СОСТАВ ЭЛЕКТРОДНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к области сварки, в частности к составам электродов, электродных покрытий, используемых при сварке сталей, а также может применяться для наплавки стальных деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания.

Известен состав покрытия сварочного электрода, содержащий SiO₂, TiO₂, CaCO₃, по крайней мере один оксид, выбранный из группы, содержащей FeO и Fe₂O, Mn, H₂O, при этом дополнительно он содержит C, B₂O₃Fe и по крайней мере один оксид, выбранный из группы, содержащей Na₂O и K₂O, при следующем содержании компонентов, мас.%: SiO₂ - 10…40; TiO₂ - 6…20; CaCO₃ - 10…30; по крайней мере один оксид из группы, содержащей FeO и FeO₂ - 5…15; Al₂O₃ - 10…20; Mn - 5…15; H₂O - 0,2…6; по крайней мере один оксид, выбранный из группы, содержащей Na₂O и K₂O - 1… 10; Fe - остальное [Патент РФ №2105648, B23K 35/365, 1996 г.].

Общим существенным признаком известного состава и предлагаемого состава является содержание компонентов покрытия, в частности двуокиси титана.

Данное соотношение компонентов покрытия не обеспечивает оптимальных свойств сварочного шлака, в частности температуру плавления шлака и область его кристаллизации. При таком составе трудно получить короткий шлак, отсюда снижение технологических характеристик и сварочных свойств электродов.

Известны составы электродного покрытия на базе ильменита, содержащие, кроме того, полевой шпат, мрамор, каолин, целлюлозу, слюду, а в качестве марганецсодержащего компонента ферромарганец [Патент РФ №2124426, B23K 35/365, 1996 г.] или силикомарганец [Патент РФ №2124427, B23K 35/365,1996 г.]; в последнем варианте дополнительно вводится железный порошок.

Общим существенным признаком известного состава и предлагаемого состава является содержание компонентов покрытия, в частности двуокиси титана, марганецсодержащего компонента, целлюлозы, мрамора, железного порошка.

Эти составы не обеспечивают достаточной активности шлака и газовой защиты сварочного шва, что ухудшает технологические характеристики.

Известен электрод рутилового вида для сварки сталей, имеющий электродное покрытие в составе, мас.%: карбоната металла в виде мрамора и/или магнезита - 6…12; силиката в виде слюды, талька или каолина - 20…30; целлюлозы - 6…11 и в качестве основы компонент, содержащий двуокись титана, а дополнительно ферромарганец (0,9…2,3) и ферросилиций (0,80… 1,5) при коэффициенте массы покрытия 28…35% [Патент РФ №2051775, B23K 35/365, 1995 г.].

Общим существенным признаком известного состава и предлагаемого состава является содержание компонентов покрытия, в частности мрамора, талька, каолина, ферромарганца.

Известное покрытие обеспечивает хорошую шлаковую, но не дает достаточной газовой защиты, что приводит к повышенной дефектности сварного шва.

Известно покрытие электродов для ручной дуговой сварки, содержащее, мас.%: тальк - 36,5…37,7; мрамор - 5,2…6,2; ферромарганец - 16,2…17,0; целлюлозу - 1,3…1,5; ильменитовый концентрат - 38.6…41.2; а также стекло натриевое жидкое - 4,2…6.2; стекло калиевое жидкое - 14.8… 16.8 [Заявка РФ №98119261, B23K 35/365, 1998 г.].

Общим существенным признаком известного состава и предлагаемого состава является содержание компонентов покрытия, в частности талька, мрамора, ферромарганца, целлюлозы, жидкого стекла.

Недостатком такого покрытия является нестабильность горения сварочной дуги.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков и решаемой задаче является электродное покрытие на основе рутила, содержащее, мас.%: ферромарганец - 14,1; мрамор - 16.5; целлюлозу - 1.4; каолин - 4.6; тальк - 9.4 и рутил - 54,1, а также 18% сверх шихты - жидкое стекло в составе 75% K₂O и 25% Na₂O [Евтюшкин Ю.А. и др. «Модифицирование сварного шва», Сб. трудов «Механика и машиностроение», ТПУ, г. Томск, 2000 г., стр. 59…62].

Общим существенным признаком известного состава и предлагаемого состава является содержание компонентов покрытия, в частности ферромарганца, мрамора, целлюлозы, каолина, талька, двуокиси титана, жидкого стекла.

Состав не является оптимальным с точки зрения получения активного металлургического шлака.

Задачей изобретения является разработка электродного покрытия, обеспечивающего повышенные технологические и эксплуатационные характеристики не только при сварке, но и при резке и наплавке сталей различного класса. Другой целью изобретения является использование при изготовлении электродов с предлагаемым покрытием недорогих компонентов на базе местного сырья.

Поставленная задача решена таким образом, что состав предлагаемого электродного покрытия включает, мас.%: двуокись титана - 7,4…15,2; ферромарганец - 12…25,4; мрамор - 14…32,3; целлюлозу - 1,2…2,3; каолин - 4…9,3; тальк - 4,2…11,2; а дополнительно железный порошок - 5,0…15,8; промпродукт Туганского месторождения -10…40; модифицирующую смесь 4,2…11,2, а в качестве связующего - жидкое стекло (75% K₂O+25% Na₂O) - 18% сверх шихты.

В качестве двуокиси титана может быть использован рутил и/или ильменит; промпродукт Туганского месторождения (Томской области) включает, мас.%: TiO₂ - до 20; ZrO₂ - до 15; HfO₂ - до 2,5; Nb₂O₅ - до 0,05; V₂O₅ - до 0,02; Cr₂O₃ - до 0,25; Ce - до 0,1; La - до 0,03; породообразующие - остальное; а модифицирующая смесь содержит, мас.%: по крайней мере один оксид элемента из группы Zr, Ti, Nb, включая спутники Hf и Ta - до 15%, а в качестве восстановителя - фториды, например криолит, - остальное. При этом суммарное содержание двуокиси титана в составе покрытия не должно превышать 30 мас %, а суммарное содержание оксидов остальных элементов IVa, Va групп периодической системы - до 5 мас % общей массы электродного покрытия.

Существенным отличием предлагаемого электродного покрытия от известных электродных покрытий, включая аналоги и прототип, является наличие в его составе определенного, оптимального количества промпродукта Туганского месторождения, а также модифицирующей смеси при определенном соотношении компонентов и ограничении концентрации их составляющих.

При отклонении от указанных пределов заметно ухудшаются как технологические, так и эксплуатационные характеристики электродов. В частности, превышение верхних значений концентраций компонентов, содержащих сильнейшие карбидо-, нитридообразователи, приводит к охрупчиванию сварного шва и/или наплавленного слоя; а ниже указанных пределов - снижаются прочностные характеристики сварочного шва, а в случае наплавки износостойкость наплавленного слоя. Известно, что в процессе плавления системы SiO₂-TiO₂-СаСО₃ при отклонении от оптимальных составов получают или слишком жидкотекучий шлак, или длинный (вязкий) шлак в области сварочных температур, что снижает технологичность электродов.

Изготовление предлагаемого электродного покрытия начинается с тщательного измельчения, дозировки и смешивания в определенной последовательности компонентов; после добавления жидкого стекла состав тщательно перемешивают и наносят на электродные стержни одним из известных способов с прокаливанием на заключительном этапе.

Ниже в таблицах 1 и 2 приведены составы изготовленных по указанной технологии и характеристики испытанных стандартными методами и на стандартной аппаратуре опытных вариантов электродных покрытий, а также технологические характеристики и эксплуатационные свойства.

Условные обозначения: А - величина зерна (микроструктура поперечного сечения сварочного шва), балл; Б - твердость материала сварочного шва, НВ, ед.; В - предел прочности сварочного соединения, МПа; Г - тип шлака; Д - стабильность сварочной дуги (длина обрывной дуги, мм); Е - относительное удлинение, %; а - абразивный износ, отн.ед.; 6 - сварочный шов при вертикальной сварке; в - сварочный шов при потолочной сварке.