SU1731551A1 - Электрод дл сварки - Google Patents

Abstract

Использование: ручна  дугова  сварка низколегированных сталей перлитного класса узлов и оборудовани  АЭС. Электрод дл  сварки состоит из стержн , выполненного из проволоки Св-08А и покрыти , состав которого, мас.%: мрамор 20-34; плавиковый шпат 14-19; рутиловый концентрат 8-16; цирконовый концентрат 3-10; ферромарганец 2-7; ферросилиций 6-12: гематит 1-6; ферротитан 2-5; никелевый порошок 3-8; ферромолибден 0,5-3; пластификатор 0,5-3; железный порошок остальное. Ферромолибден, гематит и ферротитан вз ты в соотношении 1:(1-10):(1- 10). Коэффициент массы покрыти  составл ет 55-65%. 3 табл.

Description

Изобретение относитс  к сварке а именно к электродам, используемым дл  ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса в различных отрасл х машиностроени , в частности дл  сварки узлов и оборудовани  АЭС.

Известен электрод дл  сварки низко-и среднелегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 60 кгс/мм2, в состав покрыти  которого вход т мас.%:

Мрамор35-45

Плавиковый шпат20-25

Рутиловый концентрат5-10

Ферромарганец4-6

Ферросилиций2-5

Ферротитан6-12

Никель3-8

Хром2-6

Ферромолибден1-3

Целлюлоза1-3

Ферробор0.1-3

Алюмомагниева  лигатура1-3

Цирконовый концентрат5-8

Недостатком указанного электрода  вл етс  неудовлетворительное качество металла швов, не обеспечивающее необходимую величину ударной в зкости при -50° С после специальной термообработка из-за наличи  в покрытии хрома и алюмомагниевой лигатуры, повышающих прочность наплавленного металла и снижающих его ударную в зкость.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  электрод, включающий стержень из стали перлитного класса с содержанием азота 0,005-0,03 мас.% и покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.%: Плавиковый шпат18-22

Песок кварцевый5-7

Ферротитан5-7

Ферромарганец0.5-2

-ч со

сл сл

Ферросилиций Никелевый порошо Железный порошок Поташ Мрамор

Величина ударной в зкости металла сварных швов, выполненных указанными электродами,при -50° С после специальной термообработки  вл етс  недостаточной дл  обеспечени  работоспособности сварных конструкций. Низкие значени  ударной в зкости вызваны неудовлетворительным соотношением компонентов покрыти  и невозможностью его оптимизации в рамках данной композиции.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества наплавленного металла при отрицательных температурах после специальной термообработки за счет увеличени  ударной в зкости.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в электроде, включающем стержень из низкоуглеродистой холоднокатаной стали марок Св-08А или Св-08АА и покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, концентрат рутиловый, концентрат цирко- новый, ферромарганец, ферросилиций, гематит , ферротитан. никелевый порошок, ферромолибден, железный порошок и пластификатор , компоненты покрыти  вз ты в следующем соотношении, мас.%: Мрамор20-34

Плавиковый шпат14-19

Концентрат рутиловый 8-16 Концентрат цирконовый 3-10 Ферромарганец2-7

Ферросилиций6-12

Гематит1 6

Ферротитан2-5

Никелевый порошок 3-8 Ферромолибден0.5-3

Пластификатор0,5-3

Железный порошок Остальное При этом содержани  ферромолибдена гематита и ферротитана вз ты соответственно в соотношении 1:(1-10):(1-10). Коэффициент массы покрыти  электрода 55-65%.

Предложенный электрод обеспечивает ударную в зкость наплавленного металла не менее 3,5 кгс-м/см2 при -50° С после термообработки: отпуск 620° С, выдержка 10ч, далее нагрев до 650° С. выдержка 25 ч, охлаждение с печыо со скоростью 10° С/ч до 300° С.

Введение в состав покрыти  ферромолибдена , гематита и ферротитана в указанном соотношении позвол ет получить наплавленный металл, обеспечивающий заданную ударную в зкость при отрицательных температурах после специальной термообработки за счет повышени  устойчивости против отпускной хрупкости, измельчени  зерна и торможени  процесса коагул ции карбидов.

Дл  подавлени  отпускной хрупкости осуществл етс  легирование наплавленного металла молибденом. Но ее не всегда удаетс  устранить из-за малых скоростей

0 охлаждени  после отпуска, которые необходимы дл  полной релаксации напр жений, возникающих в издели х после сварки. Увеличение количества молибдена в наплавленном металле способствует повышению

5 устойчивости против отпускной хрупкости путем торможени  сегрегационных процессов . Однако при этом повышаетс  прочность металла шва, а величина ударной в зкости снижаетс . Таким образом, ферро0 молибден необходим в покрытии дл  подавлени  хрупкости, но его количество должно быть минимальным дл  получени  заданной ударной в зкости при отрицательных температурах после специальной термообра5 ботки. Это условие выполн етс  только при введении в покрытие совместно с ферромолибденом гематита и ферротитана в указанном соотношении, что способствует уменьшению количества углерода в наплав0 ленном металле, карбиды которого коагулируют в процессе специальной термообработки , снижа  тем самым устойчивость против отпускной хрупкости.

Введение гематита в покрытие способ5 ствует уменьшению количества углерода в наплавленном металле за счет взаимодействи  его с кислородом в высокотемпературной зоне дуги. Необходимое дл  св зывани  углерода количество кислорода по0 ступает в зону дуги при разложении гематита под взаимодействием температурного фактора. Интенсивное прохождение реакции между кислородом и углеродом объ сн етс  высоким сродством последнего к

5 кислороду при 2400-2700 К, т.е. на стадии капли. Однако одновременно с выгоранием углерода происходит насыщение расплавленного металла кислородом из-за большого его количества в зоне сварки. Увеличение

0 содержани  кислорода в наплавленном металле ведет к ухудшению механических свойств, в том числе ударной в зкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. Процесс удалени 

5 кислорода осуществл етс  с помощью введени  в состав покрыти  раскислителей, в первую очередь ферротитана, как обладающего наивысшим среди них сродством к кислороду при 1800-2000 К, т.е. на стадии ванны. Кроме того, введение гематита в покрытие способствует улучшению условий переноса расплавленного металла через дуговой промежуток. В результате повышени  окисленное™ зоны плавлени  снижаетс  поверхностное нат жение на границе шлак - металл и капли измельчаютс . Насыщение поверхностного сло  капли кислородом преп тствует также проникновению водорода , уменьша  возможность возникновени  водородистой пористости.

Введенный в покрытие ферротитан действует как раскислитель и одновременно способствует образованию мелкозернистой структуры за счет того, что его окислы и сложные труднорастворимые карбиды станов тс  дополнительными центрами кристаллизации.

Отклонени  в большую или меньшую сторону от предложенного соотношени  ферромолибдена, гематита и ферротитана привод т к нарушению баланса при взаимодействии компонентов покрыти  с кислородом и между собой во врем  плавлени  электрода, следствием чего  вл етс  падение ударной в зкости ниже 3,5 кгс-м/см2 при -50° С после специальной термообработки .

Присутствие в электродном покрытии никелевого порошка обеспечивает повышение уровн  сопротивлени  хрупкому разрушению сварных швов. Никель за счет упрочнени  феррита и измельчени  зерна повышает пластичность и в зкость наплавленного металла, а также уменьшает чувствительность к концентраторам напр жений . При содержании никелевого порошка в покрытии ниже 3% не обеспечиваетс  требуемый уровень ударной в зкости при отрицательных температурах. Введение в покрытие никелевого порошка свыше 8% экономически не целесообразно, так как повышени  ударной в зкости не происходит.

При содержании ферромарганца в покрытии ниже 2 % не обеспечиваетс  необходимый уровень раскислени  металла шва и повышаетс  склонность к порообразованию . При увеличении содержани  марганца выше 7% ухудшаетс  отделимость шлаковой корки, а также возникает опасность загр знени  наплавленного металла шлаковыми включени ми

Ферросилиций вводитс  в состав покрыти  в качестве раскислител . При содержании ферросилици  в покрытии ниже 6% возрастает склонность металла шва к образованию пор, а при содержании выше 12% увеличиваетс  содержание кремни  в наплавленном металле, что приводит к снижению циклической прочности.

При содержании мрамора в покрытии менее 20% имеет место неудовлетворительна  газова  защита расплавленного металла в зоне сварки. Это приводит к по влению

пористости при сварке. При увеличении содержани  мрамора в покрытии выше 34% затрудн етс  процесс опрессовки электрода из-за ухудшени  реологических свойств обмазочной массы.

0 При содержании плавикового шпата в покрытии менее 14% повышаетс  веро тность образовани  пор в наплавленном металле . Увеличение содержани  плавикового шпата в покрытии выше 19% ведет к ухуд5 шению сварочно-технологических свойств: снижаетс  стабильность горени  дуги, ухудшаетс  укрываемость валика шлаком.

Рутиловый концентрат введен в состав покрыти  дл  обеспечени  шлаковой защи0 ты расплавленного металла на стадии капли и в сварочной ванне от окружающей атмосферы . При содержании рутилового концентрата в покрытии ниже 8% наблюдаетс  насыщение металла шва газами, а при со5 держании выше 16% происходит забегание шлака при сварке в узкую разделку из-за повышени  его жидкотекучести, в результате чего нарушаетс  процесс сварки.

Цирконовый концентрат введен в со0 став покрыти  с целью изучени  отделимости шлаковой корки и повышени  стабильности горени  дуги. Содержание цирконового концентрата в покрытии менее 3% приводит к ухудшению отделимости

5 шлаковой корки, а при содержании выше 10% ухудшаетс  формирование шва.

Пластификаторы, содержащиес  в покрытии в указанных пределах, обеспечивают технологичность обмазочной массы.

0 необходимую дл  изготовлени  электродов на современных прессах высокого давлени . В качестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметилцел- люлоза (КМЦ), слюда, измельченный сили5 кат натри  растворимый, кальцинированна  сода. При содержании пластификатора в покрытии менее 0,5% затрудн етс  опрессовка электрода, а при содержании более 3% недопустимо возрастает содержа0 ние водорода в наплавленном металле.

Введенный в состав покрыти  железный порошок положительно вли ет на стабильность горени  дуги. Кроме того, он повышает коэффициент наплавки электро5 да

Коэффициент массы покрыти  электрода зависит от диаметра втулки и количества металлической составл ющей электродного покрыти . Поэтому в случае минимального и максимального содержани  таких компонентов покрыти  как ферромарганец, ферросилиций , ферротитан. никелевый поро1 шок, ферромолибден и железный порошок коэффициент массы покрыти  колеблетс  от 55 до 65%.

Изготовление электродов производилось на прессах высокого давлени  модели АОЭ-1.

Было изготовлено 11 вариантов электродного покрыти .

Составы покрытий приведены в табл. 1.

Результаты механических испытаний после специальной термообработки, т.е. отпуск 620°С, выдержка 10ч, далее нагрев до 650° С, выдержка 25 ч охлаждение с печью со скоростью 10° С/ч до 300° С. и оценка сварочно-технологических свойств электродов с предлагаемыми покрыти ми, проведенна  по 10-балльной шкале, приведены в табл.2. Величина ударной в зкости определ лась по ГОСТ 6996266 на образцах Шарпи при -50° С.

Химический состав наплавленного этими электродами металла приведен в табл. 3.

Как показывают результаты, приведенные в табл. 2, электроды 2-6, обладающие составом покрыти , в котором соблюдаетс  указанное соотношение, а компоненты вз ты в заданных пределах, обеспечивают повышение по сравнению с прототипом (состав 1)ударной в зкости при отрицательных температурах после специальной термообработки , причем значени  ударной в зкости при -50° С не опускаютс  ниже 3,5 .

Составы 7 и 8 не обеспечивают требуемый уровень ударной в зкости, так как в них не соблюдаетс  указанное соотношение между ферромолибденом гематитом и фер- ротитаном 1:(1-10).(1-10).

Варианты электродов 9 и 10 не обеспечивают необходимые значени  ударной в зкости , так как содержание ферромолибдена , гематита и ферротитана не соответ- ствуетуказанным пределам, хот  соотношение этих элементов соблюдаетс . Кроме того, состав 9 обладает склонностью к пористости из-за низкого содержани  мрамора и ферромарганца, плохим формированием шва из-за высокого содержани  цирконово- го концентрата и неустойчивым горением дуги из-за высокого содержани  плавикового шпата. Состав 10 обладает склонностью к порообразованию из-за низкого содержани  плавикового шпат  и ферросилици .

плохой отделимостью шлаковой корки из-за большого содержани  ферромарганца, забеганием шлака во врем  сварки в разделку из-за высокого содержани  рутилового концентрата ,

Состав 11 не обеспечивает необходимой ударной в зкости при соблюдении соотношени  ферромолибдена, гематита и ферротитана и требуемого содержани  компонентов из-за несоответстви  значени  коэффициента массы покрыти  указанным пределам.

Таким образом, при условии соблюдени  приведенного соотношени  между ферромолибденом . гематитом и ферротитаном и содержани  компонентов покрыти  в указанных пределах при коэффициенте массы покрыти  55-65%. предложенные электроды повышают качество наплавленного металла после специальной термообработки путем обеспечени  ударной в зкости не менее 3,5 кгс-м/см при-50° С.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Электрод дл  сварки, состо щий из

   стержн , выполненного из проволоки Св- 08А и покрыти , содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, цирконовый концентрат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, никелевый порошок , ферромолибден и пластификатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества наплавленного металла при отрицательных температурах после специальной термообработки за счет увеличени  ударной в зкости, покрытие дополни- тельно содержит гематит и железный порошок при следующем соотношении компонентов , мас.%

   Мрамор20-34

   Плавиковый шпат14-19

   Рутиловый концентрат 8-16 Цирконовый концентрат 3-10 Ферромарганец2-7

   Ферросилиций6-12

   Гематит1-6

   Ферротитан2-5

   Никелевый порошок 3-8 Ферромолибден0,5-3,0

   Пластификатор0,5-3,0

   Железный порошок Остальное при этом ферромолибден, гематит и ферротитан вз ты соответственно в соотношении 1:(1-10):(). а коэффициент массы покрыти  составл ет 55-65%.

   Тзблица2

   : /-V

   Ударна  в зкость при

   -50°С после специальной

   термообработки,кгс-м/см 1,5 7.1 4,3 ч,6 5,8 5,2 2,8 3,1 1,8 2,1 3,0

   Предел прочности при 20° С после специальной термообработки, МПа

   Предел текучести при 20°С после специальной термообработки, МПа

   Относительное удлинение при 20°С после специальной термообработки , %

   Склонность к пористости

   Отделимость шлаковой корки, балл

   Формирование шва, балл

   6635285335065075075915611 90604539

   55 393400389391390458420381480412

   21,326,725,830,231,030,723,325,137,121,226,7

   НетНетНетПетНетМетНетНетЕстьЕстьНет

   10 8 810

   10 6

   5 10

   10 6

   5 10

   Таблица 3