Сварочный электрод

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 856 5)5 В 23 К 35/3 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТВУ Патона .ЯвдоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Авторское свидетельство СССРМ 480516, кл. В 23 К 35/365, 01 10,73Авторское свидетельство СССРМ 335892, кл. В 23 К 35/365, 06,10,70Авторское свидетельство СССРМ 1080946, кл. В 23 К 35/365, 26,10.8Авторское свидетельство СССРМ 967753, кл, В 23 К 35/365, 30,07.70(54) СВАРОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД57) Использование: при ручной дуговой варке; в частности для сварки конструкций энизколегированных сталей во всех проИзобретение отйосится к дуговой сварке, в частности к сварочным электродам с покрытием основного вида для сварки конструкций из низколегированных сталей ао всех пространственных положениях преимущественно в монтажных условиях.Известно электродное покрытие, нане-., сенное на стальной низкоуглеродистцй стержень, содержащее следующие компоненты, мас. ф:Мрамор 36 - 38 Плавиковый шпат 20-24 Двуокись титана8-10 Цирконовый концентрат 8-10 Кремнемарганцевоалюминецирконотитановый сплав 5-11 Алюминиевомагниевый сплав 1-2 странственных положениях. Сущность изобретения; электрод состоит из стального низкоуглеродистого сердечника и покрытия смешанного типа, коэффициент массы покрытия составляет 40-500. Покрытие имеет следующий состав, мас.Я,: мрамор 16,3- 19,0; плавиковый шпат 4,5-8,5; рутил 19,0- 24,0; ферросилиций 4,5-6,5; ферромарганец 5,5 - 8,0; органические пластификаторы 1,3- 2,5; флюс АН4,5-5,5; диопсид 5,5-7,5; магнезит 15,5-18,1; глинозем 2,5-5,0; алюминиевомагниевый сплав 0,5-1,0; железный порошок 8,5 - 11,4, Введение флюса АНобеспечивает повышение стабильн- сти горения дуги переменного тока от трап сформатора с напряжением холостого хода (622) В. Совместное введение диопсида и магнезита при определенном содержании мрамора увеличивает глубину проплавления, 5 табл. Кальцинированная сода 0,8 - 1,0Известен также сварочный электрод, состоящий из стального низкоуглеродисто- (р. го стержня и покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.ф; Мрамор 40 - 80 Плавиковый шпат 5-30 Ферросилиций . 1 - 10 Марганец 1 - 10 Ферротитан 1-15 1 Алюминий 0,5 - 3,0 Дацит . 1,0-15,0 Кремнефтористый натрий 1,0-15,0 Указанные сварочные электроды не обеспечивают достаточного проплавления свариваемых кромок и стабильного горения дуги переменного тока из-за высокого со 1738567, Плавиковый шпат 1-5Ферросилиций3-10Ферромарганец 10-15Ферротитан 10-15Кварцевый песок 4-8Сидерит . , 3-5Доломит . 10-15Карбонат бария 5-8Окислы циркония 5-7Ортоклаз 2-4Железньй порошок ОстальноеОднако данное электродное покрытиене обеспечивает стабильного горения дугиот серийных промышленйыхтрансформаторов и содержит высокотоксичные вещества(карбонат бария),Известен состав электродного покрытия, содержащий следующие компоненты,мас.%:Газошлакообразующиекомпоненты 49-73Раскисляющие и легирующие компонентыОрганические пластификаторы, . 0,5-1,5Сухой остаток натриевокалиевого силиката 7,0-8,0Компонент выбранный изгруппы: соляная кислота,хлористый аммоний, щавелевая кислота0,015-0,7Алюминиевамагниеваялигатура 0,5-0,8Железный порошокОстальноеВ качестве газошлакообразующих компонентов состав электродного покрытия содержит карбонаты щелочноземельныхметаллов (45-65 мас. ) и фториды щелочноземельных металлов (1-4 мас.), полевойшпат и рутиловый концентрат (3-4 мас.%) всоотношении 1:1.Однако известный состав. электродногопокрытия не обеспечивает стабильного горения дуги переменного тока от серийныхпромышленных трансформаторов с напряжением холостого хода (62) В, достаточного проплавления свариваемых кромок.Цель изобретения - обеспечение стабильного горения дуги переменного тока отстандартизованных трансформаторов с напряжением холостого хода (622) В и повышение глубины проплавления свариваемыхкромок тавровых соединений,Поставленная цель достигается тем, чтосостав покрытия сварочного электрода, содержащий мрамор, плавиковый шпат, рутил,минерал группы силикатов, ферросилиций,5 ферромарганец, органические пластификаторы, железный порошок и алюминиевомагниевый сплав, дополнительно содержитплавленый флюс АН, магнезит, глинозем, а в качестве минерала группы силика 10 тов - диопсид при следующем соотношениикомпонентов, мас.%;Мрамор 16,3 - 19,0Плавиковыл шпат 4,5-8,5Рутил 19,0 - 24,015 Ферросилиций 4,5-6,5Ферромарганец 5,5-8,0Органические пластификаторы . 1,3-2,5Флюс .4.5 - 5,520 Диопсид 5,5-7,5Магнезит .15,5-18,1Глинозем 2,5-5,0Алюминиевомагниевыйсплав 0,5-1,025 Железный порошок 8,5 - 11,4при этом коэффициент массы покрытия составляет 40 - 500 .,Стабильность горения дуги переменного тока определяется количеством и соотио 30 шением положительных и отрицательныхионов в столбе дуги. Чем больше отрицательных ионов в столбе дуги, тем меньшеэнергии необходимо затратить для повторного возбуждения дуги после каждой смены35 полярности на электродах.Отличительной особенностью электродов с покрытием основного вида являетсябольшое количество фторсодержащих компонентов в покрытии, Поскольку фтар имеет40 высокое сродство к электронам, то введениефторидов в состав покрытия приводит к заметному ухудшению стабильности горениядуги переменного тока, Полностью исключить фторсодержащие компоненты из со 45 става покрытия невозможно, так кактеряются основные преимущества электродов этого класса - высокие механическиесвойства металла шва, низкие содержанияводорода, кислорода, азота,50 С целью обеспечения стабильного горения дуги переменного тока в состав покрытия введен сварочный плавленый флюсмарки АН, основу которого составляетоксид марганца. В этом случае стабильное55 горение дуги переменного тока достигаетсяза счет того, что марганец имеет высокоесродство к фтору, В присутствии марганца ватмосфере дуги уменьшается количествоположительных ионов фтора в результатеобразования фторида марганца, что улучшает проводимость дугового промежутка. Пределы содержания флюса АНв покрытии (4,5 - 5,5 о ) выбраны из условия, чтобы обеспечить стабильное горение дуги переменного тока от трансформатора с Ох.х. =,62 2=2, В, благоприятные гигиенические характеристики электродов. При содержании в покрытии флюса АНменее 4,5 оне достигается стабильное горение дуги переменного тока, а при содержании больше 5,5% существенно увеличивается удельное выделение марганца в рабочей зоне сварщика,Одним иэ основных факторов, обеспечивающих увеличение глубины проплавления свариваемых кромок, является интенсификация газового потока с торца плавящегося электрода, которая приводит к оттеснению расплавленного металла и шлака из разделки, в результате чего высокотемпературный источник нагрева - сварочная дуга вызывает более интенсивное проплавление свариваемых кромок, Такой эффект реализуется за счет введения в состав покрытия магнезита. Однако с увеличением содержания оксидов магния в шлаке снижается его вязкость, что ухудшает сварочно- технологические свойства электрода,Введение в состав покрытия диопсида позволяет увеличить вязкость шлака, что исключает его натекание под дугу и сохраняет глубокое проплавление свариваемых кроОптимальное сочетание высоких сва: рочно-технологических свойств электродов и достаточной глубины проплавпения свариваемых кромок обеспечивается при соотношении мрамора к магнезиту 1,0:1,1 и их суммарном осдержании в покрытии 32,5- 36,2 о . При содержании мрамора меньше 16,3% и магнезита меньше 15,5 оне обеспечивается надежная газовая защита расплавленного металла. При увеличении содержания мрамора больше 19,0% и магнезита 18,1 растет газовый поток, но в результате контрагирования дуги продуктами диссоциации карбонатов увеличиваются потери расплавленного электродного ме. талла и ухудшается стабильность горения дуги переменного тока. Уменьшение отношения мрамора к магнезиту меньше 1,0 приводит к ухудшению стабильности горения дуги переменного тока, а увеличение больше 1,1 - к снижению глубины проплавления.При содержании диопсида меньше 5,5 оне достигается увеличение вязкости шлака, необходимое при реализации повышения глубины проплавления свариваемых хромо.;,: Верхний предел содержания диопсида 7,5% определен иэ условия обеспечения хороших сварочно-технологическихсвойств электродов.Пределы содержания глинозема в по 5 крытии 2,5 - 5,0 овыбраны из условия обеспечения легкой отделимости шлаковойкорки, При содержании глинозема в покрытии меньше 2,5% не достигается легкая отделимость шлаковой корки, а при содержании10 больше 5,0% увеличивается вязкость шлака,что приводит к ухудшению формированияметалла шва.Введение в покрытие порошка алюминиевомагниевого сплава обусловлено не 15 обходимостью снижения содержаниякислорода в металле шва с целью повышения его пластично-вязких свойств. При содержании алюминиевомагниевого сплаваменьше 0,5 не достигается уменьшение20 содержания кислорода, а при содержанииего больше 1,0 онаблюдается интенсивныйкремневосстановительный процесс, чтоприводит к снижению ударной вязкости металла шва,25 При содержании плавикового шпата менее 4,5 оне обеспечивается рафинирование металла шва, а при содержании егоболее 8,5% заметно ухудшается стабильность горения дуги переменного тока,30 Пределы содержания рутипа 19,024,0 овыбраны из условия обеспечения грошего формирования металла шва иотделимости шлаковой корки. При содержании рутила меньше 19,0% не обеспечивает 3: ся свободное отделение шлака посленаложения корневого шва, а.при содержании больше 24,0 оформируется шов с усилением, с резким переходом к основномуметаллу, что оказывает отрицательное вли 40 яние на механические свойства сварного,соединения.Пределы содержания в покрытии ферромарганца 5,5 - 8,0% и ферросилиция 4,56,5 овыбраны из расчета, чтобы45 содержание марганца и кремния в металлешва было соответственно 0,8 - 1,2 и 0,25 -0,35 мас. , что является оптимальным дляполучения необходимых пластично-вязкихсвойств металла шва, Верхний предел со 50 держания в покрытии ферромарганца (8,0 о )и ферросилиция (6,5%) ограничен из-за усиления химической неоднородности металлашва, что приводит к снижению ударной вязкости металла шва, в частности, при отрица 55 тельных температурах. Нижний пределсодержания в покрытии ферромарганца(5,5%) и Ферросилиция (4,5%) ограничен заданными значениями характеристик прочности (не менее 510 Н/мм ), пластичности5 10 15 20 25 30 40. ниэкоуглеродйстого стержня с нанесенным 45 50 55 нее 34 Дж/см при - 40 С) металла шва, которые с уменьшением содержания марганца и кремния снижаются,Для улучшения технологическихсвойств обмазочной массы при изготовлении электродов применяют органическиепластификаторы - электродную целлюлозуи карбоксиметилцеллюлозу. Нижний предел содержания в покрытии. органическихпластификаторовв 1,3 определен их эффективностью. При их содержании более2,5 О может произойти науглероживаниеметалла шва в результате неполной де-.струкции органических веществ в покрытиипри его термообработке, Пределы содержания в покрытии железного порошка 8,511,4 О выбраны иэ условия обеспеченияравномерного плавления электродного покрытия и стабильного горения дуги. Пределы величины коэффициента массыпокрытия выбраны из условия обеспечениястабильного горения дуги при сварке в вертикальном и потолочном положениях. Прикоэффициенте массы покрытия менее 40. возможны обрывы дуги в результате "примерзания" электрода, а при коэффициентемассы покрытия более 50 происходят обрцвь 1 уги в рззультдте затекания шлака поддугуДля изготовления электродов применялось калиево-натриевое жидкое стеклоплотностью 1400-1410 кгмз и вязкостью400-500 мПа с в количестве 25-26, Обмазочная масса готовилась в бегунковых смесителях, Покрытие нанеили на стержни иэ 3проволоки Св 08 диаметром 4 мм методомопрессовки. Толщина покрытия 1,2-1,3 ммна сторону, Электроды термообрабатывалив камерной печи при 180 С в течение 1,5 ч ипри.400 С 1,5 ч,Испытывали пять составов сварочныхэлектродов (табл, 1, составы 2-.6) с предлагаемым содержанием компонентов, а такжедва состава с запредельным содержаниемкомпонентов (составы 1 и 7). Сварку проводили от стандартного трансформатора с напряжением холостого хода 62 В на режимах:ток 180-200 А, напряжение на дуге 21-23 В,скорость сварки 10,5-12,0 м/ч.Химический состав металла шва, выполненного соответствующими электродами,приведен в табл, 2.Данные табл. 3 иллюстрируют проплавляющую способность и геометрические характеристики угловых швов, выполненныхсоответствующими электродами, интенсивность и валовые выделения ТССА.В табл. 4 приведены результаты оценки стабильности горения дуги переменного тока,оценивали по критерию Ох,х минимальному напряжению холостого хода трансформатора, при котором обеспечивается устойчивое горение дуги); в табл. 5 - результаты испытаний механических свойств металла шва (для испытания на статическое растяжение изготовлены образцы тип И, а на ударный изгиб - тип 1 Х по ГОСТ 6996-66).Как видно иэ результатов испытаний, предлагаемый сварочный электрод соста- вов 2 - 6 обеспечивает стабильное горение дуги переменного тока и повышенную глубину проплавленйя свариваемых кромок.Ухудшение стабильности горения дуги,снижение проплавляющей способности, рост содержания вредных примесей, полученные для составов 1 и 7, позволяют сделать вывод о правильности выбранных пределов содержания компонентов.Предлагаемый сварочный электрод предназначен для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых низколегированных сталей, обеспечивает повышейие надежности и работоспособности сварных конструкций за счет большой глубины проплавления свариваемых кромок. улучшение услозий труда сварщиков эа счет снижения уровня задымленности производственных помещений, снижение трудовых затрат на вспомогательных операциях засчет уменьшения потерь расплавленногометаллана разбрызгивания и легкой отделимости шлаковой корки. Ф ор мул а изобретен ия Сварочный электрод для сварки конструкций из низколегированных сталей в условиях монтажа, состоящий из стального на него покрытием, содержащим мрамор. плавиковый шпат, рутил, минерал группы силикатов, ферросилиций, ферромарганец, органические пластификаторы; железный порошок и алюминиевомагниевый сплав, от л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения стабильности горения дуги переменного тока от трансформатора с напряжением холостого хода (62+2) В и повышения глубеы проплавления свариваемых кромок тавровых соединений, покрытие дополнительно содержит плавленый флюс АН, магнезит, глинозем, а в качестве минерала группы силикатов - .диопсид при следующем соотношении компонентов, мас.:Мрамор 16,3-19,0 Плавиковый шпат 4,5 - 8,5 Рутил 19-24 Ферросилиций 4,5-6,5. 10 Глинозем 2,5-5,0Алюминиевомагниевыйсплав 0,5-1,0Железный порошок 8,5-11,4 5 при этом коэффициент массы покрытия составляет 40 - 50. 5,5-8.0 ФерромарганецОрганические пластификаторыФлюс АН ДиопсидМагнезит 1,3-2,5 4,5-5,5 5,5-7,5 15,5-18,1 Талица 1 Со е жание, мас.ф в пок ытии состава Компоненты 1,010,7 0,5 8,5 0,5 8,5 0,711,4 0,6 11,5 0,3 12,3 2,0 2,7 2,1 2,2 1,0 1,0 1,0 1,5 0,5 0,4 0,5 0,3 0,7 0,4 0,3 о,г Таблица 2 Та а МраморПлавиковый шпат РутилФерросилиций Ферромарганец ДиопсидМагнезитФлюс АНГлиноземАлюминиевомагниевый порошок Железный порошок Электродная целлюлозаКарбоксиметил- целлюлоза 15,5 4,0 25,0 4,0 5,0 8,6 20,0 6;0 6,0 16,3 8;5 19,0 4,5 5,5 7,5 16,2 4,5 5,0 17,05,221,05,26,06,015,54,85,0 17,0 5,0 21,0 4,8 5,9 5,5 17;0 5,0 4,2 18,1 8,5 19,0 6,5 5,8 5,5 18,1 5,5 2,5 19.,04,8 24,0 4,5 8,0 5,5 17,2 4,5 2,5 20,0 9,0 18,0 6,5 8,0 4,3 14,5 3,0 1,51738567 12 Таблица 4 а Составитель Б, Юрло Техред М.Моргентал ктор И. Шмакова ректор Л, Баски аказ 1963Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж-ЗБ; Раушская наб., 4/б изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101