Электрод для сварки алюминиевой бронзы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С КРЕСПУБЛИК б 683 А(55 В 23 К 35/36 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юкрыти- М ф,ссСо вали и проля устранепосле чего стенции на а. Нанесли стержни из сле сушки и сваривали й бро ктрод зы, леги-имеют(71) Производственное объединение "Кировский завод" и Ленинградский политехнический институт им. М,И,Калинина (72) А,В,Шимарев, Б,Л.Григорьев и Л.А,Ефимов,(56) Авторское свидетельство СССР М 831465, кл. В 23 К 35/365, 1978.Авторское свидетельство СССР М 564941, кл. В 23 К 35/365, 1975.(54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЕВОЙ БРОНЗЫ(57) Изобретение относится к сварке, в частности к материалам для сварки алюминиевых бронз, преимущественно легированных цинком, и может быть использовано для сварки перспективных коррозионно-стойИзобретение относится к сварке конструкций преимущественно из алюминиевой бронзы, легированной цинком, и может использоваться для сварки и наплавки коррозионностойкой демпфирующей алюминиевой бронзы, легированной цинком, используемой в судостроении, машиностроении, турбостроении и других отраслях промышленности.Известен ряд электродных покрытий и электродов для дуговой сварки алюминиевых брона и некоторых демпфирующлх сигналов, например АБ - 2, БЛ, ЛКЗ - АБ.Известен сварочный электрод с электродным покрытием, изготовленным на стержнях из сплава, содержащего 750/О марганца и 25 меди, с нанесенным на него ких и демпфирующих сплавов, что расширяет возможность их внедрения в машиностроении, судостроении и других отраслях народного хозяйства, Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварных соединений из алюминиевой бронзы, легированной цинком. Электрод состоит из стержня, выполненного из алюминиевой бронзы Бр АМц 9 - 2, покрытия, содержащего; мас.%: криолит 46 - 71; фторид натрия 2-10; фторид лития 2-5; фторборат калия 5 - 10; хлорид натрия 2 - 4; алюминий 18 - 25, и наружной оболочки в виде спирали из проволоки или ленты, изготовленной из латуни, содержащей 30 - 40% цинка. Причем коэффициент массы покрытия равен 13 - 16%, масса наружной оболочки составляет 22 - 30% от массы электродного стержня с покрытием. 2 табл,способом окунания электроем следующего состава, масМраморПлавиковый шпатКриолитфтористый натрийМатериалы шихты размалысеивали через сетку 016. Затем дния сепарации перемешивали,замешали до необходимой консиводном растворе жидкого стеклпокрытие способом окунания намарганцево-медного сплава. Попрокалки готовыми электродамиобразцы.При сварке алюминиеворованной цинком, эти эле5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 удовлетворительные сварочно-технологические характеристики. Однако они имеют повышенную склонность к образованию трещин в металле шва, низкую коррозионную стойкость сварного соединения (0,86 мм/г), а логарифмический декремент затухания сварного соединения составляет 1,1 , по величине которого судят о демпфирующей способности сплава.Наиболее близким к изобретению электрод сварочной, изготовленный с электродным покрытием состоящим, мас. :Криолит 28 Плавиковый шпат 8 Хлористый натрий 2 Никель 15 Марганец 25 Железный порошок 4 Мрамор 8 Фтористый натрий 8 Фторборат калия 1 Карбоксиметилцеллюлоза 1 Материалы шихты размалывали, просеивали, взвешивали в соответствии с рекомендациями, после чего тщательно перемешали, Сухую шихту замешивали на водном растворе силиката натрия в количестве, необходимом для нанесения покрытия способом окунания на стержни из бронзы марки Бр.АМц 9 - 2. Карбоксиметилцеллюло- за вводилась в замес в виде водного раствора, После сушки и прокалки готовыми электродами сваривали образцы. Указанный состав электродного покрытия предназначен для сварки сложнолегированных алюминиевых бронз, В результате сварки этими электродами алюминиевой бронзы, легированной цинком в металле шва, получено 2,8 никеля, 4,1 марганца и 1 железа; цинк содержался только в качестве примеси 0,38 . В результате получена химическая неоднородность сварного сединения по химическому составу между швом и основным металлом, Коррозионная стойкость сварного соединения, полученная в процессе испытаний, составляет 0,026 мм/г, Логарифмический декремент затуханий 0,4 .Цель изобретения - повышение коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварного соединения из алюминиевой бронзы, легированной цинком.Поставленная цель достигается тем, что известное покрытие для сварочного электрода дополнительно содержит фтористый литий и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.:Фторборат калия 5 - 10 Фтористый натрий 2 - 10 Фтористый литий 2 - 5 Хлористый натрий 2 - 4 Алюминий 18 - 25 Криолит 46-71 наносимое методом окунания на стержень из алюминиевой бронзы марки Бр,АМц 9 - 2, и дополнительно на готовый электрод одевается оболочка из медного сплава, содержащего цинк, например проволока из латуни марки Л 63 в количестве 22-30 от массы, покрытой электродным покрытием части электродного стержня.Предлагаемый электрод для сварки алюминиевых бронз позволяет получить в наплавленном металле и металле сварного шва необходимое количество цинка 5 - 7,5, что практически невозможно осуществить ни одним из известных электродов для дуговой сварки.Известно, что температура плавления алюминиевой бронзы, легированной цинком, составляет 1040 С, Температура кипения цинка в аналогичных условиях 905 С, Температура капли расплавляемого электрода 1700-1800 С, а температура сварочной ванны 1300 в 14 С, В таких условиях при ручной дуговой сварке содержание цинка в наплавленном металле не превышает 2 - 3. Остальной цинк в соответствии с законом Рауля успевает выкипеть. Введение цинка через периферийную а значит, и более "холодную" зону дугового пространства позволяет сохранить в металле шва достаточно высокое содержание цинка, Соотношение массы оболочки к массе обмазанной части электродного стержня определяется возможностью получения необходимой кон- центрации цинка в наплавленном металле, При 22 латунной оболочки в наплавленном металле получаем 5 цинка, а при 30 латунной оболочки - соответст вен но 7,95 цинка. При этом понизится коррозионная стойкость сварного шва. Дополнительное введение в состав фтористого лития позволяет увеличить поверхностное натяжение шлака и увеличить стабильность горения дуги, что оказывает благоприятное влияние на отделимость шлака от поверхности металла шва. Введение фтористого лития мене 2 не оказывает влияния на улучшение характеристик, повышение концентрации выше 5 приводит к значительному увеличению поверхностного натяжения, что затрудняет нормальное формирование металла шва и не улучшает отделимость шлаковой корки,Фторборат калия при сварке диссоциирует на фтористый калий и фторид бора и значительно снижает склонность наплавленного металла к образованию пор. При его содержании менее 5 в составе сухойшихты повышается вероятность образования пор в металле шва. Повышение содержания фторбората калия более 10 нецелесообразно в связи с ухудшением сварочно-технологических характеристик электродов выражающихся в увеличении потерь на угар и разбрызгивании, а также удорожании электродов.Хлористый натрий служит технологической добавкой, определяющей технологическую прочность электродных покрытий. Уменьшение его содержания ниже нижнего предела (2 ) приводит к образованию трещин в электродном покрытии и его осыпанию. Увеличение содержания хлористого натрия в сухой шихте более 4 приводит к взаимодействию с водным раствором силиката натрия, Связующее утрачивает клеящие свойства и электроды изготовить не удается, Кроме того, значительно снижается вязкость шлака и нарушается шлаковая защита металла шва,Снижение содержания фтористого натрия менее 2 приводит к повышению содержания неметаллических включений металла шва и снижению пластичности наплавленного металла, а увеличение содержания больше 10 ухудшает отделимость шлака и формирование наплавленного металла.Увеличение содержания криолита выше 71 снижает технологическую прочность электродного покрытия, а снижение содержания ниже 46 не позволяет получить удовлетворительных сварочно-технологических характеристик и коэффициент перехода алюминия в наплавленный металл.Количество алюминия в сухой шихте определяется необходимостью легирования наплавленного металла алюминием, содержание которого уменьшается в связи с разбавлением металла электродного стержня металлом оболочки, содержащей медь и цинк. При снижении содержания алюминия в покрытии ниже 18 содержание алюминия в наплавленном металле составляет меньше 7,5, а при содержании алюминия более 25 в металле шва его оказывается более 8,5, что резко снижает пластичность и ударную вязкость наплавленного металла,В результате применения изобретения для сварки алюминиевой бронзы, легированной цинком, получена коррозионная стойкость сварного соединения не хуже, чем у основного металла (0,006 - 0,009 мм/г). Логарифмический декремент колебаний составил 2,4 - 3,2 при нагрузке 20 МПа,Предлагаемый электроддля сварки преимущественно алюминиевых бронз, легиро ванных цинком, испытан в лабораторных условиях.В качестве стержня для изготовления электродов использована проволока из алюминиевой бронзы марки Бр,АМц 9 - 2 диаметром 6 мм, На эти электродные стержни способом окунания нанесены электродные покрытия, составы сухих шихт которых приведены в табл.1.Материалы сухой шихты размалывали, просеивали через сетку 016, взвесили и перемешали, после чего приготовили замес на водном растворе силиката натрия с плотностью 1,31 - 1,34 г/см (модуль 2,56), При нанесении покрытий способом окунания на 1 кг сухой шихты расход жидкого стекла составляет 0,45 - 0,6 кг. После сушки при 18 - 20 С в течение 24 ч электроды прокалены при 400 - 420 С в течение 1,5 - 2 ч, Коэффициент массы электродного покрытия прокаленных электродов составляет 0,13-0,16. Металлическая оболочка выполнена в виде спирали из латунной проволоки марки Л 63 диаметром 1,45 мм. Масса спирали составляет 20 - 35 от массы покрытой части электродного стержня.Сварочно-технологические свойства электродов испытывали путем сварки встык пластин из алюминиевой бронзы, легирова н ной цинком. Р.азмеры пластины 25 х 150 х 460 мм. Разделка Х-образная с притуплением 2 мм, угол разделки кромок 90 С, зазор 3 мм. Для определения химического состава наплавленного металла электродами выполнялась наплавка на ребро пластины 20 мм. Сварку и наплавку производили на постоянном токе обратной полярности при напряжении на дуге 26 - 28 В, силе сварочного тока 240 - 270 А и скорости сварки 12 - 16 м/ч с поперечными колебаниями 5 мм.Сварочно-технологические свойства электродов с покрытием предлагаемого состава (варианты 1 - 3) оцениваются следующим образом. Горение дуги устойчивое, без сильного разбрызгивания и выделений пыли и дыма; шлаковая корка равномерно покрывает наплавленный металл; после сварки по мере охлаждения шлаковая корка легко удаляется; наплавленный металл имеет мелкочешуйчатую поверхность; в металле шва поры, трещины и шлаковые включения не обнаружены.Сварочно-технологические свойства 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 электродов с покрытием по вариантам 4 и 5неудовлетворительные, При использовании варианта 5 покрытия наблюдалось неустойчивое горение дуги, затруднено удалениешлака с поверхности шва, наплавленный металл имеет грубую неровную поверх1736683 40 45 50 55 ность, в металле шва обнаружены поры. При использовании варианта 4 покрытия горения дуги неустойчивое, покрытие кусками отваливается с электрода, ухудшается шлаковая защита металла шва, отделяемость 5 шлака плохая, поверхость шва грубая и неровная, в металле шва, отделяемость шлака плохая, поверхность шва грубая и неровная, в металле шва обнаружены шлаковые включения, 10При сварке известными электродами с известными покрытиями (пример 6, 7) получены хорошие сварочно-технологические свойства, однако они не обеспечивают получение химического состава металла шва, со ответствующего составу свариваемого металла, Это приводит к снижению коррозионной стойкости сварного соединения (см. табл.2), Эксплуатационные характеристики наплавленного металла и сварных 20 соединений определялись после термической обработки выполненной по режиму: нагрев до 730 С, выдержка 3 ч, охлаждение в воде.Применение электрода для сварки алю миниевых бронз, преимущественно легированной цинком, позволяет получить необходимый химический состав наплавленного металла и металла сварного шва, что позволяет получить высокую коррозион ную стойкость и демпфирующую способность. Это позволяет применить изобретение для снижения количества неисправимых дефектов литья и для создания лито 35 сварных конструкций, что существенно расширяет возможности применения перспективного коррозионностойкого вибродемпфирующего сплава, Возрастает эксплуатационная надежность готовых конструкций в связи с возможностью восстановления изношенного оборудования с помощью ручной дуговой сварки. Формула изобретения Электрод для сварки алюминиевой бронзы, состоящий из стержня, выполненного из проволоки Бр АМц 9-2 и покрытия, содержащего криолит, фторид натрия, хлорид натрия, фторборат калия, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости и демпфирующей способности сварного соединения, состав покрытия дополнительно содержит фторид лития и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас, О:Криолит 46-71 Фторид натрия 2 - 10 Фторид лития 2 - 5Фторборат калия 5 - 10 Хлорид натрия 2 - 4 Алюминий 18 - 25 коэффициент массы покрытия составляет 13 - 16 о , электрод снабжен наружной оболочкой, масса которой составляет 22 - 30 оот массы электродного стержня с покрытием, при этом оболочка выполнена в виде спирали из проволоки или ленты, изготовленной из латуни, содержащей 30 - 40;4 цинка,.,СО Сф- С"СЧ СЧ .й СЧо ) о т т Ф с ф Щ с с Щ т 5 У 5 1- о5 а т Ф Ф У ащ о х о Ф о 7) )- т о о а 5 Щ : о Щ 1- Щ л щ м щ Ф 5 Ф Щ 1 - о о о )5 5 У о Ф 5 5 Х сГ СО 1 О) сй с- О СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ - О Г СО (О СО СЧ (Сф) о о о - - а сч о о о о о СО о ооооооо СО СО . Е В СООООООО О 1 СЧ сГ СО СЧ (О СО- СЧ СЧ ) - С) - СЧ ооооооо С СГ О СЧ - СО 3 са .О сй са сТ сГ СО СЧ й) ССО С С СЧ М СЧ С) С ооооооо СО, й)СО С. Е ст . Д С,. ооооооо с СО- О) с са - .- СО ЦЭ О СО С) - С )- С) тСОж )т ОО СО) - О) 1- СО СЧ- о);Г