Электрод для сварки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 551 А 17 5 В 23 К 35/36 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛ АВТОРСКОМ объединени ия "ЦНИИТ ен;12:, Ю,М,Няг СССР23,05,88.СССР1974,говая сварк тентра 6 в3 - 82 в1 - 33 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР(54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ СВАРК(57) Использование: ручная д Изобретение относится к сварке. а именно к электродам, используемым для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса в различных отраслях машиностроения, в частности для сварки узлов и оборудования АЭС,Известен электрод для сварки низко-и среднелегированных высокопрочных сталей с пределом прочности свыше 60 кгс/мм, в состав покрытия которого входят. мас,%:Мрамор 35-45 Плавиковый шпа 20-25 Рутиловый конц т 5-10 Ферромарганец 4 - 6 Ферросилиций 2 - 5 ФерротитанНикельХромФерромолибденЦеллюлоза 1 -низколегированных сталеи перлитного класса узлов и оборудования АЭС. Электрод для сварки состоит из стержня, выполненного из проволоки СвА и покрытия, состав которого, мас.%: мрамор 20 - 34; плавиковый шпат 14 - 19; рутиловый конц трат 8 - 16; цирконовый концентрат 3 - ферромарганец 2-7; ферросилиций бгематит 1-6; ферротитан 2 - 5; никелевый порошок 3-8, ферромолибден 0,5-3; пластификатор 0,5 - 3; железный порошок остальное. Ферромолибден, гематит и ферротитан взяты в соотношении 1:(1 - 10):(1 - 10). Коэффициент массы покрытия составляет 55 - 65%. 3 табл. Ферробор 0.1-3 Алюмомагниевая лигатура 1 - 3 Цирконовый концентрат 5-8 Недостатком указанного электрода является неудовлетворительное качество металла швов, не обеспечивающее необходимую величину ударной вязкости при -50 С после специальной термообработка из-за наличия в покрытии хрома и алюмомагниевой лигатуры, повышающих прочность наплавленного металла и снижающих его ударную вязкость.Наиболее близким к предлагаемому является электрод, включающий стержень из стали перлитного класса с содержанием азота 0,005-0,03 мас,% и покрытие, содержащее следующие компоненты, мас.%:Плавиковый шпат 18-22 Песок кварцевый 5-7 Ферротитан 5 - 7 Ферромарганец 0,5-2Ферросилиций 3-5,5Никелевый порошок 1,5 - 2,5Железный порошок 3-6Поташ 0,5 - 1,5Мрамор ОстальноеВеличина ударной вязкости металласварных швов, выполненных указаннымиэлектродами, при -50 С после специальнойтермообработки является недостаточнойдля обеспечения работоспособности сварных конструкций, Низкие значения ударнойвязкости вызваны неудовлетворительнымсоотношением компонентов покрытия и невозможностью его оптимизации в рамкахданной композиции.Целью изобретения является повышение качества наплавленного металла приотрицательных температурах после специальной термообработки за счет увеличенияударной вязкости,Поставленная цель достигается тем, чтов электроде, включающем стержень из низкоуглеродистой холоднокатаной стали марок Св - 08 А или Св - 08 АА и покрытие.содержащее мрамор, плавиковый шпат,концентрат рутиловый, концентрат цирконовый, ферромарганец, ферросилиций. гематит, ферротитан, никелевый порошок,ферромолибден, железный порошок и пластификатор, компоненты покрытия взяты аследующем соотношении, мас. о:Мрамор 20-34Плавиковый шпат 14-19Концентрат рутиловый 8-16Концентрат цирконовый 3-10Ферромарганец 2-7Ферросилиций 6 - 12Гематит 1 бФерротитан 2 - 5Никелевый порошок 3 - 8Ферромолибден 0.5 - 3Пластификатор 0,5 - 3Железный порошок ОстальноеПри этом содержания ферромолибденагематита и ферротитана взяты соответственно в соотношении 1;(1-10):(1 - 10), Коэффициент массы покрытия электрода55 в 6/Предложенный электрод обеспечиваетударную вязкость наплавленного металлане менее 3,5 кгс м/см при -50 С послетермообработки. отпуск 620 С, выдержка10 ч, далее нагрев до 650 С, выдержка 25 ч,охлаждение с печью со скоростью 10 С/чдо 300 С.Введение в состав покрытия ферромолибдена, гематита и ферротитана в указанном соотношении позволяет получитьнаплавленный металл, обеспечивающий заданную ударную вязкость при отрицатель 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ных температурах после специальной термообработки за счет повышения устойчивости против отпускной хрупкости, измельчения зерна и торможения процесса коагуляции карбидов.Для подавления отпускной хрупкости осуществляется легирование наплавленного металла молибденом. Но ее не всегда удается устранить из-за малых скоростей охлаждения после отпуска, которые необходимы для полной релаксации напряжений, возникающих в изделиях после сварки, Увеличение количества молибдена в наплавленном металле способствует повышению устойчивости против отпускной хрупкости путем торможения сегрегационных процессов. Однако при этом повышается прочность металла шва, а величина ударной вязкости снижается. Таким образом, ферромолибден необходим в покрытии для подавления хрупкости, но его количество должно быть минимальным для получения заданной ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. Это условие выполняется только при введении в покрытие совместно с ферромолибденом гематита и ферротитана в указанном соотношении, что способствует уменьшению количества углерода в наплавленном металле, карбиды которого коагулируют в процессе специальной термообработки, снижая тем самым устойчивость против отпускной хрупкости,Введение гематита в покрытие способствует уменьшению количества углерода в наплавленном металле за счет взаимодействия его с кислородом в высокотемпературной зоне дуги. Необходимое для связывания углерода количество кислорода поступает в зону дуги при разложении гематита под взаимодействием температурного фактора. Интенсивное прохождение реакции между кислородом и углеродом объясняется высоким сродством последнего к 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 содержания кислорода в наплавленном металле ведет к ухудшению механических свойств, в том числе ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. Процесс удаления кислорода осуществляется с помощью введения в состав покрытия 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 по50 55 крытие способствует улучшению условий переноса расплавленного металла через дуговой промежуток, В результате повышения окисленности зоны плавления снижается поверхностное натяжение на границе шлак - металл и капли измельчаются. Насыщение поверхностного слоя капли кислородом препятствует также проникновению водорода, уменьшая возможность возникновения 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 становятся дополнительными центрами кристаллизации,Отклонения в большую или меньшую сторону от предложенного соотношения ферромолибдена, гематита и ферротитана приводят к нарушению баланса при взаимодействии компонентов покрытия с кислородом и между. собой во время плавления электрода, следствием чего является падение ударной вязкости ниже 3,5 кгс м/см2 при -50 С после специальной термообработки.Присутствие в электродном покрытии никелевого порошка обеспечивает повышение уровня сопротивления хрупкому разрушению сварных швов. Никель за счет упрочнения феррита и измельчения зерна повышает пластичность и вязкость наплавленного металла, а также уменьшает чувствительность к концентраторам напряжений. При содержании никелевого порошка в покрытии ниже 3% не обеспечивается требуемый уровень ударной вязкости при отрицательных температурах. Введение в покрытие никелевого порошка свыше 8% экономически не целесообразно, так как повышения ударной вязкости не происходит.При содержании ферромарганца в покрытии ниже 2 О не обеспечивается необходимый уровень раскисления металла шва и повышается склонность к порообразованию. При увеличении содержания марганца выше 7 О ухудшается отделимость шлаковой корки, а также возникает опасность загрязнения наплавленного металла шлаковыми включениями,Ферросилиций вводится в состав покрытия в качестве раскислителя, При содержании ферросилиция в покрытии ниже 6% возрастает склонность металла шва к образованию пор, а при содержании выше 12 О увеличивается содержание кремния в наплавленном металле, что приводит к снижению циклической прочности,5 10 15 20 25 30 35 40 45 При содержании мрамора в покрытии менее 20 О имеет место неудовлетворительная газовая защита расплавленного металла в зоне сварки. Это приводит к появлению пористости при сварке. При увеличении содержания мрамора в покрытии выше 34/, затрудняется процесс опрессовки электрода из-за ухудшения реологических свойств обмазочной массы,При содержании плавикового шпата в покрытии менее 14% повышается вероятность образования пор в наплавленном металле, Увеличение содержания плавикового шпата в покрытии выше 19 О ведет к ухудшению сварочно-технологических свойств: снижается стабильность горения дуги, ухудшается укрываемость валика шлаком.Рутиловый концентрат введен в состав покрытия для обеспечения шлаковой защиты расплавленного металла на стадии капли и в сварочной ванне от окружающей атмосферы, При содержании рутилового концентрата в покрытии ниже 8 Д наблюдается насыщение металла шва газами, а при содержании выше 1 бо.происходит забегание шлака при сварке в узкую разделку из-за повышения его жидкотекучести, в результате чего нарушается процесс сварки,Цирконовый концентрат введен в состав покрытия с целью изучения отделимости шлаковой корки и повышения стабильности горения дуги, Содержание цирконового концентрата в покрытии менее 3% приводит к ухудшению отделимости шлаковой корки, а при содержании выше 10 О ухудшается формирование шва,Пластификаторы, содержащиеся в покрытии в указанных пределах, обеспечивают технологичность обмазочной массы, необходимую для изготовления электродов на современных прессах высокого давления. В качестве пластификаторов могут быть использованы поташ, карбоксиметилцелл юлоза (КМ Ц), сл юда, измел ьчен н ый сил икат натрия растворимый, кальцинированная сода, При содержании пластификатора в покрытии менее 0,5 О затрудняется опрессовка электрода, а при содержании более 34 недопустимо возрастает содержание водорода в наплавленном металле. Введенный в состав покрытия железный порошок положительно влияет на стабильность горения дуги. Кроме того, он повышает коэффициент наплавки электрода.Коэффициент массы покрытия электрода зависит от диаметра втулки и количества металлической составляющей электродного покрытия, Поэтому в случае минимального и максимального содержания таких компо 1731551нентов покрытия как ферромарганец, ферросилиций, ферротитан. никелевый порошок, ферромолибден и железный порошоккоэффициент массы покрытия колеблетсяот 55 до 65%.Изготовление электродов производилось на прессах высокого давления моделиАОЭ.Было изготовлено 11 вариантов электродного покрытия.Составы покрытий приведены в табл, 1.Результаты механических испытанийпосле специальной термообработки, т,е, отпуск 620 С, выдержка 10 ч, далее нагрев до650 С, выдержка 25 ц. охлаждение с печьюсо скоростью 10 С/ч до 300 С. и оценкасварочно-технологических свойств электродов с предлагаемыми покрытиями, проведенная по 10-балльной шкале, приведены втабл, 2. Величина ударной вязкости определялась по ГОСТ 6996266 на образцах Шарпипри -50 С,Химический состав наплавленного этими электродами металла приведен в табл. 3,Как показывают результаты, приведенные в табл, 2, электроды 2 - 6, обладающиесоставом покрытия, в котором соблюдаетсяуказанное соотношение, а компоненты взяты в заданных пределах, обеспечивают повышение по сравнению с прототипом(состав 1) ударной вязкости при отрицательных температурах после специальной термообработки. причем значения ударнойвязкости при -50" С не опускаются ниже 3,5кгс м/см.Составы 7 и 8 не обеспечивают требуемый уровень удаоной вязкости, так как в нихне соблюдается указанное соотношениемежду ферромолибденом. гематитом и ферротитаном 1:(1-10);(1-10).Варианты электродов 9 и 10 не обеспечивают необходимые значения ударной вязкости, так как содержание ферромоли.бдена, гематита и ферротитана не соответствует указанным пределам, хотя соотношение этих элементов соблюдается, Крометого, состав 9 обладает склонностью к пористости из-за низкого содержания мрамора иферромарганца, плохим формированиемшва из-за высокого содержания цирконового концентрата и неустойчивым горениемдуги из-за высокого содержания плавикового шпата. Состав 10 обладает склонностью кпорообразованию из-за низкого содержания плавикового шпата и ферросилиция,плохой отделимостью шлаковой корки из-забольшого содержания ферромарганца, забеганием шлака во время сварки в разделкуиз-за высокого содержания рутилового кон 5 центрата,Состав 11 не обеспечивает необходимой ударной вязкости при соблюдении соотношения ферромолибдена, гематита иферротитана и требуемого содержания ком 10 понентов из-за несоответствия значения коэффициента массы покрытия указаннымпределам,Таким образом. при условии соблюдения приведенного соотношения между фер 15 ромолибденом, гематитом и ферротитаноми содержания компонентов покрытия в указанных пределах при коэффициенте массыпокрытия 55-65 . предложенные электроды повышают качество наплавленного ме 20 талла после специальной термообработкипутем обеспечения ударной вязкости не. менее 3,5 кгс м/см при -50" С,Формула изобретения25 Электрод для сварки, состоящий изстержня, выполненного из проволоки Св 08 А и покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат,цирконовый концентрат, ферромарганец,30 ферросилиций, ферротитан, никелевый порошок, ферромолибден и пластификатор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества наплавленного металла при отрицательных температурах после35 специальной термообработки за счетувеличения ударной вязкости, покрытие дополнительно содержит гематит и железныйпорошок при следующем соотношении компонентов,мас,:40 Мрамор 20-34Плавиковый шпат 14-19Рутиловый концентрат 8 - 16Цирконовый концентрат 3-10Ферромарганец 2-745 Ферросилиций 6 - 12Гематит 1 - 6Ферротитан 2-5Никелевый порошок 3-8Ферромолибден 0,5-3,050 Пластифи като р 0,5-3,0Железный порошок Остальноепри этом ферромолибден, гематит иферротитан взяты соответственно в соотношении 1:(1 - 10):(1-10). а коэффициент массы55 покрытия составляет 55-65 ,л счСчл 1 лл сч Сч1 л с" л счСЧ л лсчСЧ л" 1 лл счЧ 1 1о о СЧ л" 1 ОО лл счСЧ 1 мсч оасчл 1 о сСЧ СО.с Л Л а о а л л ф лл Сла осо а ла 3 сч а12 1731551 Таблица 2 8 ариант покрытия23Й567 / В91 О (11 Показатель Удэрнал ввакость при-50 С после специальнойтермообработки,кгс м/сма 1)5 7,1 4,3 4,6 5 2 28 31 1 8 2 е 1 3 0 5,8 663 528 533 506 507 507 591 561 490 604 539 554 393 400 389 391 390 458 420 381 480 412 21,3 26,7 25,8 30)2 31,0 30,7 23,3 25,1 37,1 21)2 26,7 Склонность к пористости Нет Нет Нет Пет Нет Нет Нет Нет Есть Есть Нет Отделимость шлаковойкорки, балл формирование шва балл Поведение шлака присварке, балл 9 9 10 8 9 9 9 9 9 5 9 Стабильность горениядуги, балл 10 10 9 10 10 10 8 10 6 10 Таблица 3 тов в О Составитель Д,Вит 11 анТехред М,Моргентал ктор Н.Король едактор И.Шмэк 544 Тирак Подписное ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб,. 4/5 Зак атент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 изводственно-издательский комби Предел прочности при20 С после специальнойтермообработки, НПа Предел текучести при20 С после специальнойтермообработки, ИПа Относительное удлинение при 20 С послеспециальной термообработки, Ф 8 9 10 89 9 8 10 9 9 9 1 О9 9 9 6 5 9 10 9