СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ
ELECTRODE COATING COMPOSITION

Изобретение относится к материалам для дуговой сварки и может быть использовано как покрытие основного вида низководородистых электродов для сварки металлоконструкций, а также сварки заполняющих и облицовочного слоев шва стыков трубопроводов из углеродистых и низколегированных сталей.
-70°C
2
2
Данные стандартов технических характеристик электродов ведущих мировых производителей (Австрия, Германия, США, Швеция, Япония) не указывают (стандарты DIN 1913, AWSA 5,1, EN499, ISO 2560, JIS321-86) на наличие в этих странах электродов с требуемым показателем хладноломкости наплавленного металла при -70°C согласно по ГОСТ 9467-75 (KCV≥3,5 кгс⋅м/см или 34,3 Дж/см) для сварки углеродистых и низколегированных сталей.
2
В России же такие электроды, марки ОЗС-24М [И.А. Закс. Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов: Справочное пособие. - СПб: "WELCOME", 1996. - 384 с.], известны: с основным видом покрытия, для сварки только постоянным током, с коэффициентом наплавки 8,5 г/А⋅ч и характерной ударной вязкостью наплавленного металла при -70°C около 44 Дж/см.
Однако особенно для условий Арктики и Сибири, более востребованы электроды с большей производительностью сварки и большей ударной вязкостью наплавленного металла при таких температурах для повышения надежности и работоспособности конструкций.
Кроме того, известные электроды имеют и такие технологические недостатки:
- не обеспечивают выполнение сварки на переменном токе, позволяющем существенно снизить отрицательное влияние магнитного дутья на качество сварных соединений и его стабильность;
- используют в качестве стержней легированную проволоку 06ГСНЗ, что удорожает стоимость электродов, ухудшает технологичность правки стержней и требует обязательной подшихтовки состава покрытия вследствие колебаний химсостава проволоки даже в пределах и регламентируемых для нее значений.
Известно также покрытие (патент РФ №2009823, ТУ 36.44.15.01-063-92) более производительных электродов, с коэффициентом наплавки 11 г/А⋅ч, лишенных указанных технологических недостатков электродов ОЗС-24М: для сварки переменным и постоянным током, со стержнями из проволоки Св08А, содержащее, мас.%:
мрамор
33-36
плавиковый шпат
18-20
рутил
2,5-3,5
железный порошок
29-31
силикомарганец
5,5-9,0
ферросилиций
0,5-3,0
силикатная глыба
1,5-2,0
поташ
1,0-1,5
целлюлоза
1,5-2,0
дополнительным преимуществом которого является использование в их системе раскислителей-легирующих менее дорогих и более стабильных по химсоставу, чем обычно применяемые в основных покрытиях ферротитан и ферромарганец, компонентов - силикомарганца и ферросилиция.
Недостатками электродов с таким покрытием является:
2
- низкая при -70°C ударная вязкость наплавленного металла (KCV≤2,5 Дж/см);
в
- низкая для сварки низколегированных сталей прочность наплавленного металла (σ=490-515 МПа);
повышенное содержание диффузионно-подвижного водорода в наплавленном металле ([Н]диф = 10,0-10,5 мл/100 г) по пробе ISO3690).
2
Целью настоящего изобретения является повышение ударной вязкости KCV наплавленного металла при температуре -70°C до значений, больших 60 Дж/см, и увеличение его прочности при снижении содержания в нем диффузионного водорода.
Эта цель достигается введением в покрытие волластонита, ферромолибдена, алюминия и фторопласта при следующем соотношении компонентов, вес.ч.:
карбонаты щелочно-земельных металлов
33-36
плавиковый шпат
15-19
ферросиликомарганец
4,5-5,5
ферросилиций
3,2-3,8
ферромолибден
1,4-1,7
железный порошок
18,0-23,0
пластификаторы
1,5-2,0
сода
1,3-2,0
глыба калиево-натриевая
1,5-2,0
волластонит
9,0-14,0
алюминий
1,3-2,0
фторопласт
1,4-2,0
Для проведения контрольных испытаний электродов с предлагаемым покрытием были изготовлены их варианты с составами, представленными в табл. 1.
В качестве волластонита использовали отечественный продукт микроволластонит по ТУ 5777-006-40705684-2003 производства Полотняного завода Калужской области.
В качестве фторопласта использовался «ФТОРОПЛАСТ-4», марки «ПН» по ГОСТ 10007-80.
Количество жидкого стекла для всех вариантов было одинаковым - 25…27%.
Покрытие наносилось на металлические стержни диаметром 4,0 мм из проволоки Св08А способом опрессовки на промышленном прессе по типовой технологии, отработанной на базе ОСТ 5.9786-76 применительно к предприятию-изготовителю электродов - ООО «РОТЕКС» (г. Краснодар).
В процессе изготовления электродов установили, что по технологичности опрессовки они превосходят карбонатно-флюоритовые электроды типа УОНИ-13 и электроды с покрытием-прототипом, чему способствует и наличие в покрытии мелкодисперсного фторопласта, играющего и роль дополнительного пластификатора.
Технологические испытания проводили на постоянном и переменном токах при сварке стыковых и тавровых соединений пластин, а также заполняющих и облицовочного слоев шва неповоротных стыков трубопроводов ∅ 273·10 и ∅ 500·17 мм.
В процессе технологических испытаний оценивали устойчивость горения дуги, разбрызгивание, формирование швов и их чешуйчатость в различных пространственных положениях, отделимость шлака.
Испытания показали хорошую устойчивость горения дуги (возможное удлинение дуги не менее 3 диаметров электрода), хорошее качество формирования швов во всех пространственных положениях сварки пластин, а также заполняющих и облицовочного слоев шва неповоротных вертикальных стыков труб (валик равномерный, мелкочашуйчатый с плавным переходом к основному металлу и превышением гребня чешуи над впадиной менее 1 мм). Отделимость шлака хорошая (оценка 4 по РД 03-613-03). Коэффициент наплавки - ~11,5 г/А⋅ч.
Химический состав наплавленного металла при варьировании состава покрытия в заявляемых значениях лежит в пределах, мас.%: С 0,06-0,08; Mn 1.19-1.32; Si 0.42-0.53; Mo 0.38-0.44; S 0.007-0.010; P 0.011-0.013. Обращает на себя внимание довольно низкое содержание серы, лежащее в пределах, рекомендуемых электродам для сварки конструкций, эксплуатируемых при отрицательных температурах [И.А. Закс. Электроды для дуговой сварки сталей и никелевых сплавов: Справочное пособие. - СПб: "WELCOME", 1996. - 101 с.]. Такое положение с серой можно объяснить повышением содержания СаО в шлаке с вводом в покрытие волластонита.
Данные механических испытаний металла стыковых соединений стали В Ст. 3 с толщиной 18 мм (вариант А, чертеж 7 по ГОСТ 9466-75), наплавленного электродами с покрытием по табл. 1, представлены в табл. 2
Предел текучести металла, наплавленного электродами с заявляемым покрытием, находился в пределах 470-500 МПа, относительного удлинения - в пределах 22-25%.
2
2
Как видно из результатов испытаний, ударная вязкость KCV наплавленного металла для электродов с заявляемым покрытием была не менее 70 Дж/см, т.е. вдвое превышала требуемую ГОСТ 9467-75 для порога хладноломкости -70°C (≥34 Дж/см). Отсутствие выпадов и равномерность значений ударной вязкости указывает на стабильность этих показателей наплавленного металла. При этом другие показатели механических свойств находились в диапазоне: временное сопротивление разрыву 560÷595 МПа, предел текучести 470-500 МПа и относительное удлинение - не ниже 22-25%. Такие показатели по относительному удлинению при прочностных свойствах наплавленного металла по типу Э55-Э60 (ГОСТ 9467-75) отвечают даже требованиям типа Э42А.
Содержание диффузионного водорода в наплавленном металле для электродов с заявляемым покрытием (варианты 1, 2, 3 табл. 1) по пробе ISO3690 (хроматографический анализ) составляло в пределах 5,5-6,5 мл/100 г против 10,0-11,0 мл/100 г для электрода-прототипа.
Варьирование составом предлагаемого покрытия при его разработке показало, что только при выдерживании содержаний компонентов в заявляемых пределах обеспечиваются требуемые показатели свойств электродов.
Так, уменьшение содержания волластонита в покрытии, прежде всего, ухудшало кроющую способность шлака, формирование шва и его чешуйчатость, а увеличение - к ухудшению отделимости шлака и разбалансированности композиции покрытия, а, тем самым, к нежелательному ухудшению совокупности механических свойств металла шва.
Уменьшение количества ферромолибдена в покрытии ухудшало показатели ударной вязкости, при отрицательных температурах, а увеличение - приводило к снижению относительного удлинения наплавленного металла.
Снижение содержания алюминия повышало вероятность образования пористости в шве и снижало переход в него Si и Mn, ухудшая прочностные показатели наплавленного металла, а увеличение - повышало разбрызгивание при сварке и переход Si в Mn в шов, ухудшая его пластические свойства.
Уменьшение количества фторопласта повышало содержание [Н]диф. в наплавленном металле и ухудшало опрессовочные свойства покрытия электродов.
Изменение содержаний остальных компонентов заявляемого покрытия приводило к известным [патент 2009823] отрицательным изменениям свойств электродов.
Таким образом, изменение пределов содержания любого из компонентов заявляемого покрытия приводит к потере свойств, определяемых целью изобретения. Следовательно, только заявляемая совокупность компонентов покрытия обладает существенными отличиями и обеспечивает достижение поставленной изобретением цели.
Опытная партия электродов с разработанным покрытием, которым присвоена марка ЛБ-70KRU, изготовлена на промышленном оборудовании линии для серийного производства предприятием ООО «РОТЕКС» (г. Краснодар), испытана в АЦСМ-8 НАКС и ОАО «Краснодаргазстрой».
2
Результаты испытаний АЦСМ-8 НАКС подтвердили значения ударной вязкости металла, наплавленного электродами с предлагаемым покрытием, при -70°C на уровне не ниже 60 Дж/см, что выше требований ГОСТ 9467-75 для таких температур. Технологические испытания в ОАО «Краснодаргазстрой» при сварке неповоротных вертикальных трубных стыков постоянным током обратной полярности показатели качественные выполнения или заполняющих, и облицовочного слоев шва таких соединений при повышении производительности наплавки в сравнении с электродами такого типа (Э55-Э60) марки УОНИ-13/65 на 20-25%, а в сравнении с известными импортными электродами ОК 74.70 - на ~15%.
Испытания также подтвердили качественное выполнение предлагаемыми электродами стыковых, тавровых и нахлесточных соединений металлоконструкций во всех пространственных положениях, кроме потолочного для электродов ∅ 5,0 мм, как постоянным, так и переменным током.