ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
ELECTRODE FOR MANUAL ARC WELDING

Изобретение относится к области ручной электродуговой сварки и наплавки и может найти применение в машиностроении для сварки или наплавки изделий из 13%-хромистых сталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенного износа и коррозионного воздействия.
Известен электрод для сварки хладостойких низколегированных трубных сталей, включающий стержень из стали, содержащей углерод, марганец, кремний, хром, никель и железо, и электродное покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, двуокись титана в виде рутила, глинозем, ферросилиций, металлический марганец, соду жидкое стекло и редкоземельные металлы в виде оксидов церия и лантана) (RU 2008130718, B23K 35/365, опубликовано 27.01.2010).
Недостатком этого электрода является невозможность его использования для сварки и наплавки 13% хромистых сталей ввиду недостаточной пластичности и ударной вязкости наплавленного металла.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электрод, преимущественно для сварки хромистых нержавеющих сталей, включающий стержень из низкоуглеродистой нержавеющей стали марки 000X12H2, содержащей углерод, хром, кремний, марганец, никель и железо, и покрытие, содержащее кремнефторид натрия, плавиковый шпат, двуокись титана, хром, окись алюминия и мрамор. (SU 456699, B23K 35/36, опубликовано 15.01.1975).
Недостатком известного электрода является то, что при сварке известным электродом изделий из высокопрочных сталей аустенитно-мартенситного класса не удается обеспечить равнопрочность сварных соединений и основного металла, в том числе при использовании электрода для наплавки металла.
Задачей и техническим результатом изобретения является повышение стойкости наплавленного металла или металла сварного соединения к образованию холодных трещин и обеспечение прочностных характеристик наплавленного металла или металла сварного шва на уровне свариваемых 13%-хромистых сталей аустенитно-мартенситного класса, при сохранении высоких показателей пластичности и ударной вязкости.
Технический результат достигается тем, что электрод для ручной дуговой сварки, включающий стержень из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, никель и железо, и покрытие, содержащее, плавиковый шпат, двуокись титана, хром и кремнефтористый натрий и мрамор, при этом сталь стержня содержит в следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод
не более 0,015
кремний
0,2-0,5
марганец
0,3-0,7
хром
11,5-13,5
никель
1,8-2,5
железо
остальное,
а покрытие дополнительно содержит никель, молибден и оксид, по меньшей мере, одного редкоземельного металла, выбранного из группы: церий, лантан, неодим, празеодим, а также жидкое стекло калиево-натриевое при следующем соотношении компонентов, мас.%:
плавиковый шпат
35-40
двуокись титана
20-30
хром металлический
1-6
кремнефтористый натрий
5-15
никель
2-8
молибден
0,5-4
порошок оксида
редкоземельного металла
0,5-6
мрамор
остальное,
жидкое стекло калиево-натриевое
(к массе сухой смеси)
20-28
Такое сочетание компонентов стального стержня с компонентами покрытия обеспечивает хорошую газовую защиту от окружающей атмосферы, позволяет производить сварку наиболее сложных конструкций с минимальным подогревом (не более 150°C). Низкое содержание мрамора в покрытии и углерода в проволоке позволяет получить в наплавленном металле содержание углерода до 0, 02 мас.%. Двуокись титана, которая может быть введена в виде рутила, способствует предупреждению поглощения жидким металлом водорода за счет развития металлургических реакций в сварочной ванне. Дополнительное введение в покрытие электрода никеля, приводит к получению более высокой прочности сварного соединения, а дополнительное введение в покрытие молибдена и оксидов редкоземельных металлов (церия, лантана, неодима и прозеодима) в сочетании с кремнефтористым натрием приводит к улучшению структуры и получению более высокой пластичности и ударной вязкости наплавленного металла на уровне свариваемых сталей аустенитно-мартенситного класса.
Изобретение можно проиллюстрировать следующим примером.
Были изготовлены две опытные партии электродов с использованием стержней диаметром 4 мм из сварочной проволоки марки Св01Х12Н2-ВИ, химический состав которой представлен в таблице 1. Опытные электроды были изготовлены на электродообмазочном прессе по обычной технологии, применяющейся для изготовления электродов ЦЛ51.
Сухую смесь готовили простым смешением компонентов, к которой добавляли жидкое стекло калиево-натриевое до получение нужной консистенции смеси. Содержание компонентов в покрытиях опытных электродов и стандартных электродов марки ЦЛ51 приведено в таблице 2.
С использованием опытных электродов и электродов марки ЦЛ51 были выполнены стыковые сварные соединения из пластин стали марки 06Х14Н5ДМ, содержащая, мас.%: углерод 0,03, хром 14,6, кремний 0,14, марганец 0,3, никель 5,3, медь 0,8, молибден 1,25 и железо остальное. Сварка выполнялась без предварительного и сопутствующего подогрева. Какие-либо дефекты в сварных соединениях обнаружены не были.
После проведения термообработки сварных соединений был определен химический состав наплавленного металла (см. табл.1) и вырезаны образцы для определения его механических характеристик. Результаты испытания механических свойств наплавленного опытными электродами металла по сравнению со свойствами основного металла и металла, наплавленного электродами марки ЦЛ51, приведены в таблице 3. Из представленных материалов видно, что легирование полученного покрытия при наплавке происходит как из электрода (стержень, покрытие) так и из металла, на поверхность которого наносят покрытие.
Результаты проведенных исследований подтвердили, что сварные соединения, выполненные электродами по изобретению, обеспечивают высокую стойкость против образования холодных трещин и получение прочностных характеристик металла шва, не уступающих основному металлу аустенито-мартенситного класса при сохранении высоких показателей пластичности и ударной вязкости.
Таблица 1
Химический состав стержней и металла, наплавленного сравниваемыми электродами
Обозначение
Содержание элементов, мас.%
С
Si
Mn
Cr
Ni
Cu
Мо
Известный стержень СВ 01Х12Н2ВИ
0,015
0,32
0,47
12,03
2,07
-
-
Предлагаемый стержень
0,010
0,3
0,4
12,1
2,1
-
-
Металл шва (известный электрод)
0,02
0,32
0,17
12,1
2,25
-
-
Металл шва (заявленный электрод ОП1)
0,022
0,24
0,24
14,1
3,45
-
0,44
Металл шва (заявленный электрод ОП2)
0,019
0,27
0,28
12,1
4,12
-
0,62
Таблица 2
Составы покрытий опытных электродов и электродов ЦЛ51
Компонент покрытия
Содержание компонента в покрытии электрода, %
ЦЛ51
ОП1
ОП2
Плавиковый шпат
40
35
35
Двуокись титана (рутил)
27
25
25
Хром металлический
4
6
1
Кремнефтористый натрий
5
9
5
Никель (порошок)
-
3,3
4,5
Молибден (порошок)
-
1,2
3,0
Оксид редкоземельного металла (оксид лантана)
-
3
2
Мрамор
остальное
остальное
остальное
Жидкое стекло калиево-натриевое (к массе сухой смеси, %)
26
26
27
Таблица 3
Результаты испытания механических свойств
Обозначение
Механические свойства при +20°C (средние значения)
Предел текучести Н/мм<sup>2</sup>
Предел прочности Н/мм<sup>2</sup>
Относит. удлинение, %
Относит. сужение, %
Ударная вязкость, Дж/см<sup>2</sup>
Основной металл
740
910
15,0
68,0
110
Металл шваЭлектрод ЦЛ51
615
750
18,1
65,2
95,0
Металл шваЭлектрод ОП1
760
915
18,2
67,5
105
Металл шваЭлектрод ОП2
770
920
17,0
68,2
137