SU1722755A1 - Состав электродного покрыти - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварке, а именно к сварочным материалам, примен емым при электродуговой сварке низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей. Цель изобретени  - улучшение сварочно-технологических свойств электродов при сварке на посто  нном и переменном токе, снижение стоимости электродов . Состав электродного покрыти  содержит, мас.%: мрамор 30-35, ферросилиций 5-6, отходы производства черной и цветной металлургии: шлам производства алюмини  10-15, окалина стали 95X18 13- 20, ферромарганец Ф Мн 75 Ас 6 (некондици ) 6-10, а также плавиковый шпат 8-13, алюминий 4-8, кальцинированна  сода 2- 5, хлористый калий 2-7. Шлам производства алюмини  имеет в своем составе, мас.%: АЬЮз 56-59, Na 9-10. F 11-14, Ре20з 0,5-1,1, N32S04 0,5-1,5, Si02 0,5-0,6, S 0,023-0,123, ,6. Зтабл. Ё

Description

Изобретение относитс  к сварке, в частности к сварочным материалам, примен емым при электродуговой сварке конструкционных низкоуглеродистых и низколегированных сталей,

Дл .сварки конструкций из низкоуглеродистых сталей, эксплуатирующихс  при нормальных температурах, разработана широка  номенклатура электродов (тип Э42-Э50 ГОСТ 9466-75) с высокими свароч- но-технологическими свойствами, обеспечивающих получение равнопрочных сварных соединений.

Известен сварочный электрод марки УОНИ 13/55 с покрытием фтористо-кальциевого типа, которое содержит следующие компоненты, мас.%:

Мрамор54

Плавиковый шпат15

Двуокись кремни 9

Ферромарганец5

Ферросилиций .5

Ферротитан12

Электрод марки УОНИ 13/55 предназначен дл  сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

Металл шва, наплавл емый электродами с фтористо-кальциевым покрытием, по химическому составу соответствует спокойной стали. Низкое содержание вредных примесей (серы и фосфора) обусловлено повышенной рафинирующей способностью фтористо-кальциевых шлаков. Благодар  малому содержанию газов, неметаллических включений и вредных примесей металл шва, выполненный электродами с фтористо- кальциевым покрытием, стоек против старени , имеет высокие показатели ударной в зкости и обладает повышенной стойкостью против образовани  кристаллизационных трещин.

VI

ю

N VI СЛ СП

Недостатком электродов УОНИ 13/55  вл етс  необходимость проведени  сварки только посто нным током обратной пол рности , а также пониженна  стойкость против образовани  в металле шва пор при наличии ржавчины на кромках, увлажнении покрыти  или удлинении дуги.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  состав электродного покрыти  дл  сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей, содержащий следующие компоненты, мас.%:

Углерод1-3,5

Гематит5-30

Ферромарганец4-10

Ф е р ротита н10-20

Мрамор20-40

Криолит.3-10

Полевой шпат0,2-35

Кремнезем1-4,5

Ферросилиций1-5

при отношении содержани  гематита кугле- роду 4,4-8,9.

Указанное электродное покрытие обеспечивает высокие сварочно-технологиче- ские свойства электродов, в том числе высокую стойкость металла шва против порообразовани , незначительное разбрызгивание наплавл емого металла и принципиальную возможность ведени  сварки на переменном токе. Электроды с данным электродным покрытием обеспечивают значени  механических свойств металла шва на уровне электродов Э50. Применение данного покрыти  при изготовлении электродов позвол ет получить хорошие показатели пластичности электродной массы.

Однако прин тый в качестве прототипа состав электродного покрыти  имеет р д недостатков, которые св заны с характером протекани  металлургических процессов во врем  сварки. Так, реакции восстановлени  железа и кремни  углеродом экзотермические, т.е. протекают с выделением значительного количества тепла. При колебани х параметров режима сварки (особенно в сторону увеличени ) это может привести к нежелательному перегреву металла на стадии капли и в высокотемпературной зоне сварочной ванны, что вызовет неоднозначные изменени  в процессах раскислени , обезуглероживани  - науглероживани , дегазации и т.д. Электродные покрыти  данных электродов не обеспечивают необходимого качества сварных швов при наличии ржавчины на поверхности свариваемых деталей, так как при этом будет нарушатьс  рекомендуемое оптимальное

соотношение между количеством гематита и углеродом. Следует также отметить недостаточно высокую стабильность горени  дуги на переменном токе и наличие в данном составе дефицитных, достаточно дорогих ферросплавов и синтетических материалов (криолит).

Цель изобретени  - разработка состава электродного покрыти  фтористо-кальцие0 вого типа дл  сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей , обеспечивающего получение качественного сварного соединени  на посто нном и переменном токе, экономию

5 дефицитных ферроматериалов и снижение стоимости электродов за счет введени  в покрытие отходов производства черной и цветной металлургии.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

0 в состав электродного покрыти , содержащего мрамор, ферросилиций, дополнительно введены шлам производства алюмини , окалина стали 95X18, ферромарганец Ф Мн 75 Асб (некондиционный), хлористый калий,

5 а также кальцинированна  сода, алюминиевый порошок, плавиковый шпат при следующих соотношении компонентов, мас.%: Мрамор30-35

Плавиковый шпат8-13

0Шлам производства алюмини  10-15

О калина стал и (95X18)13-20

Ферромарганец Ф Мн 75 Асб 6-10 Ферросилиций5-6

Алюминий4-8

5 Кальцинированна  сода2-5

Хлористый калий 2-7

Введение дополнительно в состав электродного покрыти  шлам производства алюмини   вл етс  отходом технологиче0 ского процесса производства алюмини  и имеет следующий химический состав, мас.%: 56-59, Na9-10, F 11-14, Рв20з 0,5-1,1, Na2S04 0,5-1,5, Si02 0,5-0,6, S 0,023-0,123, С «0,6.

5 Присутствие в шламе соединений железа не позвол ет подвергать его дальнейшей утилизации, дл  нужд основного производства . Вход щие в состав шлама натрий и фтор в основном св заны в виде криолита

0 NajfAlf , который раствор ет в себе до 15% оксида алюмини  и образует комплексные шлакообразующие компоненты, способствующие более эффективному протеканию процессов удалени  водорода. Это св зано с

5 тем, что в шлаках оксид алюмини  ведет себ  как амфотермное соединение, образу  комплексные анионы (AI02 ; ) с кислыми (SiOa; ТЮ2) и основными оксидами (CaO, FeO, MnO). Такие сложные соединени  имеют более низкую химическую активность по отношению к NaF и , которые образуютс  после разложени  криолита при плавлении (ТПл 1293 К). В дальнейшем фторид алюмини  возгон етс  (Твоз. к 1533 К) и участвует в процессах св зывани  водо- 5 рода. Фтористый натрий при этом вначале способствует понижению температуры плавлени  оксида алюмини  и других термостойких оксидов, улучша  шлаковую защиту капель электродного металла.10

Таким образом, данный компонент электродного покрыти  содержит в своем составе шлакообразующие вещества (А1аОз, РеаОз, SiOa), элементы, стабилизирующие горение дуги на переменном токе (Na, AI), 15 элемент, снижающий содержание водорода в металле шва (F) в соотношени х, благопри тных дл  протекани  металлургических процессов при сварке.

Дополнительно введенна  окалина ста- 20 ли 95X18  вл етс  отходом прокатного производства и содержит в св занном состо нии элементы, мае.%: ( 20-21, Сг 15-17, С 0,8-0,9, Si 0,3-0,4, Мп 0,2-0,25, Си$ 0,1, Fe остальное.25

Присутствие окалины 95X18 в составе покрыти  электрода в указанных пределах способствует улучшению шлаковой защиты и насыщению кислородом металла сварочной ванны, эффективному снижению содер- 30 жани  водорода и углерода в наплавленном металле.

Известно, что дл  снижени  (ограничени ) содержани  углерода в наплавленном металле, а также дл  улучшени  газовой за- 35 щиты в покрытие электродов ввод т окислы железа (гематит). Однако более эффективыми в этом отношении  вл ютс  термически стойкие оксиды хрома, вход щие в состав окалины стали 95X18, имеющие тем- 40 пературу плавлени  выше 2500 К. Наход сь в шлаке, контактирующем с капл ми электродного металла, оксид хрома, в отличие от оксидов железа, расплавл  сь, реагирует с углеродом металла при более высокой тем- 45 пературе, когда углерод  вл етс  наиболее активным раскислителем. Введение в покрытие марганца несколько уменьшает обезуглероживающее действие оксида хрома, стабилизиру  при этом содержание крем- 50 ни . Тугоплавкие мелкодисперсные окислы хрома служат также центрами газообразовани  и активного выделени  окиси углеро-. да и других газов. Кислород  вл етс  элементом, наиболее активно преп тствую- 55 щим поглощению водорода жидким желе-, зом. С повышением содержани  кислорода в металле растворимость водорода понижаетс , что исключает по вление пористости и повышает стойкость против образовани 

кристаллизационных трещин. Кроме того, кислород как поверхностно-активный элемент способствует мелкокапельному переносу электродного металла, уменьша  коэффициент разбрызгивани . Однако значительное повышение концентрации кислорода в наплавленном металле оказывает отрицательное воздействие на пластические свойства сварного соединени , особенно на ударную в зкость.

Таким образом, совместное .введение оксидов железа и хрома в виде окалины стали 95X18 оказывает благопри тное вли ние на протекание металлургических процессов и газовыделение от момента образовани  капли до кристаллизации металла шва.

Дл  эффективного протекани  процессов раскислени  металла сварочной ванны в состав электродного покрыти  дополнительно введены ферросилиций, алюминий и ферромарганец Ф Мн 75 Асб (некондиционный ), имеющий следующий состав, мас.%: Мп 77-79, С 5,8-6,0, Si 3,3-3,5, .05, Fe остальное. Данный ферромарганец имеет более низкую стоимость, недефицитен, так как не находит дальнейшего применени  в металлургическом производстве из-за высокого содержание углерода и гранулометрического состава (менее 10 мм).

В составе предлагаемого электродного покрыти  углерод не оказывает существенного отрицательного воздействи  на расплавленный металл. Наоборот, углерод активно св зывает избыток кислорода в расплавленном металле, способствует протеканию восстановительных процессов.

Дополнительно введенные в состав покрыти  кальцинированна  сода и хлористый калий способствуют повышению стабильности процесса сварки на токе переменной пол рности и улучшению условий газовой защиты расплавленного металла. Следует отметить, что применение кальцинированной соды дл  этих целей общеизвестно, тогда как использование хлоридов щелочных металлов нетрадиционно. Име  низкую температуру плавлени  (ТПА: 77б°С), хлористый калий диссоциирует на ионы еще до начала плавлени  электродного покрыти . При температуре плавлени  электродного стержн  хлорид кали  (ТКип 1500°С) переходит в газообразное состо ние, способству  значительному повышению стабильности дуги на переменном токе, ее эластичности. Это объ сн етс  низким потенциалом ионизации паров кали , что снижает температуру и напр женность пол  столба дуги, уменьша  пик напр жени  повторного зажигани  дуги. Следует также отметить активное взаимодействие образующихс  при диссоциации ионов хлора с водородом в покрытии и зоне сварки. В результате протекающих реакций образуетс  термодинамически устойчивый и нераст- воримый в жидком металле хлористый водород, а количество диффузионного водорода в шве и склонность к образованию пор уменьшаетс . Это позвол ет заменить часть обычно вводимого дл  этой цели в покрытие плавикового шпата, который,  вл  сь сильным деионизатором, ухудшает параметры столба дуги, особенно при сварке на переменном токе.

Конкретные соста.вы электродного по- крыти  приведены в табл. 1. По указанным составам было изготовлено методом оп- рессовки на лабораторном электродном прессе п ть партий электродов. В качестве св зующего компонента использовали ка- лиево-натриевое жидкое стекло с модулем 2,5-3,0 и плотностью 1,25-1,29 г/см . Опытными электродами выполн ли сварку пластин мм размером 80 х 200 мм на переменном и посто нном токе обратной пол рности (1св 120-140 А; 11Д 28-30 В; da 4 мм).

Из сварного соединени  механическим способом вырезали образцы дл  механических испытаний и металлографических исследований . Механические испытани  проводили в соответствии с ГОСТ 6996-66. Результаты механических испытаний (табл, 2) показали наиболее высокий предел прочности металла сварного шва, выполненного электродами В2 В4, по сравнению с прототипом . Показатели ударной в зкости при этом соответствуют требовани м, предъ вл емым к электродам типа Э50 (KCU 8 кгс

м/см ).

Наплавленный металл имеет следующий химический состав, мас.%: С$0,22, МпЈ 0,97, Si 0,62, Сг 0,3, S 0,030, Р$ Ј 0,035,0240,058.

Металлографическими исследовани ми 45 установлено, что металл шва имеет мелкозернистую ферритно-перлитную структуру и незначительное количество неметаллических включений.

Предлагаемое покрытие обеспечивает 50 высокие сварочно-технологические свойства (табл, 3): стабильное горение дуги, мини- мальное разбрызгиван.ие, хорошее.

5 10

15 0 5

0 5

0

5

0

формирование наплавленного металла, легка  отделимость шлака, отсутствие пор, трещин и т.д.

Результаты проведенных исследований подтверждают возможность осуществлени  изобретени  и получени  положительного эффекта при использовании совокупности существенных признаков изобретени  (табл. 1-3).

Итак, по сравнению с прототипом, разработанное электродное покрытие позвол ет использовать отходы промышленного производства черной и цветной металлургии , получить высокие сварочно-технологические свойства и при этом существенно снизить стоимость изготовленных электродов , сэкономить дефицитные ферроматери- алы, обеспечив необходимые механические свойства сварного соединени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Состав электродного покрыти  дл  сварки низкоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, содержащиймрамор ,ферросилиций, ферромарганец, криолит, оксид железа, оксид кремни , отличающийс  тем, что, с целью улучшени  сварочно-технологиче- ских свойств электродов при сеарке на посто нном и переменном токе, снижени  стоимости электродов, состав покрыти  дополнительно содержит плавиковый шпат, алюминиевый порошок, кальцинированную соду, хлористый калий, в качестве ферромарганца введен ферромарганец Ф Мн 75 Асб, оксид железа введен в виде окалины стали 95X18, а оксид кремни  и криолит введены в.виде шлама производства алюмини , при следующем содержании компонентов , мас.%:

   Мрамор30-35

   Плавиковый шпат8-13

   Шлам производства алюмини  10-15 Окалина стали 95X18 .13-20

   Ферромарганец Ф Мн 75 Асб 6-10 Ферросилиций5-6

   Алюминий4-8

   Кальцинированна  сода2 5

   Хлористый калий2-7

   причем шлам производства алюмини  имеет следующий состав, мас.%: 56-59, Na 9-10, F 11-14, Ре20з 0,5-1,1, Na2S04 0,5- 1,5, SiOa 0,5-0,6, S 0,023-0,123, С« 0,6.

   1722755

   10

   Т а б л и ц а 1

   Конструктивные особенности электродов

   Электродное покрытие :

   Примечание: электродный стержень - сварочна  проволока Св-08А

   Табч1ица2 Механические свойства металла сварного шва

   Примечание: приведенные в таблицих данные подтверждаютс  актом испытаний предлагаемого электродного покрыти 

   При м.е чан и е. Числитель - при сварке на посто нном токе, знаменатель - при сварке на переменном

   токе

   Сварочно-технологические свойства электродов