Склад шихти покриття електродів для зварювання низьковуглецевих сталей - патент Україна 2383418 - Гордин
Винахід може бути використаний для виготовлення електродів, призначених для ручного дугового зварювання низьковуглецевих сталей. Склад шихти електродного покриття містить компоненти у наступному співвідношенні, мас.%: мармур 7,0-10,0; ільменіт 39,0-41,0; феромарганець 13,0-14,0; слюда 9,0-12,0; целюлоза 1,5-2,0; талькомагнезит 9,0-12,0; марганцева руда 6,5-8,0 та відходи електродної обмазувальної маси 7,5-8,5. Відходи електродної обмазувальної маси містять мармур, феротитан, феромарганець, феросиліцій, слюду, плавиковий шпат, кварцовий пісок, тальк та порошок калієво-натрієвого скла. Технічний результат полягає у зниженні витрат на виготовлення електродів, поліпшенні зварювально-технологічних властивостей електродів та підвищенні механічних характеристик металу шва. 1 табл.
Винахід відноситься до зварювальних матеріалів, а саме до електродів для ручного дугового зварювання, і може бути використане для зварювання низьковуглецевих сталей.
Відомий електрод для зварювання низьковуглецевих сталей, що складається зі сталевого стрижня і електродного покриття, що містить наступні компоненти, мас.%: ільменітовий концентрат 44-53; мармур 6-8; польовий шпат 10-12; силікомарганець 10-14; залізний порошок 1-10; целюлозу 1-2; і сполучна - силікат калієво-натрієвий - 22-28% до маси сухої шихти, при цьому коефіцієнт покриття становить 35-40% (Патент Україна № 2199424, В23К 35/365, опубл. 27.02.2003).
Недоліком відомого складу є висока собівартість електродів для даного типу Е46 і низькі зварювально-технологічні властивості.
Відомий електрод для ручного електродугового різання металу, що складається із сталевого стрижня та покриття, що включає відходи обмазувальної маси зварювальних.електродів та оксид заліза у вигляді залізної окалини при наступному вмісті компонентів, мас.%: відходи обмазувальної маси зварювальних електродів - 45-55 та залізна окалина - інше (Патент Україна № 2209716, В23К 35/365, опубл. 2003.08.10)
Однак зазначений склад покриття електродів призначений для різання металів, прошивки отворів та видалення дефектних ділянок і не може бути використаний для ручного електродугового зварювання металоконструкцій.
Найбільш близьким складом і прийнятим як прототип є склад електродного покриття для зварювання вуглецевих сталей, що містить компоненти при їх наступному співвідношенні, мас.%: ільменіт 35-36, мармур 8-12; слюда 0-8; каолін 9-10; польовий шпат 21-24; феромарганець 14-15; феросиліцій 1-2; целюлоза 1,5-2,0 (Патент Україна № 2124426, В23К 35/365, опубл. 1999.01.10).
Недоліком відомого складу покриття є висока межа міцності металу шва через великий вміст у ньому дорогих легуючих компонентів, таких як феросиліцій та феромарганець, наслідком чого є невиправдано висока собівартість зварювальних електродів даного типу.
Завданням винаходу є зниження витрат на виготовлення зварювальних електродів, покращення зварювально-технологічних властивостей електродів та підвищення механічних характеристик металу шва.
Поставлене завдання вирішується тим, що склад шихти покриття електродів для зварювання низьковуглецевих сталей, що містить мармур, ільменіт, феромарганець, слюду та целюлозу, згідно винаходу додатково містить талькомагнезит, марганцеву руду і відходи електродної мастила при наступному співвідношенні.
при цьому відходи електродної обмазувальної маси містять мармур, феротитан, феромарганець, феросиліцій, слюду,плавиковий шпат, кварцовий пісок, тальк та порошок калієво-натрієвого скла.
Новий технічний результат, що досягається від реалізації запропонованого складу покриття електродів для зварювання низьковуглецевих сталей, полягає в тому, що сукупність компонентів покриття, що заявляється, забезпечує підвищення пластичності обмазувальної маси, підвищення зварювально-технологічних властивостей електродів і отримання металу шва вищої якості з гарантовано високими значеннями механічних властивостей. : тимчасовий опір розриву -, >470 Н/мм 2 ; відносне подовження - 5&28%; ударна в'язкість - KCU 230 Дж/см 2 і призводить до зниження собівартості зварювальних електродів. Зміна меж змісту будь-якого з основних компонентів заявляється складу покриття призводить до втрати властивостей електродів та їх подорожчання.
Досягнення вищевказаного нового технічного результату забезпечується тим, що до складу шихти покриття електродів додатково вводяться марганцева руда, талькомагнезит і відходи електродної обмазувальної маси, що містять мармур, феротитан, феромарганець, феросиліцій, слюду, плавиковий шпак, кварат . Такі компоненти, як феротитан, феромарганець і феросиліцій є легуючими елементами, вони відновлюють оксиди, що входять в розплав, надають електродному покриттю оптимальне поєднання міцнісних і пластичних характеристик і сприяють отриманню високої якості металу шва. Кварцовий пісок, тальк і слюда мають здатність до шлакоутворення, а мармур і плавиковий шпат є як шлакоутворюючими, так і газоутворюючими елементами, і покращують захист крапель електродного металу та зварювальної ванни від контакту з навколишньою атмосферою і також підвищують якість металу шва. Целюлоза,тальк, слюда та порошок калієво-натрієвого скла є пластифікаторами, які підвищують пластичність обмазувальної маси та покращують опресовування електродів, надаючи обмазувальній масі високі реологічні властивості. Крім того, целюлоза та слюда, маючи здатність до газоутворення, забезпечують захист розплавленого металу від навколишньої атмосфери та покращують якість наплавленого металу. Мармур і слюда є ще й стабілізаторами процесу горіння дуги, що знижують втрати електродного металу та запобігають його розбризкуванню. Зміст відходів електродної обмазувальної маси у складі покриття електродів у кількості 7,5-8,5 мас.% забезпечує вищезгаданий технічний результат, а зменшення їх вмісту менше 7,5 мас.% або збільшення більше 8,5 мас.% знижує рівень механічних властивостей металу шва та погіршує зварювально-технологічні властивості електродів. Марганцева руда є легуючим компонентом, містить до 20% марганцю та підвищує рівень механічних властивостей металу шва. Введення до складу шихти покриття марганцевої руди в кількості 7,0-8,0 мас.% забезпечує необхідні характеристики характеристики міцності електродного покриття. Введення талькомагнезиту в кількості 9,5-11,0 мас.% дозволяє підвищити пластичність обмазувальної маси, покращити опресовування та зовнішній вигляд електродів, а також знизити їх собівартість, оскільки талькомагнезит є дешевим компонентом.
Реалізація винаходу здійснювалася наступним чином.
приклад. На Західно-Сибірському металургійному комбінаті в цеху виробництва труб і електродів компоненти пропонованого складу шихти покриття електродів були підготовлені у вигляді порошків з розміром частинок не більше 630 мкм. На установці автоматичного дозування електродної шихти здійснювали дозування підготовленогоскладу. Шихта мала наступний склад (таблиця, приклад 3), мас.%: мармур 8,5; ільменіт 40,0; феромарганець 13,5; слюда 11,0; целюлоза 1,5; талькомагнезит 10,0; марганцева руда 7,5; відходи електродної маси обмазувальної 8,0, в т.ч. відходи електродної обмазувальної маси містили, мас.%: мармур 3,14; феротитан 0,56; феромарганець 0,36; феросиліцій 0,36; слюду 0,12; плавиковий шпат 0,95; кварцовий пісок 0,56; тальк 0,1 та порошок калієво-натрієвого скла 1,85. Потім шихта перемішувалась, завантажувалася у спеціальні ємності та надходила на ділянку виготовлення електродів. Суху шихту засипали в змішувач обмазки, де у певній пропорції змішували з сполучним - калієво-натрієвим рідким склом. Кількість калієво-натрієвого рідкого скла становила 23% до ваги сухої шихти. Модуль скла 3,0, щільність 1,43 г/см 3 в'язкість 0,7 Па·с. Далі отриману обмазувальну масу брикетували в брикети масою 7 кг на пресі брикетувальному. На електродообмазувальному пресі наносили обмазувальну масу на металеві стрижні діаметром 5,0 мм зі сталі марки Св-08А. Опресовані електроди передавали на зачистну машину для видалення покриття з одного кінця під електродотримач та зачищення торця іншого. Готові електроди сушили при температурі 20°С протягом 24 годин і прожарювали в електропечах при температурі 180°С протягом години.
Потім проводилася перевірка зварювально-технологічних властивостей у всіх просторових положеннях зварювання (стабільність горіння дуги, якість формування шва, еластичність дуги, відокремлення шлакової кірки) та виготовлялися зразки для проведення механічних випробувань металу шва.
Механічні властивості металу шва, виконаного електродами з рецептурою складу, що заявляється, мали наступні високі механічні властивості: тимчасовий опір розриву=482 Н/мм 2 ; відносне подовження 5 = 30%; ударну в'язкість KCU=247 Дж/см 2 при вимогах не менше 450 Н/мм 2 , 5 не менше 18%, KCU не менше 80 Дж/см 2 відповідно.
Пропонований склад шихти електродного покриття при різних параметрах кількісних значень компонентів речовини та результати оцінки зварювально-технологічних властивостей, якості металу шва та реологічних властивостей обмазувальної маси електродів наведено в таблиці. Як видно з таблиці, найкращі результати при виготовленні електродів та зварного шва були досягнуті для електродів за прикладами 2, 3 та 4.
Випробування показали, що збудження дуги – легке, запалення здійснювалося відразу після дотику до виробу. Спостерігалася спокійно, рівномірно дуга, що горить без вібрації (м'яке шипіння), тобто стабільність горіння і еластичність дуги - високі, дуга подовжувалася до потрійного діаметра електрода. Якість формування шва - валик рівномірний, дрібношуйчастий з плавним переходом до основного металу. Шлак відокремлювався при незначному механічному впливі.