Порошковая проволока

(5 БРЕТЕ ТВ ти злекчцее - к ированпрочно- металла вностью коэффи- бильнов.тавленочку 1 стральи ценГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Всесоюзный научно-исслинститут по строительству ртрубопроводов(56) 1. Заявка Японии Ит 55-10352, кл. В 23 К35/368, 1980.2. Авторское свидетельство СССРМ 1478534, кл. В 23 К 35/06,1987,(57) Область применения; электродуговаясварка и наплзвка порошковой проволокойпод флюсом. Порошковая проволока содержит стальную оболочку в виде радиальных и Изобретение относится к облас тродуговой сварки и наплавки, а то порошковой проволоке для механиз ной сварки и наплавки конструкций Цель изобретения - улучшение стных и вязкопластических свойств шва при сварке под флюсом с осно ВС 1 с одновременным увеличением циента перехода и улучшением ста сти перехода легирующих элементо На чертеже схематично предс поперечное сечение проволоки. Проволока имеет стальную обол равномерно размещенными в диам ной плоскости сечения радиальнымВ 23 К 35/368. 35/06 центральной кольцевой секций, заполненных порошкообразной шихтой. Радиальные секции включают следующие компоненты, мас.: плзвикошпатовый концентрат 22,0- 30,0; рутиловый концентрат 11,0-15,0: глинозем 11,0-15,0; никелевый порошок 5,07-7,5; железный порошок - остальное. Центральная секция включает, мас,Д; марганцевый порошок 40-60; молибденовый порошок 10-15; железный порошок - остальное. Марганцевый и молибденовый порошок взяты в пропорции 4:1, а отношение содержания плавикошпатового концентрата к суммарному содержанию рутилового концентрата и глинозема в шихте составляет 1;1, Применение порошковой проволоки позволяет улучшить прочностные и .вязкопластические свойства металла шва при сварке под флюсом с основностью ВС 1, 8 табл., 1 ил. тральной кольцевой перегородками, образующими радиальные и центральную кольцевую секции 2 и 3, заполненные шихтой 4. Шихту для заполнения секций 2 и 3 приготавливают следующим образом. Марганцевый и молибденовый порошок берут в пропорции 4:1, а плавикошпатовый концентрат и смесь рутилового концентрата с глиноземом - в пропорции 1;1, после чего центральную кольцевую секцию 3 заполняют смесью марганцевого, молибденового и железного порошков, а рздиальная секция - смесью остальных компонентов,Введение в центральную кольцевую секцию стальной сердцевины молибденово 1832071го и марганцевого порошков способствует повышению коэффициента перехода легирующих элементов, так как, находясь на торце проволоки в самом центре поперечного сечения, молибден и марганец практически полностью переходят в металл уже на стадии капли с момента ее зарождения, Поскольку стадия капли - начальная стадия процесса, то взаимодействующая система"металл-шлак-газ" в данном случае настолько удалена от равновесия, что скорость протекания металлургических реакций максимальна. Одновременно повышается стабильностьперехода молибдена и марганца. Эти процессы позволяют улуч. шить прочностные и вязкопластические свойства металла шва.Для проведения комплексных испытаний было изготовлено 28 вариантов порошковой проволоки с предлагаемым составом и вариант порошковой проволоки по а,с, М 1478534. Диаметры всех проволок 3 мм. Коэффициент заполнения проволок -"жил" (радиальных и центральной кольцевой секций) составлял для каждой в отдельности 30 О, а коэФфициент заполнения готовой проволоки был 17; с отклонениями +1,5 О, Составы 11 опытных вариантов заявляемой проволоки (мас.о/,) представлены в табл,1. Составы проволок М 3, 4, 5 соответствуют составам проволок М 3,4, 5, однако в первом случае мопибденовый и марганцевый порошки размещены только внутри центральной кольцевой секции, а у проволок составов К. 3, 4, 5 они присутствуют кэк в центральной кольцевой секции, так и в радиальных секциях в смеси с остальными компонентами. Этим объясняется различие в цифрах процентного содержания компо. нентов шихты.В процессе испытания проволок выполняли сварку пластин иэ низколегированной стали 17 Г 2 АФ толщиной 14 мм с Ч- образной разделкой кромок, Проволоки с заявляемым составом применялись в сочетании с Флюсами АНА и АНс основностью В 1, а сварка проволокой-прототипом осуществлялась без дополнительной газовой или шлаковой защиты в 6 слоев в режиме: сварочный ток 390-450 А, напряжение 26-28 В, скорость сварки 25-35 м/ч. Автоматическую сварку под флюсом выполняли в четыре слоя в следующем режиме: сварочный ток 600-700 А (постоянный обратной полярности), напряжение 40-46 В, скорость сварки 30-45 м/ч. Оборудование - сварочный трактор ТС. При подготовке стыков корневой слой швэ выполняли ручной дуговой сваркой электродами УОНИ 13/55 диаметром 3 мм.5 10 15 20 Основность "В" применяемых флюсов рассчитана по Формуле Международного института сварки (МИС) и составила для флюса АНА В = 0,75 и дпя флюса АНВ = 0,95.В процессе испытаний проводились определение и сравнительный анализ коэффициентов перехода марганца и молибдена в металл шва, а также прочностных и вязкоппастических свойств наппавленного металла. Стабильность перехода оценивали по среднеквадратическому отклонению коэффициента перехода.. В табл,2 приведены результаты определения коэффициента перехода марганца и молибдена в металл шва, относительное удлинение и ударная вязкость (КСО) при температуре минус 60 С для вариантов сварки под флюсом АН, а также аналогичные данные дпя порошковой проволоки-прототипа (проволоки Ит 9), В табл.З указаны коэффициенты перехода легирующих элементов и механические свойства металла шва для вариантов сварки под флюсом АНА,Коэффициент перехода марганца и молибдена определялся по формуле С напл.С исх.30где Снапл, содержание легирующего элемейта в металле шва, %:Снсх. - исходная концентрация легирую. щего элемента, о/Предел прочности металла шва и егоотносительное удлинение определяли нацилиндрических образцах типапо ГОСТ6996-66 с диаметром рабочей части 6 мм напятикратной базе, составляющей 30 мм,40 Ударную вязкость металла шва определялина образцах типа И с круглым надрезом(Менаже - КСц) по ГОСТ 9454-78, Все образцы вырезались из верхних слоев шва, выполненных порошковыми проволоками, В45 табл. 2 и 3 приведены средние значения порезультатам испытаний трех образцов,Из табл,2 и 3 следует, что при сваркепредлокенным способом удается добитьсяповышения коэффициентов перехода пегирующих элементов и улучшения прочностных и вязкоппастических свойств металлашва, При этом размещение мопибденовогои марганцевого порошков внутри центральной кольцевой секции позволяет существенно увеличить коэффициент переходамарганца и молибдена (проволоки М 3, 4. 5)при полной идентичности составов порошковых проволок (М 3, 4 . 5 ). Следует отметить также, что улучшение прочностных ивязкопластических свойств металла шва достигается только при строгом соблюдении соотношений компонентов состава заявляемой проволоки, Анализ данных табл, 1, 2 и 3 показывает, что выход за нижний предел соотношения компонентов (проволока Ф 1) приводит к уменьшению предела прочности металла шва и особенно ударной вязкости, а выход за верхний предел соотношения (проволоки Р 7 и 8) приводит к чрезмерному упрочнению металла шва и ухудшению вязкопластических свойств.Результаты оценки стабильности перехода марганца и молибдена при сварке заявляемой порошковой проволоки под флюсом АНи АНА, а также порошковой проволоки-прототипа представлены в табл,4. При этом для анализа были выбраны три проволоки: М 4 и М 4, которые являются наиболее типичными представителями своих групп, а также порошковая проволока-прототип М, 9, Каждой проволокой выполняли по 10 сварных соединений пластин из стали 17 Г 2 АФ по вышеуказанной технологии, Из сварных швов вырезали образцы для спектрального анализа в соответствии с ГОСТ 7122-81. Спектральный анализ одного варианта образцов осуществляли многократно для проведения статистической обработки полученной выборки коэффициентов перехода марганца и молибдена.Данные табл.4 показывают, что сварка под флюсом заявляемой порошковой проволокой обеспечивает более высокую стабильность перехода марганца в металл шва, чем сварка проволокой-прототипом, Улучшению стабильности перехода марганца и молибдена в металл шва значительно способствует размещение молибденового и марганцевого порошка внутри центральной кольцевой секции, Среднее квадратическое отклонение коэффициента перехода марганца и молибдена в обоих случаях для про. волоки М 4 в 1,5-2 раза ниже, чем для проволоки М 4.В табл,5 приведены составы порошковых проволок диаметром 3 мм с различными соотношениями марганца. молибдена и никеля. За основу рецептуры при изготовлении был взят состав порошковой проволоки М 4 (табл.1), При этом содержание шлакообразующих компонентов и плавикошпатовога концентрата оставалось для всех проволок неизменным: Саар - 26, Т 102 = 13, А 120 з 13.В табл.6 приведены результаты испытаний проволок с различными соотношениями легирующих элементов, Сварка выполнялась по описанной выше технологии. Определялись прочностные и вязкопла 10 20 25 35 40 45 50 Рстические свойства металла шва, сваренного под флюсами АНи АН А,Сравнивая данные табл.6 с аналогичными данными для проволоки М 4 в табл. 2 и3. следует отметить, что оптимального сочетания прочностных и вязкопластическихсвойств металла шва удается добиться только при заявляемом соотношении марганцаи молибдена 4:1 в составе порошковой проволоки. Нарушение заданной пропорцииприводит либо к ухудшению ударной вязкости и снижению прочности. либо к чрезмерному упрочнению и снижению пластичностиметалла шва, Следует отметить, что выход заграницы оптимального содержания никеля(проволоки М 14 и М 16) при оптимальномсоотношении (4:1) марганца и молибдена также ухудшает механические свойства металла,В табл.7 представлены составы порошковых проволок диаметром 3 мм с различным содержанием плавикошпатовогоконцентрата и шлакообразующих компонентов - рутила и глинозема (в )ь от весапроволоки), За основу был взят состав порошковой проволоки М 4 (табл.1). Содержание легирующих элементов во всехпроволоках оставалссь неизменным; марганцевый порошок - 50%, молибденовыйпорошок - 12,5 ф (в центральной секции),никелевый порошок - 6,5 (в радиальныхсекциях),В процессе испытаний проводиласьэкспеотная оцен к сварочно-технологических свойств проволок, а именно, формирования и внешнего вида шва, отделимостишлаковой корки-, также стойкости противпорообразования. Для этого выполнялисьнаплавки под флюсами АНи АНА напластины из Ст.3 толщиной 10 мм.Режимы сварки: сварочный ток - 600-700А (постоянный обратной полярности). напряжение - 40-46 В, скорость сварки - 30-40 м/ч.Для сравн.;вания была выполнена наплавкапроволокаМ 4 (табл.1). Результаты экспертной оценки сварочно-технологическихсвойств пр;дставлены в табл. 8,Данны;. табл.8 показывают, что отличные формирования и внешний вид шва, а .также отделимость шлаковой корки и стойкость против пороабразования обеспечиваются только в том случае, если отношениесодержания плавикошпатового концентрата к суммарному содержанию рутиловогоконцентрата составляет 1;1. При этом высокие сварочно-технологические свойстваможно считать подтверждением полноты изавершенности протекания металлургических реакций, связанных в том числе и спереходом легирующих элементов в металлшва.1832071 11-15 11-15 10 10-15 Таблица 1 а 2 а Результаты комплекса проведенных испытаний позволяютсделать выводотом, что преимуществами предлагаемой порошкавой проволоки, в сравнении с известными, я вляются следующие:- увеличение коэффициента перехода легирующих элементов (марганца и молибдена) в металл шва;- улучшение. стабильности перехода в металл шва молибдена и марганца;- улучшение прочностных и вязкопластических свойств металла сварного шва.Формул а изобретен ия Порошковая проволока для механизированной электоодуговой сварки и наплавки; содержащая стальную оболочку с сердечником в виде радиальных и центральной кольцевой секций, заполненных порошкообразной шихтой, включающей плавиковошпатовый концентрат, марганцевый и железный порошки, . отличающаяся тем,что,сцельюулучшения прочностных и вязкопластических свойств металла шва при сварке под флюсом с основностью В1 с одновременным увеличением коэффициента перехода и улучшением стабильности перехода легирующих элементов, радиальные секции включают щиту, содержащую дополнительно никелевый порошок, рутиловый концентрат и глиноземпри следующем соотношении компонентов,мас, ф:Плавиковошпатовый5 концентрат 22-30РутиловыйконцентратГлиноземНикелевыйпорошок 5-7,5Железныйпорошок Остальное,центральная кольцевая секция включает.шихту, содержащую дополнительно молиб 15 деновый порошок, при следующем соотношении компонентов, мас, :Марганцевыйпорошок 40-60Молибденовый20 порошок,Железныйпорошок Остальное,причем марганцевый и молибденовый порошки взяты в пропорции 4:1, а отношение25 содержания плавиковошпатового концентрата к суммарному содержанию рутилового концентрата и глинозема составляет 1,1,1832071 13 Продлжение табл, 6 Предел прочности металла шва, МПа Относительное,удлинение, ф35,1 34,6 606,8 21,8 31,7 591,5 22,0 17 18,9 579,9 26,2 600,4 27,1 20,5 32,3 28,9 609,7 634,6 22,1 20,5 Примечание. В табл. 6 указаны средние значения по результатам испытаний 3образцов . Таблица 7 17 18 19 12 13 14 18 19 20 21 ударная вязкость1832071 16 Таблица 8 Марка флюса 1 Ф проволоки Зкспе тная оценка ФормироОтдели- Стойкость ванне и мость шла- против ковой порообразовнешний коки вяния ви шва 4 21 22 23 24 25 26 27 28 отл,отл. отл. хор. хор,хор,хор отл. хор. АН -47 удовл,удовл. неудовл. хор,хор,хор. удовл,хор; удовл,хор удоел. хор. удовл. удовл. хор,хо . хо хо 4 21 22 23 24 25 26 27 .28 отл. отл. отл,отл. хор. хор,хор. отл. хор. удовл,хор,удовл. АН - 348 А хор. удовл. хор. хор. хор,хор. хор отл. хор,хор. хор. хор. хо хо,довл,Составитель В.ТарлинскийРедактор . Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова. Заказ 2601 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж-Э 5, Рауаская наб., 4/5 оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1