ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
ELECTRODE FOR MANUAL ARC WELDING

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано для ручной дуговой сварки высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием хрома до 26% и никеля - до 20%.
Для сварки упомянутых сталей преимущественно применяют электроды с покрытием основного вида, т.е. на основе мрамор-плавиковый шпат - см., например, SU 804308 А1, 15.02.1981 /1/. Такие электроды характеризуются низкой технологической маневренностью при выполнении сварки вследствие недостаточной устойчивости и эластичности дуги, обусловленных низкой эмиссионной способностью покрытия и шлака. Нестабильное плавление электрода, в свою очередь, способствует спонтанному изменению характера переноса электродного металла через дуговой промежуток, например, от среднекапельного до крупнокапельного, обусловливающего неудовлетворительное формирование сварного шва и его поверхности, а также ухудшение отделимости шлака, особенно из узких и глубоких разделок. Кроме того, упомянутые электроды допускают сварку только постоянным током.
В какой-то мере указанные недостатки могут быть устранены применением электродов с рутиловым, рутилосновным или рутиловокислым покрытием.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого электрода является покрытый электрод для ручной дуговой сварки по RU 2248869 С1, 27.03.2005 /2/. Электрод /2/ состоит из стержня из аустенитной стали и покрытия, содержащего, мас.%: мрамор 10-28, ферромарганец или марганец 6-15, ферросилиций 1-9, феррохром или хром 5-20, магнезит 3-12, железный порошок 2-10, диоксид титана - остальное. Электрод допускает сварку как постоянным, так и переменным током. Его недостатком можно признать некоторую склонность к образованию пор в наплавленном металле, обусловленную кристаллизационной влагой покрытия, трудно удаляемой путем прокалки таких электродов.
Задачей изобретения является создание электродов для сварки указанной выше группы сталей, лишенных приведенных недостатков.
Технический результат, обеспечиваемый решением указанной задачи, состоит в получении электрода, допускающего сварку как переменным, так и постоянным током, обладающего высокой сопротивляемостью образованию пор в наплавленном металле, а также легким зажиганием дуги, в т.ч. повторным, и легкой отделимостью шлака вплоть до самопроизвольной.
Поставленная задача решается тем, что в электроде для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей и сплавов на железоникелевой и никелевой основе, состоящем из стержня из высоколегированной стали и нанесенного на него покрытия, содержащего мрамор, ферросилиций, ферромарганец или марганец, феррохром или хром, диоксид титана, покрытие дополнительно содержит хромовокислый калий при следующем содержании компонентов, мас.%:
Мрамор
7-22
Ферросилиций
до 10
Ферромарганец или
марганец
4-12
Феррохром или хром
4-15
Хромовокислый калий
0,5-5,0
Диоксид титана
остальное.
Кроме того, покрытие может содержать дополнительно, по меньшей мере, один компонент, выбранный из группы, включающей, мас.%: феррониобий - до 10, ферротитан 2-10, гематит - до 10, доломит 3-10, железный порошок 2-13, плавиковый шпат 4-10, полевой шпат 3-10, сода - до 3. Отношение содержания диоксида титана к мрамору меньше или равно 1,5-2,5.
В качестве диоксида титана покрытие может содержать рутил и/или чистую двуокись титана.
Стержень электрода может быть выполнен из проволоки марок Св-04Х19Н9 или Св-04Х18Н8Г2Б, или Св-04Х19Н11М.
Все компоненты покрытия подобраны таким образом, чтобы оно соответствовало рутиловому или рутилосновному виду. Наличие в покрытии диоксида титана в указанном соотношении обеспечивает возможность сварки переменным током, а принятая доля плавикового шпата обеспечивает фокусирование дуги и, обеспечивая стабильность дугового разряда, способствует формированию геометрически совершенной формы сварного шва, при этом не исключая возможности сварки постоянным током.
2
3
Хромовокислый калий (хромпик) - KCrO, являясь очень активным материалом, существенно влияет на межфазное взаимодействие ингредиентов покрытия, образующих шлак (в общем случае - мрамор, плавиковый шпат). Хромпик влияет на поверхностное натяжение между шлаком и каплями металла, переносимыми с торца электрода в сварочную ванну. Кроме того, хромпик оказывает влияние на форму шлака, регулирование его количества позволяет сформировать шлак от равномерной толщины по периметру шва до серповидной, которой присуща самая легкая отделимость шлака.
Марганец (или ферромарганец) улучшает механические свойства сварного шва при комнатной и повышенной температуре. Совместное введение в покрытие таких компонентов, как ферромарганец или марганец, ферросилиций и железный порошок в предлагаемых количествах, позволяет регулировать в широком диапазоне химический состав, теплофизические и механические свойства сварного шва, а также структуру наплавленного металла.
Ферросилиций и ферротитан обеспечивают глубокое раскисление наплавленного металла и снижают склонность к старению.
Введение в покрытие таких компонентов, как феррониобий и ферротитан, не является обязательным во всех случаях реализации изобретения, а зависит от базового состава сварочной проволоки, а также от требований к физико-химическим и функциональным характеристикам наплавленного металла.
Компоненты из группы, которую составляют доломит, полевой шпат, плавиковый шпат, гематит и сода, также не являются обязательными во всех случаях использования изобретения и вводятся с целью регулирования сварочно-технологических свойств электрода (повышения стабильности дуги, улучшения отделимости шлака, формирования шва и его размеров и т.д.) либо для регулирования характера переноса расплавленного металла в сварочную ванну благодаря изменению поверхностного натяжения в системе "шлак-металл" при плавлении электрода. Введение доломита и гематита влияет на поверхностные свойства шлака, проявляющиеся как при переносе металла в сварочную ванну, так и при формировании шва. Железный порошок позволяет регулировать активность покрытия и шлака при горении дуги.
В качестве диоксида титана может быть использован рутил или чистая двуокись титана. Указанные материалы могут быть использованы также и совместно.
Изобретение реализуется следующим образом.
Для изготовления электродов использовали стержни из аустенитной проволоки Св-04Х19Н9, или Св-07Х18Н8Г2Б, или Св-04Х19Н11М. Все компоненты покрытия измельчали, а затем смешивали со связующим, в качестве которого использовали натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло.
Составы покрытий электродов, включающих ингредиенты в предлагаемом соотношении, приведены в табл.1: примеры 1,2 - на проволоке Св-04Х19Н9, пример 3 - на проволоке Св-07Х18Н8Г2Б, а пример 4 - на проволоке Св-04Х19Н11М.
Электроды изготавливали опрессовкой, а затем подвергали сушке и прокалке при температуре 280-300°С в течение 1 ч.
Испытания электродов проводили следующим образом. Электродами были сварены пластины из стали 12Х18Н9 толщиной 20 мм, из которых были изготовлены образцы для механических испытаний и химического анализа наплавленного металла.
В процессе сварки стыковых соединений были выявлены следующие технологические особенности электродов:
- устойчивое горение дуги при сварке как постоянным, так и переменным током;
- легкое зажигание и легкое повторное зажигание дуги;
- незначительные (до 1,5%) потери электродного металла на разбрызгивание;
- очень легкая, а во многих случаях самопроизвольная, отделимость шлака, в том числе из разделок стыкового соединения;
- хорошее формирование симметричного шва с мелкочешуйчатой поверхностью при сварке во всех пространственных положениях (кроме вертикального сверху-вниз).
В табл.1 приведены составы покрытий с учетом необходимости делегирования наплавленного металла или дополнительного легирования элементами, которые не предусмотрены базовым составом проволоки.
В табл.2 приведены механические свойства наплавленного металла, полученного с использованием составов из табл.1, а в табл.3 - соответствующий химический состав наплавленного металла.
Таблица 1.
Компоненты покрытия
Номер состава покрытия
1
2
3
4
Мрамор
17
13
20
22
Плавиковый шпат
6
8
6,5
10
Рутил
17
12
32
-
Двуокись титана
12
21
-
32
Гематит
10
5
3
-
Феррохром
8
8
7
7
Полевой шпат
5
9
3
10
Хромовокислый калий
1,5
2,0
2,5
4
Ферротитан
3,5
2
4
4
Ферромарганец
4,5
5
4
4
Феррониобий
4,5
5
2
2
Доломит
3
-
4
-
Сода
-
1,5
2
2
Железный порошок
-
3,5
8
-
Ферросилиций
8
5
2
3
Таблица 2
№ состава покрытия
Временное сопротивление разрыву, МПа
Механические свойства
Относительное удлинение, %
Ударная вязкость, Дж/см<sup>2</sup>
1
576
32,6
149
2
604
30,1
132
3
597
33,7
161
4
611
31,8
129
Таблица 3
№ состава покрытия
Химический состав наплавленного металла, %
С
Si
Mn
Ni
Cr
Nb
S
Р
1, 2
0,07
0,71
1,4
9,0
20,5
-
0,012
0,019
3
0,09
0,58
1,3
9,2
18,7
1,10
0,017
0,017
4
0,045
0,49
1,2
10,95
20,0
Mo/1,17
0,019
0,017