ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ПЕРЛИТНЫХ СТАЛЕЙ
ELECTRODE FOR MANUAL ARC WELDING OF PEARLITE STEELS

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, в частности, марок 10ГН2МФА, 15Х2НМФА, 15Х2НМФАА, 15Х3НМА, 15Х3НФАА, работающих при температуре до 350°C.
Известны электроды для сварки сталей перлитного класса, например SU 1666285 А1, 30.07.1991 /1/, RU 2319590 С2, 12.04.2006 /2/.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого электрода является покрытый электрод для ручной дуговой сварки по SU 880673 А1, 15.11.1981 131. Покрытие электрода /3/ содержит, мас.%: мрамор 35-40, рутил 12-18, ферросилиций 6-9, ферромарганец 5-8, ферротитан 1-4, железный порошок 5-10, гематит 1,9-6,0, графит 0,1-0,5, плавиковый шпат - остальное. Электрод обеспечивает получение наплавленного металла с высокими функциональными свойствами. Его недостатком можно признать нестабильность переноса электродного металла в сварочную ванну и некоторую нестабильность формирования шва и шлака при сварке в потолочном и вертикальном положениях.
Задачей изобретения является разработка электродов с улучшенными сварочно-технологическими свойствами и стабильно высокими механическими свойствами металла шва.
Технический результат, обеспечиваемый решением указанной задачи, состоит в повышении прочностных и пластических свойств металла при температуре до 350°C за счет сбалансированного его состава и унифицированного переноса расплавленного металла в сварочную ванну путем регулирования поверхностных свойств взаимодействующих расплавленного металла и шлака.
Поставленная задача решается тем, что в электроде для ручной дуговой сварки низколегированных сталей перлитного класса, включающем стержень из низколегированной стали и нанесенное на него покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, рутиловый концентрат, двуокись титана, ферросилиций, ферротитан, марганец металлический, графит, гематит и железный порошок, покрытие дополнительно содержит слюду и пластификатор при следующем содержании компонентов, мас.%:
мрамор
35-40
плавиковый шпат
12-17
рутиловый концентрат
10-16
двуокись титана
3-5
ферросилиций
4-7
ферротитан
5-7
марганец металлический
3-7
графит
0,1-0,3
гематит
1,0-3,0
слюда
1,0-3,0
пластификатор
1,0-3,0
железный порошок
остальное,
при этом соотношение между содержанием в покрытии графита к суммарному содержанию гематита и слюды составляет 0,02-0,10.
Стержень электрода может быть выполнен, например, из проволоки марок Св-10ГН1МА. В качестве пластификатора покрытие электрода может содержать поташ.
Шлакообразующие компоненты покрытия подобраны таким образом, чтобы оно соответствовало рутил-основному виду.
Введение гематита совместно с графитом улучшает сварочно-технологические свойства электродов. Гематит позволяет повысить окисленность зоны плавления, в результате чего снижается поверхностное натяжение взаимодействующих капли и шлака, что способствует измельчению и улучшению переноса капель, обусловливающего высокое качество металла шва.
Слюда, введенная в состав покрытия, способствует не только пластифицированию обмазочной массы при изготовлении электродов, но и влияет на поверхностные свойства расплавленного металла.
Соотношение между содержанием в покрытии графита и суммарным содержанием гематита и слюды, равное 0,02-0,10, обеспечивает согласованное плавление стержня и покрытия и стабильный перенос электродного металла в сварочную ванну.
Марганец (возможно его введение в виде ферромарганца) улучшает механические свойства сварного шва при комнатной и повышенной температуре. Совместное введение в покрытие таких компонентов, как 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.
Железный порошок позволяет регулировать активность покрытия и шлака при горении дуги.
В качестве двуокиси 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 проволоки Св-10ГН1МА. 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 таблице 1.
Электроды изготавливали опрессовкой, а затем подвергали сушке и прокалке при температуре 360°C в течение 1,5 часа.
Испытания электродов проводили следующим образом. Были сварены пластины из стали 10ГН2МФА, из которых изготовили образцы для механических испытаний наплавленного металла.
В таблице 1 приведены составы покрытия электрода в соответствии с формулой изобретения. Покрытие нанесено на стержень из проволоки Св-10ГН1МА диаметром 4 мм при коэффициенте массы покрытия 42-46%.
Таблица 1
Компоненты покрытия
Номер состава покрытия
1
2
3
мрамор
35
39
40
плавиковый шпат
12
17
15
рутиловый концентрат
16
12
10
двуокись титана
3
4
5
ферросилиций
4
6
7
ферротитан
7
6
5
марганец металлич.
3
4,5
7
графит
0,1
0,2
0,3
гематит
1,0
1,8
3,0
слюда
1,0
2,0
3,0
поташ
3
1,0
2
железный порошок
14,9
6,5
2,7
В таблице 2 приведены фактические значения механических свойств металла шва, полученные при сварке пластин из стали 10ГН2МФА с использованием электродов с покрытием из табл.1, при комнатной температуре (20°C) и при температуре плюс 350°C.
Образцы были подвергнуты высокому отпуску при температуре 650±10°C с выдержкой 10±0,5 ч.
Таблица 2
Температ. испытаний Т, °C
Механические свойства металла шва (наплавлен.металла)
Временное сопротивл. разрыву, МПа (кгс/мм<sup>2</sup>)
Предел текучести, МПа (кгс/мм<sup>2</sup>)
Относител. удлинение, %
Относител. сужение, %
Ударная вязкость, Дж/см<sup>2</sup>, (кгс·м/см<sup>2</sup>)
20
539(55)
343(35)
20
59
53(5)*
350
490(50)
294(30)
19
57
-
* При испытании на образцах типа IX по ГОСТ 6996