Сварочный электрод

)5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ Ф а- в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-производственноеобьединение по технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ"(72) Ю.В.Сванидзе, Д.В,Витман, О.С.Каковкин, Е.Г.Старченко и В,А.Швецов (56) Авторское свидетельство СССР ЬЬ 634892, кл. В 23 К 35/365, 06.07.77,Авторское свидетельство СССР М 959966, кл. В 23 К 35/365, 03.10.80.Акцептованная заявка Японии В 49-1708, кл, В 23 К 35/36, опублик.16.01.74.Авторское свидетельство СССР В 428894, кл. В 23 К 35/365, 14.09,72,Авторское свидетельство СССР М 1242322, кл. В 23 К 35/365, 06.10.83; (54) СВАРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД (57) Использование: ручная дуговая сварка: на переменном токе электродом, опирающимся на кромки свариваемого изделия. Изобретение относится к сварке и касается состава электродного покрытия, которое наносится на высоколегированный стержень, Электрод предназначен для вы-: полнения сварных соединений разнород- ных или высоколегированных сталей на переменном токе в труднодоступных местах, причем электрод в процессе сварки опирается. на кромки свариваемого изделия. При этом шов формируется без дугообразных поперечных или круговых возвратно-поступательных, а также продольных или каких-либо других перемеСущность: на стержень из высоколегированной хромоникелевой стали, содержащей 2 - 8ферритной фазы, нанесено покрытие, содержащее компоненты в следующем соотношении, мас. : мрамор 15 - 21; доломит 10 - 14; плавиковый шпат 5 -7; рутиловый концентрат 30 - 40; металлический марганец 2 - 4; ферросилиций 2 - 4; метал. лический хром 4 - 14, пластификатор 0,2 - 1,5; железный порошок - остальное. Доломит, мрамор и плавиковый шпат взяты в соотношении 1:(1,4 - 1,7):(0,4 - 0,55), а содержание хрома металлического в покрытии ф Сч) и ферритной фазы фФ) в стержне электрода в сумме должно отвечать следующему соотношению: 12 ф 4 Сч + Ф 16 ф, Коэффициент массы покрытия предлагаемого электрода должей быть 47 + 2 . При соблюдении заданных соотношений компонентов электрод обеспечивает при опир нии. на кромки выполнение сва)ны)г"шво высокого качеств в труднодбступйыхместах,2 табл. а электрода, свойственныхной дуговой сварке,ие необходимости колебательй электрода при сварке позвонять ответственные сварныевысокого качества в труднодотах сварщиком невысокой кваПри этом обязательнымеспечивающим получение тачественных сварных соединея отсутствие магнитного дутья,тся использованием переменпитания сварочной дуги. Поэрод должен обеспечивать щений конц обычной ручОтсутств ных движени ляет выпол соединения ступных мес лификации условием, об ких высокока ний, являетс Это достигае ного тока для тому электустойчивый процесс сварки и хорошее формирование сварного шва при использовании источника питания переменного тока.Такой электрод может использоваться, кроме ручной сварки, также для сварки способами автоконтактной сварки и сварки наклонным электродом,.Извесген электрод, для сварки способом наклонного электрода с покрытием, содержащим следующие компоненты, мас. ь:Диоксид кремния 14 - 23 Двуокись титана 5 - 16 Двуокись циркония 0,5 - 7,0 Марганец 4-11 Железный порошок 37 - 60 Указанное покрытие наносится на стержень из углеродистой стали и предназначено для сварки изделий из углеродистой стали, Выполнение стержня из высоколегированной хромоникелевой стали аустенитно-ферритного класса для возможности осуществления сварки разнородных и высоколегированных сталей не позволяет с известным покрытием получить сварной шов без трещин при сварке высоколегированных и разнородных сталей, например стали ВСтЗ со сталью 1 Х 13 или ВСтЗ со сталью 1 Х 18 Н 9.Известен электрод для сварки и наплавки, состоящий из легированного стержня и покрытия, которое с целью повышения прочностных свойств наплавленного металла при отсутствии склонности к горячим трещинам содержит 2 - 4карбида хрома и 1 - 2 калиевой глыбы при следующем соотношении, мас,%:Мрамор 8 - 10 Плавиковый шпат 3 - 5 Двуокись титана 45 - 50 Молибденовый порошок 1 - 3Хром металлический 22 - 28 Марганец . 5 - 7 Поташ 0,5 - 2,0 Карбид хрома 2-4 Калиево-натриевая глыба 1 - 2Данное покрытие наносится на стержень из высоколегированной стали и обеспечивает возможность произведения сварки на переменном токе деталей разной толщины из разнородных сталей способом ручной дуговой сварки. Однако при использовании этого электрода для выполнения сварнйх соединений без каких-либо перемещений конца электрода (электрод неподвйжен и опирается на кромки свариваемого изделия) не достигается положительный результат. дуга горит нестабильно; формиро 20 25 Поставленная цель достигается тем, чтостержень выполнен из высоколегированной хромоникелевой стали типа Х 23 Н 18 с содер жанием ферритной фазы 2 - 8 О, а в электродное покрытие дополнительно введен доломит при следующем соотношении компонентов, мас.%:Мрамор . 15 - 21 55Доломит 10 - 14Плавиковый шпат 5 - 7 Рутиловый концентрат 30 - 40 Металлический марганец 2 - 4 Ферросилиций 2 - 4 Иеталлический хром 4 - 14 вание шва неудовлетворительное; в сварном шве наблюдаются поры,Известен состав электродного покрытия для сварки сталей, содержащий мрамор,5 оксид титана, плавиковый шпат, раскислители, хром, молибден и пластификаторы,который с целью улучшения сварочнотехнологических свойств электрода состержнем из стали ферритно-мартенситно 10 го класса, повышения механическихсвойств и ударной вязкости наплавленногометалла при отрицательных температурахсодержит окись хрома, никель, железныйпорошок, ферромолибден при следующем15 соотношении компонентов, мас.;:Мрамор 6 - 11Окислы титана 12 - 22Плавиковый шпат 21 - 38,5Раскислители3 - 9Ферромолибден 0,5 - 3Окись хрома 3 - 6Хром . 7 - ,12Никель 7 - 10Пластификаторы 0,5 - 2Железный порошок ОстальноеПриведенное покрытие позволяет производить ручную дуговую сварку ферритномартенситных, мартенситных иаустенитно-мартенситных нержавеющих30 сталей, а также указанных сталей со сталями других структурных классов на постоянном токе обратной полярности. Однако прииспользовании этого покрытия (при нанесении его на стержень из аустенитной стали35 типа Х 25 Н 13) для сварки на переменномтоке опирающимся на кромки свариваемогоизделия электродом также не достигаетсяположительный результат: дуга горит с обрывами; формирование шва - неудовлетво 40 рительное; в наплавленном металленаблюдаются поры итрещины.Цель изобретения - повышение качества сварного шва при сварке на переменномтоке опирающимся на кромки свариваемого45 изделия электродом,5 10 15 20 25 30 35 40 45 55 Пластификатор 0,2 - 1,5Железный порошок Остальное.В предлагаемом покрытии подобранотакже соотношение мрамора (М), доломита(Д) и плавикошпатового концентрата (П),при котором обеспечивают устойчивое горение дуги в случэе питания ее от сварочного источника переменного тока и хорошееформирование сварного шва при плавленииопирающегося на кромки свариваемого изделия электрода со стержнем из высоколегирован ной стали без продольныхколебаний конца электрода, свойственныхручной дуговой сварке,Подобранное соотношение компонентов определяется выражением Д:М:П =.1,0:(1,4 - 1,7);(0,4 - 0,55).Содержание хрома металлического впокрытии (о Сг) и ферритной фазы (оьФ) встержне электрода в сумме должно отвечатьсоотношению 12%Сг+ Ф ( 16;. приэтом коэффициент массы покрытия долженсоставлять 47+2 О.Нарушение указанных соотношенийприводит к ухудшению формирования и качества шва или к ухудшению отделимостишлаковой корки; Мрамор и доломит введены в состав покрытия для обеспечения газошлаковой защиты от азота воздуха с цельюнедопущения образования пор, Содержание мрамора вместе с доломитом ниже 25 ф(,(мрамор 15 доломит 10;4) приводит к образованию пор в сварном шве. Увеличениедоломита и мрамора более 14 О и 21 оь соответственно вызывает чрезмерное увеличение длины втулки на конце электрода,приводящее к обрыву (затуханию) сварочной дуги;Плавикошпэтовый концентрат вводится в состав покрытия также с целью предот-.вращения образования водородистойпористости. При содержании этого компонента в покрытии меньше 5 О в сварном швеобразуются поры. При содержании плави.кошпатового концентрата более 7% нарушается устойчивость горения сварочнойдуги,Рутиловый концентрат введен в составпокрытия для шлаковой защиты наплавляемого металла от азота воздуха, а также дляобеспечения устойчивого горения сварочной дуги на переменном токе,Если "одержится менее 30% рутилового концентрата, то в процессе плавленияэлектрода наблюдаются обрывы сварочной. дуги. При содержании в покрытии более40 ф 6 рутилового концентрата нарушаетсяравномерность покрытия шва шлаком иухудшается формирбвэние кристаллизационных трещин в сварных швах. Количество этого компонента в покрытии колеблется в заданных пределах в зависимости от содержания ферритной фазы в электродном стержне.Уменьшение содержания металлического хрома в покрытии менее 4 О и менее 14 при содержании ферритной фазы в электродных стержйях соответственно 8 О и 2 приводит к образованию горячих трещин в сварных швах.Увеличение содержания металлического хрома в покрытии более 4;6 и более 14% при содержании соответственно ферритной фазы в электродных стержнях 8 оь и 2( вызывает охрупчивание металла сварных швов вследствие образования д -фазы и ведет к возникновению холодных трещин.Дополнительным ферритообразующим компонентом в составе покрытия является ферросилиций. Ферросилиций в покрытии предохраняет от выгорания кремний, содержащийся в проволоке; в результате его количество в наплавленном металле поддерживается на постоянном оптическом уровне 0,7 - 1,0 О, Понижение или повышение содержания ферросилиция в покрытии по сравнению с указанными пределами (2 - 4) вызывает изменение содержания ферритной фазы в наплавленном металле мень-ше 5 ь или больше 8 О, что может привести к образованию горячих или холодных трещин в сварных швах,Марганец введен в состав электродного покрытия для связывания серы в тугоплавкие окислы в кристаллизирующемся металле шва, вследствие чего" повышается пластичность металла сварных "швов; При содержании марганца нйже 2 необходимый уровень пластичности металлашва не обеспечивается. При повышении содержаноя марганца в покрытии выше 4 оф ухудшается отделимость шлака при сварке. Пластификаторы, содержащиеся в покрытии в количестве 0,2 - 1,5, обеспечивают необходимую технологичность обмазочной массы при изготовлении электродов на прессах высокого давления. В кэчестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметилцел 50 люлоза,(КМЦ), слюда, сода кальцинированная. При содержании пластификатора менее 0,506 затрудняется опрессовка электродов; при содержании пластификатора более 3 о недопустимо возрастает содержание водорода в наплавленном металле,Железный порошок положительно влияет на стабильность горения дуги и повышает коэффициент наплавки электрода.Изготовление электродов производили прем опрессовки на прессе высокого давления марки АОЭ. Было изготовлено 14 электродов, составы которых приведены в табл.1. При этом коэффициент массы покры тия составлял 47+ 2,Составы 2 - 6 соответствуют предельным, а составы 7 и 8- запредельным значениям, так как не соблюдалось соотношение 12 Сг+ Ф 16. Покрытия электродов 10 9-14 были изготовлены для подтверждения правильности выбора соотношение мрамора, доломита и плавикошпатового концентрата. В качестве стержня использовали проволоку типа Х 25 Н 13. Электродами, ме тодом ручной сварки выполняли тавровые сварные соединения пластин из сталей марок ВСтЗ и 1 Х 13, при этом наблюдали за процесСом сварки и оценивали качество покрытия электродов. 20В процессе сварки электрод опирался на кромки свариваемого изделия, а ось электрода была наклонена к оси шва под углом 8-12 О. При этом конец электрода был неподвижен в поперечном направлении. 25 Для сварки использовали электроды диаметром 5 мм, Сварку производили с использованием сварочного источника питания переменного тока УДГУ-ЗО 1, оборудованного возбудителем - стабилизатором, на ре жиме: сила тока 200 - 210 А; напряжение 24 - 26 В.Результаты испытаний, приведенные в табл,2, показывают, что предлагаемый электрод, по сравнению с известными позволяет 35 осуществлять сварку на переменном токе опирающимся на кромки свариваемого изделия электродом со стержнем из высоколегированной стали, при этом получаются хорошо сформированные сварные швы и 40 обеспечивается хорошая отделимость шлаковой корки от поверхности швов, Это позволяет выполнять сварку в труднодоступных местах.Формула изобретенияСварочный электрод, состоящий из высоколегированного стержня и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, металлический хром, металлический марганец, ферросилиций, железный порошок и пластификатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварного шва при сварке на переменном токе электродом, опирающимся на кромки свариваемого изделия, высоколегированный стержень выполнен из стали типа Х 25 Н 13 с содержанием ферритной фазы от 2 до 8 О, а электродное покрытие дополнительно содержит доломит при следующем соотношении компонентов, мас,.Мрамор 15 - 21 Доломит 10 - 14 Плавиковый шпат 5 - 7 Рутиловый шпат 5 - 7 Рутиловый концентрат 30 - 40 Металлический марганец 2 - 4 Ферросилиций 2 - 4 Металлический хром 4 т 14 Железный порошок 5, - 21 Пластификатор 0,2 - 1,5При этом доломит (ДО, мрамор (М) и плавиковый шпат(П) взяты в соотношении Д;М:П = 1:(1,4 - 1,7):(0,4-0,55), а содержание (о Сг) металлического хрома в покрытии и ферритной фазы ф Ф) в стержне электрода в сумме отвечает следующему соотношению;12 Сг+ Ф 16, причем коэффициент массы покрытия электрода составляет 47+ 2.1754381 Т а л , еа вМЛавщта тава еюввещ е еа е ее Наименование конно"ментов ю ев ваваа ае еПрото"тнп ате ет щ вваее предельных со соотновение ДНП среднеиа1:50 5 предельных по содержаниюкомпонентов а евщ в е тв те е11404 117055 115:05 11505е ге щ авваватемаа ев ю11,50,5 ( 5:05ДоломитпрапорПлввикоеый ипат.2186 14 21 О14,04,0 12 9 10 20 4 15 15 6,6 5 5 10 15 10 25 Рутиловый концентРат 3535 353.1 В,О 35 35 30Ь 221,6 Ферросилиций (452)Оелезный .поровокФврронолибден 33ВВ 8,5 Хрон неталлический 10 1 О 14е 10 1 О 10 Никелевый пороюокОкись хронаПотаа 51 1 92 1,5 Нвргаиец неталличесгкий 3 3 Количество Феррит- ной фазы е стержне 40 47 49 Коэффициент массыпокрытия 47 48 46 в а аа авва е е аатме щщтатнеею ааааа а П о олжение табл 1мщ еЬ татамт вее ев а а а Наиненование Содержание компонентов, мас.2 в в составе электроде а щ е ета вава ва е щ а е а а тт тее запредельных по соотноиение Д;НП е а е запредельнмх по содераннию конпонентове еаюеа атаевам ева тата в11,750,5 1;150,6 11е а1212 14 2 12186 ДоломитНранорПлавиковый ипат 12 21 . 18 16 2 5 7 Рутиловмй концентратФерросилиций (452) 35 28 35 3В,В Э13 3 Хелезный порван Ферронолибден 1 О Хром металличес"кий 1 О 8 10 1 О Никелевый порошокОкись хромаПотам Нарганец металлический 5 Количество Феррит" ной фазм в стержне 47 Коэффициент кассыпокрмтия 47е41 т ,ат еа а Табли а 2т евеатаама ет втв г ааПоказатель Состав электрода заявляемый состав запредельный . состав прототипае5 5 3 5 4 4. 3; 3 ттв веа аетв Фориирование ваа (пятив бальнаясистема оценок) ва таам таа ее ее в еееюее тщетаевам аа татв 5 5 5 5 Отделимость алаковойкорки от поверхностивеа (пятибальная система оценок) 5 55 5 Ь 5 4,3 33 3 3 Э 5 Наличие или отсутствиепор в металла,юва Есть Нет Нвт" Нет Нет Нет Есть Нет Нет Есть Нет Нет Нет Нет Наличие или отсутствиетреаинметалле вва Нет Нет НетНет Есть Есть Есть Есть Нет Нет Нет Нет Есть Нет Характер горения дуги(пятибальная системаоценок) 5 5 3 3 Э 3 2 5; 5 Ь 5 4 5 3 а еаа" атаэ тюеаматЬщ щта в аа в го 353 312 . 122 Содержание компонентов в составе элактрода насЛ Э 3 4 47 ) 47