Состав электродного покрытия

н В 23 К 35/365 ЗЯБф ХИЧЦ, КЛ.,.,Т:т -БРЕТЕН ЕНТУ КСО 10-257,5-152-102-88-305-24 МраморПлавиковый шпатДвуокись титанаХром металлическийМолибден ооал Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ПИСАНИЕ(73) Павлов А,А,(54) СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ (57) Изобретение относится к сварке, в частности, к составу электродного покрытия, применяемого преимущественно для сварки без подогрева в монтажных условиях жестких узлов швов большой протяженности из низколегированных повышенной прочности сталей типа 16 ГМЮЧ, 15 Г 2 СФ. Цель изобретения состоит в создании такого электродного покрытия, которое обеспечивало бы высокую сопротивляемость Изобретение оттности к составу эприменяемого преики без подогрева встких узлов, швов биз низколегиров16 ГМЮЧ, 15 Г 2 СФ.Известен состатия, содержащий смас % носится к сварке, в часлектродного покрытия, мущественно для свар- монтажных условиях жеольшой протяженности анных сталей типа в электродного покрыледующие компоненты ЯО, 2000185 С образованию трещин в швах большои протяженности в условиях повышенной концентрации сварочных напряжений, а также отвечало требованиям химического состава и механических свойств металла шва без термической обработки после сварки, что особенно важно при проведении ремонтных работ в монтажных условиях. Эта цель достигается содержанием в составе электродного покрытия порошкового кобальта 11-18 О и ферромолибдена 2-Зь и дополнительным введением рутила слюдяной муки и полевого шпата при следующем соотношении компонентов, мас,оь: мрамор 42-45, плавиковый шпат 18 - 25; полевой шпат 2-4, слюдяная мука 2 - 3, рутил 4 - 6, ферросилиций 7-9, ферромарганец 3 - 6. В шве обеспечивается содержание углерода не более 0,06;. 3 табл. Ферросилиций 1 - 6 Феррованадий 0,5-1" Ферротитан 5-15 Никелевый порошок 6-28 Алюминий 2,5 6 Электроды с таким покрытием предна: начены для наплавки штамповог инструмента и обеспечивают мар тенсито-стареющий металл с высо кой твердостью - 38 - 40 Н Вс низкой пластичностью, что исклю чает их применение для сварки низколеги рованных сталей общего назначения в том числе сосудов, работающих под давлением,Кроме того, высокое суммарное содержани легирующих элементов вызывает охрупчивание металла шва при температуре эксплуатации сварной конструкции 520 С.Известно также фтористо-кальциевое покрытие электродов марки ОЗС, содержащие компоненты, мас. :Мрамор 44 Плавиковый шпат 21 Кварцевый песок 2 Слюдяная мука 3 Рутил 6 Ферросилиций 15 Марганцевая руда 9 Жидкое стекло 30 к весусухои шихтыОднако, как эти электроды, так и аналогичные - марки ТМЛЧ, УОНИИ 13/55, не обеспечивают, при сварке стали 16 ГМЮЧ в условиях монтажа, отсутствие трещин в швах, образуемых по истечении некоторого времени после сварки. Кроме того, в шве, выполненном электродами УОНИИ 13/55, не содержится молибден, необходимость которого (около 1) продиктовано высокотемпературной эксплуатацией коксовых камер.Наиболее близким решением к предлагаемому составу электродного покрытия является покрытие, содержащее следующие компоненты, мас. :Мрамор 35-45 Плавиковый шпат 15-28 Ферромарганец 3 - 8 Ферросилиций 1 - 4 Ферротитан 5-15 Ферромолибден 1 - 5 Хром металлический 1 - 5 Железная окалина 1 - 12 Кобальт 1-10 Целлюлоза 1 - 4 Кварцевый песок 5-10 Недостатком этого электродного покрытия является то, что оно за счет дополнительного введения хрома металлического и большего суммарного содержания компонентов - ферромарганца, ферросилиция, кварцевого песка снижает температуру распада аустенита при образовании шва, А это, в свою очередь, снижает пластичность продуктов распада аустенита и не обеспечивает отсутствие трещин в металле шва непосредственно после сварки и после вылеживания сварных соединений,Таким образом, известные электродные покрытия не обеспечивают высокой сопротивляемости замедленному разушению швов и длительной прочности сварного соединения при температурах до 520 С.Цель изобретения создание нового электродного покрытия. Которое обеспечивало бы сопротивляемость замедленному5 10 15 30 35 40 45 50 55 20 25 разрушению швов большой протяженности в сочетании с повышенной концентрацией сварочных напряжений, а также длительную прочность сварного соединения при температурах до 520 С, в частности при эксплуатации коксовых камер иэ стали 16 ГМЮЧ,Для достижения указанной цели в состав электродного покрытия, содержащего мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферромолибден, кобальт, дополнительно введены рутил и полевой шпат. а кобальт порошковый введен в количестве 11-18 , ферромолибден - 2-3 при обеспечении содержания углерода в две не более 0,06 при следующем соотношении компонентов, мас,;Мрамор 42-45 Полевой шпат 2 - 4 Плавиковый шпат 18-25 Слюдяная мука 2 - 3 Рутил 4 - 6 Ферросилиций 7-9 Ферромарганец 3-6 Ферромолибден 2 - 3 Кобальт порошковый 11-18 Мрамор в покрытии выполняет роль газообраэующего и шлакообразующего компонента, В меньших, чем 42 количествах не обеспечивается надежной защиты наплавляемого металла. Увеличение количества мрамора более 45 ухудшает технологические свойства покрытия,Содержание плавикового шпата менее 18 не обеспечивает получение короткого шлака, что приводит к ухудшению формы шва и не оказывает положительного влияния на чистоту металла шва, что выражается в снижении ударной вязкости металла шва. При содержании плавикового шпата более 25 образуется жидкотекучий шлак, не покрывающий верхнюю часть валика, ухудшается отделимость шлаковой корки,Введение в покрытие рутила (ТЮ 2) способствует стабилизации дуги в процессе сварки, уменьшению разбрызгивания наплавленного металла, Концентрация рутила менее 4 не обеспечивает устойчивого горения дуги в широком диапазоне токов, наблюдается ухудшение формирования шва Увеличение количества рутила более 6=,ь ухудшает физические свойства шлака, в частности его отделимость. формирование металла шва и делает шлак более жидкотекучим, что отрицательно сказывается при сварке вертикальных швов,Полевой шпат содержит щелочно-зе мельные элементы, снижающие погенциал ионизации дуги, Введение полевого шпата ниже значения, приведенного в спставР, нР ОказьзвэРТ прдктичРскОГО Влияния нЗ ТРкнп510 15 20 25 30 Э 5 40 45 50 55 логические свойства электродов, введение полевого шпата более 4 приводит к кремневосстановительному процессу, повышающему содержание кремния в металле шва, что снижает его пластичность.Введение полевого шпата и рутила улучшает сварочно-технологические свойства электродов,Газошлаковая система, состоящая из 42 - 45 мрамора, 18 - 25% плавикового шпата, 4 - 6% рутила 2 - 4% полевого шпата обеспечивает получение швов с мелкочешуйчатой поверхностьо, легкую отделимость шлаковой корки, способствует удалению из расплавленного металла газов и неметаллических включений.Содержание в покрытии комплекса раскислителей в укаэанных пределах, таких как ферросилиций позволяет регулировать в наплавпенном металле уровень содержания кислорода в виде мелкодисперсных оксидных включений,Слюдяная мука вводится в покрытие для улучшения формирования наплавленного металла, получение его мелкочешуйчатым с плавным переходом к свариваемой кромке, Содержание в покрытии слюдяной муки в количествах менее 2% не дает улучшения формирования металла шва в разделке. Концентрация слюдяной муки свыше Зоприводит к пористости шлака и получению на поверхности металла шва так называемой побитости,Установлено, что при содержании в покрытии кобальта более 18, резко ухудшается формирование валиков наплавленного металла с одновременным появлением пор, при этом сопротивление к образованию трещин металла шва не повышается по сравнению с предлагаемым содержанием кобальта 11-18 , а при содержании менее 11 кобальта не обеспечивается сопротивляемость образованию трещин в швах при сварке без подогрева большой протяженности швов и узлов повышенной жесткости,Введение кобальта, при обеспечении содержания углерода в шве не более 0,06, позволяет значительно повысить температуру и скорость гамма-альфа превращения (табл.1) при образовании шва и, как следствие, получить наплавпенный металл с высокой деформационной способностью без образования надрывов и трещин,Содержание молибдена в покрытии устанавливалось исходя из обеспечения требуемой длительной прочности наплавленного металла с гарантированным сроком эксплуатации сварной конструкции- 10 пет при температуре 520 С. Результаты испытания, проведенные авторами, показали, что оптимальное содержзни. мо,;иблена в металле шва должно быть в ппедг лаем 0 11 0,60, При выбранных компонентах предлагаемого покрытия электродов и их процентном содержании, требуемое содержание молибдена в металле шва пбеспечи вается введением в покрытие 2-3% ГеМо марки МФО - 60 ГОСТ 4759- 79, Ниже этого предела не обеспечивается длительная прочность при температуре 520"С. Выше Зь ЕеМо в покрытие вводить нецелесообразно по причинеудорожания электродов и ухудшения технологических свойств металла шва.Влияние молибдена на температуру и полноту гамм-альфа превращения при его содержании в шве до 1, менее выражено, но аналогично влиянию кобальта, что подтверждается данными в табл.1.Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый состав электродного покрытия отличается от известного введения новых компонентов, а именно: рутила и полевого шпата и новым соотношением компонентов, например, кобальта порошкового, взятого в количестве 11 - 18, и молибдена 2 - Зо , Таким образом, заявляемое техническое решение является новым.Анализ известных составов электродных покрытий, используемых при сварке беэ подогрева низколегированных сталей повышенной прочности показал, что некоторые введенные в заявляемое решение вещества известны, например, кобальт и молибден. Однако их применение в известных составах электродных покрытий в сочетании с другими компонентами не обеспечивает покрытиям такие свойства, которые они проявляют в заявляемом решении, а именно. трещиностойкость металла шва после длительного вылеживания сварных узлов повышенной жесткости с большой протяженностью швов, в частности, коксовых камер диаметром 5000 - 7000 мм из стали 16 ГМЮЧ. Таким образом, данный состав компонентов придает электродным покрытием новые свойства, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения изобретательскому уровню.Для экспериментальной проверки заявляемого состава покрытия электрода было подготовлено пять рецептур, приведенных в табл.2. По каждому варианту изготовлена опытная партия электродов диаметром 4 мм с нанесением покрытия способом опрессовки со стержнем из проволоки СвА и Св 08 ГА.2000185 25 Таблица 1 Влияние содержания кобальта и молибдена на изменение скорости и температуры гаммаальфа превращения железа с 0,04 СИспытание электродов на сопротивляемость образованию трещин в металле шва производили в условиях максимально имитирующих сварку коксовых камер на монтаже по методике согласно ГОСТ 26389 - 84. Результаты испытаний на образцах из стали 16 ГМЮЧ толщиной 30 мм приведены в табл,3.Исходя из требований отраслевого стандарта ОСТ 26-291-87, допускающего сварку стальных сосудов и аппаратов в монтажных условиях при положительных температурах и полученных результатов сравнительных испытаний на стойках образованию трещин в шве, выполненного новыми и применяемыми электродами марки УОНИИ 13/55 и ТМЛЧ, видно, что только новые электроды с содержанием в покрытии 12 Со и 18 Со на проволоке СвА позволяют, без подогрева при сварке обеспечить получение швов без трещин с механическими свойствами не ниже свариваемой стали: предел прочности не менее 550 МПа, предел текучести не менее 400 МПа, ударная вязкость при температуриспытания - 50 С не менее 30 Дж/см,Изготовление электродов с предлагаемым покрытием по сравнению с известны 5 ми не требует изменения существующейтехнологии,Формула изобретения Состав электродного покрытия, содер жащий мрамор, плавиковый шпат, ферромарганец, ферросилиций, кобальт, ферромолибден, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, он дополнительно содержит рутил, полевой шпат и слюдяную муку при следую щем соотношении компонентов, мас,ь;мрамор 42-45 плавиковый шпат 18-25 полевой шпат 2-4 слюдяная мука 2 - 3 20 рутил 4-6ферросилиций 7-9 ферромарганец 3-6 ферромолибден 2-3 кобальт 11-18.2000185 ТлГ)пипа 2 Таблица 3 Наличие треРасположение треТемпература при которой вы Марка электрода Обращин в шве щин и протяженность зец полнялась сварка п об, СУОНИИ 13/55 УОНИИ 13/55 205 Нет В кратере шва, протяженность 8 мм Вдоль всего шва Есть 20200 ТМЛ-И ТМЛ-В Опытные с 6% Со на СвА Опытные с 6 Со на СвГА Опытные с 12 Со на СвГА Опытные с 12% Со на СвА Опытные с 12; Со на СвАЕсть Нет 20 Вдоль всего шва Есть 20 То же То же От кратера, протяженностью 40 мм 20 Нет Нет Результаты сравнительных испытаний эпектродов на стойкость против образования трещин в шве образцов из стали 16 ГМЮЧ толщиной 30 мм2000185 12 Продолжение табл.з ОбраМарка электрода зец 10Температура,при которой вы полнялась сварка п об, С