СОСТАВ ШИХТЫ ПОКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
COMPOSITION OF CHARGE FOR COATING ELECTRODES DESIGNED FOR WELDING LOW CARBON STEEL

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к электродам для ручной дуговой сварки, и может быть использовано для сварки низкоуглеродистых сталей.
Известен электрод для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящий из стального стержня и электродного покрытия, содержащего следующие компоненты, мас.%: концентрат ильменитовый 44-53; мрамор 6-8; полевой шпат 10-12; силикомарганец 10-14; железный порошок 1-10; целлюлозу 1-2; и связующее - силикат калиево-натриевый - 22-28% к массе сухой шихты, при этом коэффициент покрытия составляет 35-40% (Патент РФ №2199424, В23К 35/365, опубл. 2003.02.27).
Недостатком известного состава является высокая себестоимость электродов для данного типа Э 46 и низкие сварочно-технологические свойства.
Известен электрод для ручной электродуговой резки металла, состоящий из стального стержня и покрытия, включающего отходы обмазочной массы сварочных электродов и оксид железа в виде железной окалины при следующем содержании компонентов, мас.%: отходы обмазочной массы сварочных электродов - 45-55 и железная окалина - остальное (Патент РФ №2209716, В23К 35/365, опубл. 2003.08.10).
Однако указанный состав покрытия электродов предназначен для резки металлов, прошивки отверстий и удаления дефектных участков и не может быть использован для ручной электродуговой сварки металлоконструкций.
Наиболее близким составом и принятым в качестве прототипа является состав электродного покрытия для сварки углеродистых сталей, содержащий компоненты при их следующем соотношении, мас.%: ильменит 35-36, мрамор 8-12; слюда 0-8; каолин 9-10; полевой шпат 21-24; ферромарганец 14-15; ферросилиций 1-2; целлюлоза 1,5-2,0 (Патент РФ №2124426, В23К 35/365, опубл. 1999.01.10).
Недостатком известного состава покрытия является высокий предел прочности металла шва из-за большого содержания в нем дорогостоящих легирующих компонентов, таких как ферросилиций и ферромарганец, следствием чего является неоправданно высокая себестоимость сварочных электродов данного типа.
Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление сварочных электродов, улучшение сварочно-технологических свойств электродов и повышение механических характеристик металла шва.
Поставленная задача решается тем, что состав шихты покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей, содержащий мрамор, ильменит, ферромарганец, слюду и целлюлозу, согласно изобретению дополнительно содержит талькомагнезит, марганцевую руду и отходы электродной обмазочной массы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор
7,0- 10,0
Ильменит
39,0-41
Ферромарганец
13,0-14,0
Слюда
9,0-12,0
Целлюлоза
1,5-2,0
Талькомагнезит
9,0-12,0
Марганцевая руда
6,5-8,0
Отходы электродной обмазочной массы
7,5-8,5,
при этом отходы электродной обмазочной массы содержат мрамор, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, слюду, плавиковый шпат, кварцевый песок, тальк и порошок калиево-натриевого стекла.
в
5
2
2
Новый технический результат, достигаемый от реализации предлагаемого состава покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей, заключается в том, что заявляемая совокупность компонентов покрытия обеспечивает повышение пластичности обмазочной массы, повышение сварочно-технологических свойств электродов и получение металла шва более высокого качества с гарантированно высокими значениями механических свойств: временное сопротивление разрыву - σ, >470 Н/мм; относительное удлинение - δ>28%; ударная вязкость - KCU>230 Дж/см и приводит к снижению себестоимости сварочных электродов. Изменение пределов содержания любого из основных компонентов заявляемого состава покрытия приводит к потере свойств электродов и их удорожанию.
Достижение вышеуказанного нового технического результата обеспечивается тем, что в состав шихты покрытия электродов дополнительно вводятся марганцевая руда, талькомагнезит и отходы электродной обмазочной массы, содержащие мрамор, ферротитан, ферромарганец, ферросилиций, слюду, плавиковый шпат, кварцевый песок, тальк и порошок калиево-натриевого стекла. Такие компоненты, как ферротитан, ферромарганец и ферросилиций являются легирующими элементами, они восстанавливают входящие в расплав оксиды, придают электродному покрытию оптимальное сочетание прочностных и пластических характеристик и способствуют получению высокого качества металла шва. Кварцевый песок, тальк и слюда имеют способность к шлакообразованию, а мрамор и плавиковый шпат являются как шлакообразующими, так и газообразующими элементами, и улучшают защиту капель электродного металла и сварочной ванны от контакта с окружающей атмосферой и также повышают качество металла шва. Целлюлоза, тальк, слюда и порошок калиево-натриевого стекла являются пластификаторами, которые повышают пластичность обмазочной массы и улучшают опрессовку электродов, придавая обмазочной массе высокие реологические свойства. Кроме того, целлюлоза и слюда, имея способность к газообразованию, обеспечивают защиту расплавленного металла от окружающей атмосферы и улучшают качество наплавленного металла. Мрамор и слюда являются еще и стабилизаторами процесса горения дуги, снижающими потери электродного металла и предотвращающими его разбрызгивание. Содержание отходов электродной обмазочной массы в составе покрытия электродов в количестве 7,5-8,5 мас.% обеспечивает вышеуказанный технический результат, а уменьшение их содержания менее 7,5 мас.% или увеличение более 8,5 мас.% снижает уровень механических свойств металла шва и ухудшает сварочно-технологические свойства электродов. Марганцевая руда является легирующим компонентом, содержит до 20% марганца и повышает уровень механических свойств металла шва. Введение в состав шихты покрытия марганцевой руды в количестве 7,0-8,0 мас.% обеспечивает требуемые прочностные характеристики электродного покрытия. Введение талькомагнезита в количестве 9,5-11,0 мас.% позволяет повысить пластичность обмазочной массы, улучшить опрессовку и внешний вид электродов, а также снизить их себестоимость, поскольку талькомагнезит является дешевым компонентом.
Реализация заявляемого изобретения осуществлялась следующим образом.
3
Пример. На Западно-Сибирском металлургическом комбинате, в цехе производства труб и электродов компоненты предлагаемого состава шихты покрытия электродов были подготовлены в виде порошков с размером частиц не более 630 мкм. На установке автоматического дозирования электродной шихты осуществляли дозировку подготовленного состава. Шихта имела следующий состав (таблица, пример 3), мас.%: мрамор 8,5; ильменит 40,0; ферромарганец 13,5; слюда 11,0; целлюлоза 1,5; талькомагнезит 10,0; марганцевая руда 7,5; отходы электродной обмазочной массы 8,0, в т.ч. отходы электродной обмазочной массы содержали, мас.%: мрамор 3,14; ферротитан 0,56; ферромарганец 0,36; ферросилиций 0,36; слюду 0,12; плавиковый шпат 0,95; кварцевый песок 0,56; тальк 0,1 и порошок калиево-натриевого стекла 1,85. Затем шихта перемешивалась, загружалась в специальные емкости и поступала на участок изготовления электродов. Сухую шихту засыпали в смеситель обмазки, где в определенной пропорции смешивали со связующим - калиево-натриевым жидким стеклом. Количество калиево-натриевого жидкого стекла составляло 23% к весу сухой шихты. Модуль стекла 3,0, плотность 1,43 г/см, вязкость 0,7 Па·с. Далее полученную обмазочную массу брикетировали в брикеты массой 7 кг на брикетировочном прессе. На электродообмазочном прессе наносили обмазочную массу на металлические стержни диаметром 5,0 мм из стали марки Св-08А. Опрессованные электроды передавали на зачистную машину для удаления покрытия с одного конца под электрододержатель и зачистки торца другого. Готовые электроды сушили при температуре 20°С в течение 24 ч и прокаливали в электропечах при температуре 180°С в течение часа.
Затем проводилась проверка сварочно-технологических свойств во всех пространственных положениях сварки (стабильность горения дуги, качество формирования шва, эластичность дуги, отделимость шлаковой корки) и изготавливались образцы для проведения механических испытаний металла шва.
в
5
в
5
2
2
2
2
Механические свойства металла шва, выполненного электродами с заявляемой рецептурой состава, имели следующие высокие механические свойства: временное сопротивление разрыву σ=482 Н/мм; относительное удлинение δ=30%; ударную вязкость KCU=247 Дж/см при требованиях σ не менее 450 Н/мм, δ не менее 18%, KCU не менее 80 Дж/см соответственно.
Предлагаемый состав шихты электродного покрытия при различных параметрах количественных значений компонентов вещества и результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов приведены в таблице. Как видно из таблицы, лучшие результаты при изготовлении электродов и сварного шва были достигнуты для электродов по примерам 2, 3 и 4.
Испытания показали, что возбуждение дуги - легкое, зажигание осуществлялось сразу после прикосновения к изделию. Наблюдалась спокойно, равномерно горящая дуга без вибрации (мягкое шипение), т.е стабильность горения и эластичность дуги - высокие, дуга удлинялась до тройного диаметра электрода. Качество формирования шва - валик равномерный, мелкочешуйчатый с плавным переходом к основному металлу. Шлак отделялся при незначительном механическом воздействии.
Таблица
Результаты оценки сварочно-технологических свойств, качества металла шва и реологических свойств обмазочной массы электродов
№ п/п
Компоненты состава электродного покрытия
Содержание, мас.%
Пример
1
2
3
4
5
1
Мрамор
11,0
10,0
8,5
7.0
6,5
2
Ильменит
38,0
40,5
40,0
39,0
38,5
3
Ферромарганец
12,0
13,0
13,5
14,0
12,0
4
Слюда
9,5
9,0
11,0
12,0
12,5
5
Целлюлоза
1,5
2,0
1,5
1,5
1,5
6
Талькомагнезит
8,5
9,0
10,0
11,5
13,0
7
Марганцевая руда
10,0
8,0
7,5
7,5,0
5,5
8
Отходы
9,5
8,5
8,0
7,5
10,5
Результаты испытаний
Сварочно-технологические свойства электродов
Низкие
Хорошие
Очень хорошие
Хорошие
Низкие
Качество металла шва
Низкое
Хорошее
Высокое
Хорошее
Низкое
Реологические свойства обмазочной массы
Низкие
Хорошие
Высокие
Хорошие
Низкие
Испытания электродов с заявляемым составом шихты покрытия электродов подтвердили их соответствие типу Э 46 по ГОСТ 9467-75.
Предлагаемый состав шихты покрытия электродов для сварки низкоуглеродистых сталей промышленно применим, позволяет снизить затраты при производстве сварочных электродов, улучшить их сварочно-технологические свойства и повысить механические характеристики металла шва.