SU1764914A1

SU1764914A1 - Сварочный электрод

Info

Publication number: SU1764914A1
Application number: SU904875114A
Authority: SU
Inventors: Александр Борисович Геллер; Людмила Александровна Черных; Максим Борисович Рощин
Original assignee: Научно-производственное объединение по технологии машиностроения
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-09-30

Abstract

Использование: сварка и наплавка изделий большого сечени из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей термической обработке и обеспечивающих получение металла шва (наплавленного металла) хорошего качества со свойствами , близкими к свойствам высокопрочных сталей типа 26Х, НЗМФА, 35ХНЗМФА. В стержень электрода, состо щий из малоуглеродистой стали, дополнительно введены никель и молибден, а в качестве раскислител введены кремний и марганец при следующем соотношении компонентов в стержне , мас.%: углерод 0,08-0,12, марганец и кремний в сумме 0,5-1,0, никель 1,0-1,5. молибден 0,40-0,55, железо остальное. Электродное покрытие имеет следующее соотношение компонентов, мае. %: плавиковый шпат 22-28, рутил 7-9, ферротитан 4-6, ферросилиций 6-9, ферромолибден 0,2-1,0, феррованадий 0,3-0,9, хром 3,5-5,8, никель 2,0-3,8, марганец 1,2-2,5, графит 0,4-0,6, железный порошок 10-13, поташ 0,5-1,5, мрамор остальное. Отношение суммарного содержани графита в покрытии и углерода в стержне к суммарному содержанию никел в покрытии и стержне составл ет 1 :(6-8). Коэффициент массы покрыти 40-60%. Повышение сварочно-технологических свойств электрода достигаетс за счет введени в покрытие ферросилици и железного порошка в виде гранулированных ферросплавов марки ФС15ГС и ПЖР, причем ферротитан и рутил в покрытии вз ты в соотношении 1 :(1,5-1,75). 1 з.п.ф-лы, 5 табл. § сл $

Description

Изобретение относитс к сварочным материалам, в частности к сварочным электродам дл сварки и наплавки изделий большого сечени (до 2 м) из высокопрочных сталей, подвергаемых последующей термической обработке и обеспечивающих получение металла шва (наплавленного металла) с хорошими механическими свойствами , близкими к свойствам высокопрочных сталей типа 35ХНЗМФА.

При создании таких сварочных материалов должны быть обеспечены высока технологическа прочность металла шва (наплавленного металла) и удовлетворительные сварочно-технологические свойства электродов, позвол ющие вести сварку (наплавку) во всех пространственных положени х .

Известен электрод, предназначенный дл ручной дуговой сварки низколегированной стали перлитного класса в различных отрасл х машиностроени и состо щий из стержн из перлитной стали, содержащей кремний, и покрыти , содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: Плавиковый шпат20-24

Песок кварцевый4-8

Ферротитан7-11

Рутил .2-6

Ферросилиций3-5

Графит0,5-1,0

Поташ0,5-1,5

Феррованадий0,25-1,00

МраморОстальное

К недостаткам известного электрода относ тс низкий уровень прочностных характеристик металла шва после высокотемпературной обработки, низка трещи- ностойкость и неудовлетворительные сварочно-технологические свойства электрода при сварке, например в потолочном положении, а также склонность к порообразованию .

Известен сварочный электрод, покрытие которого содержит, мас.%: Железо0-35

Кремний1-3

Марганец.4-9

Хром1,5-4,0

Молибден0,8-2,0

Никель3,5-7,0

Медь0-2

Ванадий0-0,1

Титан .0-1,5

Двуокись титана0-10

Силикат натри или кали 5-12

Нерастворимые силикаты, например песок кварцевый, кианит0-12

Компоненты, содержащие калий, например титанат карбонат кали ,

полевой шпат0-8

Компоненты, содержащие кальций, например СаСОз, CAF230-60

Органика, например гидроксиэтилцеллюлоза 0-2 Сера0,02

Фосфор0,02

и наноситс на стержень из низкоуглеродистой стали.

Указанный электрод обеспечивает предел текучести металла шва в исходном после сварки состо нии 90-105 кг/мм (880-1030 МПа).

Недостатком указанного электрода вл етс мала устойчивость аустенита в металле шва при охлаждении с температур выше Асз из-за отсутстви необходимого

5 (не менее 0,14 мае. %) количества углерода и соотношени между последним и никелем. Кроме того, повышенное содержание в металле шва марганца ( 0,6 мас.%) приводит к снижению пластических характе0 ристик металла шва - ударной в зкости и относительного удлинени . Наличие в составе покрыти сварочного электрода таких гидрофильных компонентов, как титанат кали или полевой шпат, органи5 ка в виде гидроксиэтилцеллюлозы, приводит к повышению содержани влаги в покрытии, что влечет за собой увеличение количества растворенного в металле шва водорода , следствием чего вл етс наличие

0 флокенов, недопустимых с точки зрени длительной прочности дефектов в металле шва. Прототипом вл етс электрод по авт. св. № 603543, наиболее близкий по составу и предназначенный дл сварки высокопроч5 ных сталей.

Цель изобретени - повышение трещи- ностойкости наплавленного металла и улучшение сварочно-технологических свойств электрода.

0 Мрамор, введенный в состав электродного покрыти в предложенных пределах, обеспечивает необходимое дл защиты расплавленной сварочной ванны от атмосферы воздуха количество газовой смеси С02 + СО,

5 образующейс при диссоциации мрамора. Кроме того, оксид кальци , остающийс как продукт диссоциации мрамора в шлаковой фазе, образует в совокупности с другими шлакообразующими компонентами легко0 отделимую шлаковую корку. Уменьшение содержани мрамора ниже за вл емого предела приводит к ухудшению газовой защиты сварочной ванны и, как следствие, к повышению содержани азота в металле

5 шва, что снижает значение ударной в зкости , Повышение содержани мрамора свыше за вл емого предела ухудшает сварочно-технологические свойства электродов , в частности приводит к образованию

0 таких дефектов сварного шва, как зашлаковки. Введенный в за вл емых пределах плавиковой шпат нар ду с мрамором обеспечивает необходимую шлаковую защиту, что способствует удовлетворительному форми5 рованию валика сварного шва во всех пространственных положени х. Снижение содержани плавикового шпата в предложенном покрытии ухудшает формирование валика сварного шва. Превышение этого

уровн приводит к ухудшению сварочнотехнологических свойств электродов при сварке в вертикальном и потолочном положени х вследствие того, что шлак не полностью покрывает наплавленный валик.

Ферротитан и ферросилиций введены в покрытие в качестве раскислителей наплавленного металла. Указанные компоненты снижают содержание кислорода в наплавленном металле, что приводит к повышению ударной в зкости. Снижение количества вводимых раскислителей ниже указанных пределов приводит к повышению содержани растворенного в металле кислорода и, следовательно, к снижению ударной в зкости . Увеличение количества вводимых раскислителей выше указанных пределов приводит к увеличению содержани экзогенных включений на их основе, что снижает механические характеристики металла шва (наплавленного металла).

Рутил введен в состав покрыти в заданных пределах и в заданном соотношении с ферротитаном с целью повышени сварочно-технологических свойств электрода , в частности регулировани жидкотекуче- сти шлака при сварке и формировани валиков наплавленного металла при сварке в разных пространственных положени х. При превышении содержани рутила в электродном покрытии выше заданных пределов или отношени FeTi 1 : 1,75 образующийс шлак вследствие своей жид- котекучести не позвол ет вести сварку в потолочном положении или на вертикальной плоскости: в процессе наложени валика шлакова корка не удерживает расплавленный металл и не происходит удовлетвори- тельного формировани валика, При снижении содержани рутила ниже за вленного предела ( 7 мас.%) или при уменьшении отношени FeTi : TiOa 1 : 1,50 на поверхности наплавл емых валиков образуетс так называема березова кора - вид поверхности валика, который, как известно, приводит к загр знению металла шва (наплавленного металла) частицами шлака.

Введение в состав покрыти электрода гранулированных методом распылени ферросилици и железного порошка преследует две цели: повышение сварочно-технологических свойств электродов и улучшение реологических свойств обмазочной массы покрыти при механизированном способе изготовлени сварочных электродов. Применение указанных компонентов в за вленных пределах способствует стабилизации процесса истечени массы при опрессовке за счет их округлой формы, что обеспечивает отсутствие эксцентриситета покрыти относительно стержн и

гладкую поверхность покрыти . С точки зрени повышени сварочно-технологических свойств применение в качестве компонентов гранулированных ферросилици и железного порошка благопри тно сказываетс на стабильности горени дуги, периоде коротких замыканий, повышении коэффициента наплавки. Кроме того, отсутствие эксцентриситета покрыти отно0 сительно стержн способствует облегчению манипул ции электродом при сварке в различных пространственных положени х вследствие отсутстви козырьков.

Железный порошок в за вленных пре5 делах регулирует содержание легирующих элементов в металле шва и способствует повышению по сравнению с прототипом и аналогом коэффициента наплавки,

Никель, введенный в стержень вуказан0 ных пределах, в сочетании с более высоким по сравнению с прототипом и аналогом содержанием хрома обеспечивает глубокую прокаливаемость на бейнит металла при закалке крупногабаритных изделий сечением

5 до 2 м из высокопрочных сталей,

Введение молибдена в стержень электрода в указанных пределах обеспечивает подавление отпускной хрупкости наплавленного металла при сварке (наплавке) из0 делий большого сечени , требующих по существующим технологи м их сварки медленного охлаждени .

Содержание марганца в покрытии электрода в указанных пределах обеспечивает

5 повышение стойкости наплавленного металла к образованию гор чих трещин за счет св зывани серы в термодинамически устойчивые и тугоплавкие сульфиды марганца , которые частично отшлаковываютс в

0 процессе сварки (наплавки) а частично остаютс в наплавленном металле в виде компактных включений, что предотвращает протекание ликвационных процессов, вл ющихс источником образовани гор чих

5 трещин. Уменьшение количества марганца, вводимого в состав покрыти , приводит к по влению легкоплавких ликвирующих примесей , в частности эвтектики, что приводит к снижению технологической прочности.

0 Увеличение содержани марганца сверх за вленных пределов приводит к снижению пластических характеристик металла шва (наплавленного металла), в частности к снижению относительного удлинени и удар5 ной в зкости,

Увеличение по сравнению с прототипом и аналогом содержани углерода и никел в наплавленном металле за счет введени графита и никел в за вл емых пределах е покрытие и за счет обеспечени содержани

углерода и никел в стержне в за вл емых пределах и соотношении позвол ет повысить устойчивость аустенита при охлаждении с температур выше Асз., что приводит к повышению гарантированного предела прочности до 720 МПа и ударной в зкости до S150 МДж/м2 после высокотемпературной обработки. Кроме того, обеспечение указанного содержани в наплавленном металле углерода и никел способствует повышению трещиностойкости. Склонность к образованию трещин количественно определ ли пробой ЦНИИТМАШ. В свою очередь , содержание углерода и никел в заданных пределах в наплавленном металле может быть обеспечено только при условии соблюдени соотношени между количеством графита в покрытии и углерода в стержне и никел в покрытии и стержне электрода. Уменьшение содержани графита в покрытии или углерода в стержне и никел в покрытии или стержне ниже за вленных пределов приводит к уменьшению устойчивости аустенита, что способствует значительному охрупчиванию металла шва (наплавленного металла). Увеличение содержани графита в покрытии или углерода в стержне и никел в стержне или в покрытии приводит к облегчению диффузии углерода в теле зерна и скоплению образующихс в процессе высокотемпературной обработки карбидов к границам зерен, что повышает склонность к трещинообразованию.

Феррованадий в заданных пределах обуславливает в сочетании с углеродом и никелем стабильность прочностных свойств металла шва, образу нар ду с хромом устойчивые карбиды, что преп тствует диффузии углерода к границам зерен при высокотемпературной обработке. Превышение верхнего предела содержани феррованади приводит к охрупчиванию металла шва. Снижение ниже заданного предела содержани в покрытии электрода феррованади облегчает процесс диффузии углерода к границам зерен, что снижает прочностные характеристики металла шва.

В табл.1 приведен состав стержней электродов, в табл.2 - состав электродных покрытий, в табл.3 - соотношение между суммарным содержанием графита в покрытии и углерода в стержне и никел в покрытии и стержне дл различных вариантов электродов, в табл.4 - механические свойства металла шва, выполненного различными вариантами электродов. Трещи нестойкость металла шва определ лась пробой ЦНИИТМАШ: за критерий трещиностойкости принимали количество валиков сварного шва (шт.), необходимых дл образовани трещины (см. табл.4).

Химический состав проволоки (табл.1)

А, Б, В соответствует нижнему пределу, среднему значению и верхнему пределу содержани элементов в стержне соответственно , варианты Г и Д - запредельным

составам стержней.

Состав покрыти (табл.2) 1-3 соответствует предельным значени м, 4 и 5 - запредельным составам покрыти при за вл емых соотношени х между ферротитаном и рутилом, а также графитом, в покрытии и углеродом в стержне и никел в покрытии и стержне, 6 и 7 - составам покрыти с запредельными соотношени ми между ферротитаном и рутилом. 8 и 9 - составам

покрытий, позвол ющим получить запредельные соотношени между графитом в покрытии и углеродом в стержне и никелем в покрытии и стержне,

В табл.5 представлены сварочно-технологические свойства различных вариантов электродов, которые определ ли с помощью экспертных оценок.

Электроды 6 и 7 с покрытием, в котором соотношение между ферротитаном и рутилом находитс вне за вленных пределов, обеспечивают удовлетворительную трещи- ностойкость, но не гарантируют сварочно- технологических свойств, особенно при сварке в пространственных положени х.

В вариантах Б8 и Б9 соотношение между суммарным содержанием графита в покрытии и углерода в стержне и никел в покрытии и стержне вз то вне за вленных пределов. Из табл.4 видно, что при таких

Claims

составах снижаетс трещиностойкость по сравнению с за вленным составом. Формула изобретени 1, Сварочный электрод дл сварки и наплавки углеродистых низколегированных

высокопрочных сталей, состо щий из малоуглеродистого стального стержн , содержащего железо, углерод, раскислители, и покрыти , содержащего мрамор, плавиковый шпат, рутил, ферротитан, ферросилиций , ферромолибден, феррованадий, марганец, хром, никель, графит, пластификатор , от л ича ю щ и йс тем,что, с целью повышени трещиностойкости наплавленного металла, стержень электрода дополнительно содержит никель и молибден, а покрытие дополнительно содержит железный порошок и в качестве пластификатора- поташ при следующем соотношении компонентов стержн , мас.%:

Углерод

.Раскислители

Никель

Молибден

Железо

следующем соотношении окрыти , мас.%:

Плавиковый шпат

Рутил

Ферротитан

Ферросилиций

Ферромолибден

Феррованадий

Хром

Никель

Марганец

Графит

Железный

0,08-0,12 0,5-1,0 1,0-1,5 0,40-0,55 Остальное компонентов

22-28

7-9

4-6

6-9

0,2-1,0

0,3-0,9

3,5-5,8

2,0-3,8

1,2-2,5

0,4-0,6

порошок10-13

Поташ0,5-1,5

МраморОстальное

при этом отношение суммарного содержани графита в покрытии и углерода в стержне к суммарному содержанию никел в покрытии и стержне составл ет 1 ; (6-8), а коэффициент массы покрыти составл ет 40-60%.
2. Электрод по п.1,отличающийс тем, что, с целью повышени сварочно-тех- нологических свойств электрода, ферросилиций и железный порошок введены в покрытие в виде гранулированных материа- лов ферросилици марки ФС15ГС и железного порошка марок ПЖР и ПЖРВ, а ферротитан и рутил в покрытии вз ты в соотношении 1 : (1,5-1,75).

0

Т а б л и

1

Таблица 2

Предел прочности , МПа 731

Предел текучести , МПа 615

Относительное удлинение, % 18,1

Ударна в зкость , Дж/м2 168

Трещиностойкость, шт. валиков наплавл емого металла до образовани трещин10

778 808 701 885 725 815 765 773

626 632 621 790 694 720 603 654

19,3 19,0 14,2 13,5 16,1 14,8 12,8 13,7 182 178 125 114 145 134 124 175

11

Показатель

В1

Б2 A3 Д4 1 Г5 | 56 Г 57 58 Т Б9

Поведение шлака в нижнем 4,4 Ц,k Ц,3 3,0 3,2 3,1 3,4 4,0 4,0 положении вертикальном

Разбрызгивание

Формирование валика в положении

2,9 3,3 4,0 4,0 3,9 4Д 4,4 3,8 4,2 4,3

4,24,34,3 . 2,93,0

4,4А,44,44,43,63,8

нижнем 4,3-4,54,53,23,83,9 вертикальном А,2it,,03,03,1 3,0 4,2 4,1

Стабильность горени дуги 4,3 .4,24,23,93,94,0 4,1 4,1 4,1

Сумма баллов25,826,426,320,420,520,8-21,5 24,9 24,9

Период коротких замыканий, сЮ91281510 10 910

Коэффициент наплавки, Г/А-ч 13,813,212,513,612,013,1 13,4 13,0 13,3

.

Экспертна оценка, балл, дл варианта

3,4 4,0 4,0

3,3 4,0 4,0 3,9 4Д 4,4 3,8 4,2 4,3

3,0 4,2 4,1