СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ
ELECTRODE COATING COMPOSITION

2
Изобретение относится к сварке, а именно к электродным покрытиям для изготовления покрытых электродов, и может быть использовано для сварки ответственных конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву до 50 кгс/мм (490 МПа).
Для сварки вышеуказанных сталей наибольшее распространение получили электроды с покрытием на основе рутилового концентрата, однако его высокая стоимость требует поиска новых композиций покрытия электродов.
Наиболее близким к заявляемому составу является электродное покрытие (а.с. №841873 от 30.01.81 г.), которое содержит следующие компоненты (мас.%):
Мрамор
5-15
Полевой шпат
10-18
Каолин
5-12
Ферромарганец
12-18
Целлюлоза
1-2
Оксиды РЗМ
1-10
Ферросилиций
0,5-6
Ильменитовый концентрат
остальное
Такой состав обеспечивает широкий диапазон рабочих токов, однако металл шва сильно загрязнен неметаллическими включениями.
Цель изобретения - снизить содержание неметаллических включений в металле шва.
Для достижения поставленной цели в состав электродного покрытия для сварки углеродистых сталей, содержащий карбонат, органический газообразователь, минерал из группы силикатов, титансодержащий минерал, марганецсодержащий компонент, дополнительно введен гематит при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Гематит
8-20
Карбонат
10-15
Минерал из группы
силикатов
12-22
Марганецсодержащий
компонент
10-20
Титансодержащий
компонент
20-55
Органический
газообразователь
2-5
Для проведения испытаний в качестве конкретных компонентов покрытия взяты: карбонат-мрамор или магнезит; марганецсодержащий компонент-силикомарганец марки СМн17, или СМн22, или СМн26.
В качестве минерала из группы силикатов взяты слюда, или тальк, или нефелин, или полевой шпат.
В качестве органического газообразователя взяты крахмал, или целлюлоза, или лигнин.
Введение в покрытие электрода в определенном массовом соотношении гематита снизило содержание неметаллических включений в металле шва и повысило его ударную вязкость.
2
2
3
Достижение поставленной цели объясняется тем, что неметаллические включения в шве, главным образом это комплексные оксиды продуктов раскисления кремния, марганца, алюминия и титана, разрушаются кислородом гематита. Например, включения кварца (SiO) и корунда (АlО), попадая в сварной шов из покрытия электрода, не успевают всплыть на поверхность сварочной ванны в процессе сварки из-за малого времени существования ванны в жидком состоянии.
Поступая в металл шва, эти включения взаимодействуют с FeO (продукт диссоциации гематита), образуя более сложные и обычно более легкоплавкие оксидные включения, переходящие в шлаковую фазу. Это способствует значительному снижению количества неметаллических включений в шве.
Заявляемый состав электродного покрытия по своим свойствам отличается от прототипа и обеспечивает достижение высокого положительного эффекта - снижение количества неметаллических включений в металле шва и повышение его ударной вязкости.
При разработке покрытия были подготовлены и испытаны 6 вариантов покрытия, которые приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование
Содержание, % мас.
1
2
3
4
5
6
Карбонат
MgCO<sub>3</sub>
10
13
16
-----
------
------
СаСО<sub>3</sub>
-----
-----
-----
10
13
16
Гематит
8
14
20
8
14
20
Минерал из группы силикатов
кварцевый песок
12
17
22
------
-----
------
полевой шпат
----
----
-----
12
17
22
Марганецсодержащий компонент
силикомарганец
10
15
20
----
-----
------
ферромарганец
-----
-----
-----
10
15
20
Титаносодержащий минерал
ильменит
55
46,5
20
-----
-----
-----
титаносиликат
----
-----
-----
55
46,5
20
Органический газообразователь
целлюлоза
5
4,5
2
----
-----
------
лигнин
----
----
-----
5
4,5
2
При изготовлении электродов в качестве связующего использовали жидкое калиево-натриевое стекло. Покрытие наносилось на стержни проволок Св08А диметром 4 мм методом опрессовки.
При сварке в качестве источника питания дуги использован трансформатор ТД-500. Сила сварочного тока составляла 180-200 А. Перед сваркой электроды прокаливали при температуре 180°С в течение 90 мин. Количество неметаллических включений определяли путем электролитического растворения металла шва.
Полученные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2Количество неметаллических включений в металле шва электродов.
Варианты
Количество неметаллических включений к весу металла шва, %
Механические свойства
σ<sub>в</sub>, МПа
δ, %
О<sub>н</sub>, Дж/см<sup>2</sup>
Прототип (а.с. 841873)
0,048
450-480
18-20
70-140
1
0,020
460-480
24-28
140-160
2
0,014
480-500
26-28
145-150
3
0,015
465-475
22-24
148-156
4
0,022
470-490
24-28
142-154
5
0,021
460-500
26-27
141-152
6
0,023
480-510
25-28
148-155
Испытания показали, что снижения содержания карбонатов менее 10 мас.% снижает защитные свойства шлаковой фазы, а увеличение свыше 15 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение содержания гематита более 20 мас.% затрудняет формирование шва в вертикальном и потолочном положениях пространства, а снижение менее 8 мас.% снижает механические свойства металла шва.
Увеличение количества минерала из группы силикатов более 22 мас.% резко увеличивает вязкость шлака и нарушает формирование, а менее 12 мас.% не оказывает необходимого влияния на свойства шлака.
Увеличение титаносодержащего минерала свыше 55 мас.% нарушает стабильность горения дуги, а снижение менее 20 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение органического газообразователя свыше 5 мас.% приводит к сильному разбрызгиванию, а снижение менее 2 мас.% нарушает защиту расплавленного металла.
В сравнении с прототипом предлагаемый состав покрытия обеспечивает низкое содержание неметаллических включений в металле шва и высокую ударную вязкость.
Состав покрытия содержит низкотоксичные, сравнительно недорогие и недефицитные компоненты и весьма технологичны в изготовлении.