценивают в 2,0 балла.This characterizes the nature of the spray and the ability to remove the spray. When welding with a known electrode, there is a fan of small droplets with frequent large ones that are difficult to remove from the metal surface — these spattering electrodes are estimated at 2.0 points.

Дл определени химического состава металла, наплавленного электродами указанных вариантов, производ т 8-и слойную наплавку размером 90X50 согласно ГОСТ 9466-7S на пластины марки ВСт Зсп по ГОСТ 380-71. Из этой наплавки вырезают образцы дл определени кислорода и азота методом плавки в вакууме. Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле определ ют методом карандашной пробы: в медные водоохлаждаемые кокили наплавл ют испытываемыми электродами «карандаши, помещаемые затем в запираю- 0 щую жидкость (глицерин).To determine the chemical composition of the metal deposited by the electrodes of these options, 8-layer surfacing of size 90x50 according to GOST 9466-7S is made on plates of the type Vst Cpr according to GOST 380-71. Samples are cut from this surfacing to determine oxygen and nitrogen by vacuum melting. The content of diffusible hydrogen in the deposited metal is determined by the method of a pencil sample: pencils are deposited in copper water-cooled silicates with test electrodes, then placed in a locking liquid (glycerin).

Результаты химического и газового анализов металла щва приведены в табл. 3.The results of chemical and gas analyzes of schw metal are given in table. 3

Дл определени механических свойств сварного соединени электродами, состав ,с покрыти которых приведен в табл. 1, выполнена сварка двух пластин из ВСт 3 сп. по ГОСТ 380-71 размером 250X90X3 кажда . Сварку пластин производ т с двух сторон без разделки кромок с зазором 1,5 мм, обеспечивающим отсутствие непроваров, 0 согласно ГОСТ 9466-75. Из сварных пластин вырезают и изготовл ют по три образца дл испытани на раст жение типа XIII и по три образца дл испытани на статический изгиб типа XXVIII по ГОСТ 6996-66.To determine the mechanical properties of a welded joint by electrodes, the composition from which the coating is given in Table. 1, the welding of two plates from VSt 3 sp. GOST 380-71, size 250X90X3 each. The plates are welded on both sides without cutting edges with a 1.5 mm gap, ensuring the absence of penetration, 0 according to GOST 9466-75. Three welded plates were cut out of the welded plates and tensile tests of type XIII and three specimens for static bend tests of type XXVIII according to GOST 6996-66.

Данные по механическим испытани м приведены в табл. 4.Data on mechanical tests are given in table. four.

Все электроды отвечают требовани м дл типа Э-50 А по ГОСТ 9467-75.All electrodes meet the requirements for type E-50 A according to GOST 9467-75.

Таким образом, применение электродов с предлагаемым покрытием позвол ет повысить стойкость наплавленного металла к порообразбванию путем снижени окислительного потенциала газовой фазы и глубокой металлургической проработки наплавл емого металла, а также улучщить сварочно- технологические свойства электродов, в результате чего повыщаетс качество сварных швов и снижаютс расходы на исправление дефектов сварных соединений.Thus, the use of electrodes with the proposed coating improves the resistance of the deposited metal to pore formation by reducing the oxidation potential of the gas phase and the deep metallurgical development of the deposited metal, as well as improving the welding-technological properties of the electrodes, resulting in an increase in the quality of welds and reduced costs Correction of defects in welded joints.

5five

00

5five

Claims

Invention Formula

The composition of the electrode coating containing marble, fluorspar, ferrosilicon, manganese-containing component, ferro-titanium, anominite, plasticizers, characterized in that, in order to increase the resistance of the weld metal to

pore formation by reducing the oxidation potential of the gas phase and deep metallurgical development of the weld metal, the composition additionally contains carbon and aluminum fluoride at

Manganese-containing

Rutile

Graphite

Ferrosilicon

Hematite

Ferrotitanium

Manganese-containing blend

Iron powder

The ratio of AlF: C: A1

1: 2: 4

4.0

5.0

1.0

6.0

14

16,0

17

1: 3: 6

1: 6: 6

1: 1.7: 3 1: 7: 7

Propensity to the pore

Arc ignition slag separability seam formation

Spraying during welding

Total

one

2 3 4 5

table 2

4.4 2.5 2.7 2.7

2.5 14.8

3.5 2.0 2.5 2.6

2.3 12.9

3.0 2.2 2.4 2.6

2.1 12.3

Table 3

0,017

0.016

0.020

0.021

Minimum according to GOST 9466-75

one

2 3 4 5

Table 4

150 180 180 170 170 165