ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
ELECTRODE FOR MANUAL ARC WELDING OF HIGH-ALLOYED STEELS

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при ручной дуговой сварке высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей с содержанием хрома до 26% и никеля до 20%, особенно в труднодоступных местах, где необходимо усиление шва при сварке с одной стороны.
Известны электроды для высоколегированных жаропрочных и жаростойких сталей, легированный стержень которых покрыт составом, содержащим рутиловый концентрат или диоксид титана, мрамор, доломит, марганец или ферромарганец, хром или феррохром, хромово-кислый калий, слюду мусковит и соду.
Основным недостатком этих электродов является то, что они не обладают способностью формирования обратного валика, что необходимо для сварки в труднодоступных местах, где требуется усиление сварного шва при сварке с одной стороны (патент на изобретение РФ №2397853, Кл. В23К 35/365, 2010 г. Авторское свидетельство на изобретение №187189, кл. 21h, 30/16, 1966 г.)
Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявочному электроду по назначению является электрод марки ОЗЛ-6 типа Э-10Х25Н13Г2 (Справочник специалиста сварочного производства, Том 1, Национальная Ассоциация Контроля и Сварки (НАКС) с участием специалистов: Алешин Н.П., Котельников B.C. и др., Издание 3-е, Бюро Промышленного Маркетинга, июль 2008 г., стр. 105. Основные паспортные данные МОСЗ №6-3-77, 1977 г.)
Электроды марки ОЗЛ-6 состоят из стержня-проволоки марки 07Х25Н13 и электродного покрытия, содержащего, массовая доля %:
Мрамор
42-43
Плавиковошпатовый концентрат
*
Ферромарганец
4-5
Хром металлический
*
Порошок алюминиевый
2
Слюда мусковит
2-3
Поташ
0,5-1,0
*Количество хрома в покрытии зависит от содержания хрома в проволоке (стержне) и корректируется за счет содержания в покрытии плавиковошпатового концентрата (50% - количество хрома в покрытии).
Количество хрома в проволоке, %
23
26
Количество хрома в покрытии, %
10
5
Количество плавиковошпатового концентрата в покрытии, %
(50-10)=40
(50-5)=45
Электроды с таким покрытием обеспечивают механические и коррозионные свойства соединений по типу Э-10Х25Н13Г2 согласно ГОСТ 10052 и удовлетворительные сварочно-технологические свойства.
Существенными недостатками этих электродов является то, что в связи с проведением корректировки за счет плавиковошпатового концентрата, количество плавиковошпатового концентрата и соотношение шлакообразующих (мрамор/плавиковошпатовый концентрат) постоянно меняется в различных партиях электродов, что приводит в свою очередь к изменению сварочно-технологических свойств (стабильность горения дуги, качество отделения шлака, тугоплавкость покрытия), а также данное покрытие не обеспечивает формирование обратного валика при сварке корневых швов.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в повышении стабильности сварочно-технологических свойств электродов и получении возможности сварки корневых швов с формированием обратного валика при сохранении требований по химическому составу наплавленного металла и механическим, коррозионным свойствам сварных соединений.
Поставленная цель достигается изменением состава электродного покрытия, путем введения полевого шпата, чистой двуокиси титана, а также введением в состав покрытия железного порошка для корректировки по легирующим элементам.
Опытной партии электродов с разработанным покрытием, из-за аналогичности их назначения по свариваемым сталям, оставлена марка ОЗЛ-6МК, как прототипу.
Предлагается следующий состав электродного покрытия, содержащего компоненты, массовая доля %:
Мрамор
45-50
Плавиковошпатовый концентрат
7-10
Ферромарганец или ферросилиций
2-7
Слюда мусковит
2-5
Алюминиевый порошок
2-5
Хром металлический
5-10
Полевой шпат
10-13
Двуокись титана
3-7
Карбоксиметилцеллюлоза очищенная
1-3
или альгинат натрия
Железный порошок
*(100% минус сумма остальных компонентов)
Количество хрома металлического в покрытии зависит от количества хрома в проволоке (стержне).
Количество хрома в проволоке, %
23
26
Количество хрома в покрытии, %
10
5
Корректировка компонентов покрытия производится за счет железного порошка с учетом его введения в количестве 100% за вычетом суммы всех остальных компонентов.
Предлагаемое электродное покрытие относится к основному виду.
Все компоненты подобраны таким образом, что обеспечивают формирование обратного валика при односторонней сварке. Принятая доля плавикового шпата и полевого шпата позволяют повысить стабильность дугового разряда, устойчивость горения сварочной дуги и хорошее проплавление кромок свариваемого изделия.
Введение в покрытие диоксида титана позволило улучшить отделение шлаковой корки, в т.ч. при узкой разделке свариваемых кромок, даже при незначительном механическом воздействии в корневых швах.
Ферросилиций или ферромарганец и алюминиевый порошок обеспечивают глубокое раскисление наплавленного металла и улучшают механические свойства сварного шва.
Карбоксиметилцеллюлоза очищенная и альгинат натрия в сочетании со слюдой мусковит позволяют получить высокие пластические свойства обмазочной массы и как следствие обеспечивают получение стабильных показателей эксцентричности при опрессовке электродов, что является необходимым требованием для правильного формирования сварного шва.
Железный порошок вводится в состав покрытия с целью корректировки при отклонении содержания основного элемента в ферросилиции или ферромарганце, а также при изменении содержания хрома металлического в покрытии. При увеличении содержания основного элемента в компоненте количество данного компонента в составе покрытия уменьшается, на полученную величину увеличивается содержание железного порошка.
Для проведения опытных испытаний были изготовлены электроды диаметром 3,0 мм с составами покрытия, представленными в таблице 1. Применялись металлические стержни из стали марки Св-07Х25Н13 по ГОСТ 2246.
Технологические испытания предлагаемых электродов проводились в сравнении с прототипом на постоянном токе обратной полярности в цехе металлоконструкций открытого акционерного общества «Магнитогорский металлургический комбинат». Сварной шов выполнялся в вертикальном положении на муфеле из стали 12Х18Н10Т. В процессе испытания было установлено:
- электрическая дуга зажигается легко и горит стабильно;
- покрытие электродов плавится равномерно, разбрызгивание и козырек в пределах нормы;
- сварочный шлак с поверхности шва удаляется легко;
- в металле шва не обнаружено поверхностных пор, надрывов и трещин, с обратной стороны шва образуется валик правильной формы без подрезов на основном металле.
Для испытаний механических и коррозионностойких свойств металла шва была произведена сварка пластин из стали 20Х23Н18 по варианту «Б» по ГОСТ 9466-75. Испытания производились в аккредитованной лаборатории ОАО «ММК-МЕТИЗ».
По результатам испытаний опытных электродов проведено сравнение с прототипом характеристик и требований к механическим свойствам наплавленного металла, предъявляемых к электродам по типу Э-10Х25Н13Г2, по ГОСТ 10052. Результаты представлены в таблице 2.
По результатам испытаний опытных электродов проведено сравнение с прототипом по химическому составу наплавленного металла по типу Э-10Х25Н13Г2, по ГОСТ 10052. Результаты представлены в таблице 3.
Проведены испытания наплавленного металла опытными электродами на стойкость к межкристаллитной коррозии (МКК) по методу АМУ ГОСТ 6032. Результатом испытаний установлена стойкость к межкристаллитной коррозии. Испытания производились в аккредитованной лаборатории ОАО «ММК-МЕТИЗ».