close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6799

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6799
(13) C1
(19)
7
(51) B 23K 35/365
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЭЛЕКТРОД ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ
ЧУГУНА
(21) Номер заявки: a 20010395
(22) 2001.04.27
(46) 2005.03.30
(71) Заявитель: Государственное учреждение "Научно-исследовательский
и конструкторско-технологический
институт сварки и защитных покрытий с опытным производством"
(BY)
(72) Авторы: Антонишин Юрий Тихонович; Артюхов Вадим Александрович;
Борд Наум Юрьевич; Соколовский Евгений Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
учреждение "Научно-исследовательский
и конструкторско-технологический институт сварки и защитных покрытий с
опытным производством" (BY)
(57)
Электрод для ручной дуговой сварки и наплавки чугуна, состоящий из стержня, изготовленного из малоуглеродистой стали, и покрытия, включающего мрамор, отличающийся
тем, что покрытие дополнительно содержит обогащенный ильменитовый концентрат, состоящий из диоксида титана и железа при их массовом соотношении (1-2,3):1, ферромарганец, тальк и никель при следующем соотношении ингредиентов, мас. %:
мрамор
17-22
обогащенный ильменитовый концентрат
21-60
ферромарганец
2-20
тальк
8-12
никель
13-25.
BY 6799 C1
(56)
SU 1676776 A1, 1991.
RU 2120367 C1, 1998.
RU 2151677 C1, 2000.
Изобретение относится к области сварки, в частности к электродам для ручной дуговой сварки и наплавки чугуна.
Сварка чугуна представляет определенные трудности из-за образования трещин в зонах сварки и термического влияния. Основной причиной трещинообразования является
углерод. В зоне шва неблагоприятное влияние углерода проявляется в связи с тем, что в
металле шва он оказывается в связанном состоянии. При больших скоростях охлаждения,
свойственных сварке, при этом образуется или ледебурит (в чугуне), или структуры закалки.
Известны электроды на медноникелевой основе марки МНЧ-2, которые применяют
для холодной дуговой сварки в тех случаях, когда наплавленный металл должен обраба-
BY 6799 C1
тываться резанием. При этом наплавленный металл - металл или сплав (не чугун). Наплавленный металл имеет стабильные показатели плотности и обрабатываемости. Эти
электроды применяют, главным образом, для заварки литейных дефектов, обнаруживаемых в процессе механической обработки чугунного литья на рабочих поверхностях, где
местное повышение твердости недопустимо. Медь и никель не растворяют углерод и не
образуют структур, имеющих высокую твердость после нагрева и быстрого охлаждения.
Для изготовления электродов используют стержни из медно-никелевых сплавов: монельметалл, содержащий 63-75 % Ni, 27-37 % Сu, 2-3 % Fe и 1,2-1,8 % Mn; константан, содержащий 60 % Ni и 40 % Сu [1]. Недостатки электродов - их высокая стоимость и дефицитность, а также большая усадка, приводящая к образованию горячих трещин. В связи с
этим данные сплавы не рекомендуется использовать для заварки трещин или сварки чугунных деталей и узлов, испытывающих нагрузки. Заварка же отдельных раковин небольшого размера дает положительный результат, т.к. наплавленный металл и зона сварки
поддаются механической обработке.
При выполнении особо ответственных работ используют электроды ОЗЧ-3 и ОЗЧ-4 [2]
со стержнем, содержащим более 90 % Ni, и электроды ОЗЖН-1 со стержнем из сварочной
проволоки Св-08Н50. Недостатком этих электродов является то, что сварку производят
короткими швами длиной 30-50 мм с проковкой каждого шва и перерывами для охлаждения. Электродами ОЗЧ-3 наплавляют первый и последний шов, электроды ОЗЧ-4 рекомендуются для наплавки последнего слоя при заполнении разделки электродами ОЗЧ-З [4].
Из известных наиболее близким по технической сущности является электрод для сварки чугуна [3] (принят за прототип), представляющий собой стержень из сварочной проволоки с содержанием никеля, равным 10 %, и покрытие из мрамора, ильменитового
концентрата. При сварке этим электродом происходит растворение никеля в железной основе
с образованием никелевого аустенита. Отбел чугуна практически исключается, так как
никелевый аустенит растворяет большое количество углерода без образования карбидов.
Главным недостатком этого электрода является то, что ильменитовый концентрат,
представляющий собой минерал состава FeO × TiO2 (FeTiO3), при электродуговой сварке
ведет себя таким образом, что TiO2, являющийся шлакообразующим компонентом, уходит
в шлак, образуя шлаковую защиту металла шва от воздействия атмосферного водорода и
кислорода, a FeO при температуре сварки (2000-3000 °С) должен диссоциировать по реакции:
t
FeO → Fe + 1 O 2 .
2
Однако из-за малой продолжительности процесса сварки указанная реакция протекает
не полностью (диссоциирует не более 20 % оксида железа). Это приводит к тому, что непрореагировавший оксид железа уходит в шлак. Следует отметить то, что расплавление
электродного покрытия требует значительных энергозатрат, а в связи с тем, что на реакцию диссоциации оксида железа расходуется до 20 % общей энергии, на остальные реакции, происходящие в сварочной ванне, энергии может не хватить, из-за чего в металле
шва могут остаться не прореагировавшие в сварочной ванне оксиды, что приводит к существенному уменьшению механических свойств металла шва.
Другим недостатком рассматриваемого электрода является присутствие в покрытии
оксидов хрома, поскольку в сварочной ванне, взаимодействуя с углеродом чугуна, они образуют карбиды, которые, несмотря на некоторое повышение жаропрочности, выделяются
преимущественно по границам зерен, снижая пластичность металла шва, что приводит к
образованию трещин после сварки.
Кроме того, присутствие в электроде дорогих и дефицитных никельсодержащего стержня
и оксида хрома, делает его дорогим.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в предотвращении образования
трещин в сварных конструкциях из чугуна, в повышении пластичности сварного шва,
2
BY 6799 C1
уменьшении стоимости предлагаемого электрода, расширении технологической маневренности производителей электродов.
Технический результат достигается тем, что в электроде для ручной дуговой сварки и
наплавки чугуна, состоящем из стержня, изготовленного из малоуглеродистой стали, и
покрытия, включающего мрамор, покрытие дополнительно содержит обогащенный ильменитовый концентрат, состоящий из диоксида титана и железа при их массовом соотношении
(1-2,3):1, ферромарганец, тальк и никель при следующем соотношении ингредиентов,
мас. %:
мрамор
17-22
обогащенный ильменитовый концентрат
21-60
ферромарганец
2-20
тальк
8-12
никель
13-25.
Введение мрамора в покрытие наиболее целесообразно в количестве от 17,0 до
22,0 мас. %. Мрамор обеспечивает достаточно надежную газовую и шлаковую защиту металла в зоне сварки за счет термического разложения карбонатов и является шлакообразующим элементом. Содержание мрамора в покрытии менее 17,0 мас. % является недостаточным для надежной газовой и шлаковой защиты. Содержание мрамора более 22,0 мас. % не
оказывает существенного влияния на повышение защиты наплавленного металла в зоне
наплавки от окисления.
Введение ферромарганца в покрытие способствует как раскислению, так и легированию
наплавленного металла. Переход марганца из электрода в металл наплавки происходит в
основном прямым растворением металлического ферромарганца в металле наплавки.
Марганец, растворенный в металле, способствует увеличению его прочности и снижает
пластичность.
Содержание ферромарганца в покрытии менее 2,0 мас. % не приводит к легированию
наплавленного металла. Ферромарганец в этом случае выступает только как раскислитель.
Введение ферромарганца в покрытие более 20 мас. % не обеспечивает нужный химический состав наплавленного металла, при этом металл сварного шва получается настолько хрупким, что он может быть применен только в конструкциях, не испытывающих
нагрузок.
Тальк в электродном покрытии играет роль пластификатора, облегчающего нанесение
электродообмазочной массы на стержни под высоким давлением. Оптимальное содержание талька в электродном покрытии составляет от 8 до 12 мас. %.
При введении талька менее 8 мас. % электродное покрытие не будет обладать достаточной пластичностью для получения качественной обмазки. (При опрессовке стержня в
покрытии образуются дефекты в виде трещин).
При увеличении количества талька в электродном покрытии выше 12 мас. % будет наблюдаться переход в сварной шов значительного количества кремния, что увеличивает
хрупкость сварного шва.
Замена ильменитового концентрата состава TiO2 × FeO на состав TiO2 × Fe приводит к
тому, что железо, попадая в сварочную ванну, способствует растворению в жидком металле всех компонентов электродного покрытия, а титансодержащая часть ильменитового
концентрата, кроме того, легирует металл шва.
Состав 65 % TiO2 × 35 % Fe (1,9:1) обеспечивает создание оптимального шлакового
покрова и наилучшее растворение в жидком металле всех компонентов электродного покрытия.
При содержании TiO2 менее 50 % происходит недостаточная защита металла шва от
воздействия окружающей атмосферы из-за нехватки образующегося шлака.
При содержании TiO2 более 70 % и количестве Fe менее 30 % растворение всех компонентов электродного покрытия в жидком металле происходит неполностью.
3
BY 6799 C1
Сварка чугуна никелевыми электродами обеспечивает обрабатываемость сварного соединения, а также идентичность его по цвету с основным металлом. Никель неограниченно
растворяется в железе, причем образующийся никелевый аустенит растворяет относительно большое количество углерода без образования карбидов, имеет высокую пластичность и низкую твердость. Введение никеля для получения требуемого состава металла
шва производят из покрытия, обеспечивая тем самым расширение технологических возможностей производителей электродов за счет использования небольшого числа стандартизованных проволок.
Электрод изготавливают следующим образом.
На стержень из стали методом опрессовки наносят покрытие, содержащие ингредиенты в следующем соотношении (мас. %):
ильменит
50
ферромарганец
10
тальк
10
никель
10
мрамор
20.
Ильменитовый концентрат состава (65 % TiO2 × 35 % Fe) получали из ильменита 50 %
TiO2 × 50 % FeO, подвергая его обогащению в контролируемых газовых атмосферах.
Примеры конкретного исполнения электродов представлены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Состав ильменитового концентрата и его влияние на сварной шов
Мас. %
1
Номер и состав ильменитового концентрата
2
3
4
50
67
65
Диоксид титана
Железо
50
42
35
Растворение в жидком
металле всех компонентов
полное
полное
полное
электродного покрытия
Жидкотекучесть шлака
удовлетво- удовлетвовысокая
рительная рительная
Покрытие расплавленного неравно- равномер- равномерметалла шлаком
мерное
ное
ное
5
68
70
32
30
полное
неполное
высокая
низкая
равномерное
неравномерное
Таблица 2
Состав покрытия электрода для сварки чугуна
Мас. %
Ингредиент
Ильменитовый концентрат
Ферромарганец
Мрамор
Тальк
Никель
1
60
2
17
8
13
Номер и состав покрытия электрода
2
3
4
51
50
34
6
10
15
18,5
20
21
9
10
11
15,5
17
19
4
5
22
20
22
12
25
BY 6799 C1
Оценку представленного электрода проводили сваркой образцов из чугуна марки
СЧ-15-32. Для этого были изготовлены литые пластины размером 200×200×15 мм. После
отливки пластины подвергались отжигу для выравнивания структуры, а в средней части
каждой пластины проструивалась продольная канавка шириной 8 мм и глубиной 5 мм.
В эту канавку наплавлялся валик металла электродами диаметром 4 мм при силе тока 120140 А на прямой полярности при скорости сварки 1 мм/с.
Заварка осуществлялась валиковой наплавкой в один или несколько слоев, с чередованием направления накладываемых швов и при полном охлаждении пластины перед наложением последующего слоя.
В тех же условиях проводили наплавку электродом, принятым за прототип.
Стойкость наплавленного металла ударным нагрузкам определяли на машине ВНИИСТа. Критерием оценки стойкости наплавок против ударных нагрузок являлось число
ударов, которое выдерживала наплавка до появления первой трещины.
Таблица 3
Свойства сварного соединения из чугуна
Состав
Режим сварки
покрытия
электрода
Диаметр
Сила тодля сварки
электрода, мм
ка, А
чугуна
1
4
140
2
4
140
3
4
140
4
4
140
5
4
140
Прототип
4
140
СЧ 15-32
-
Предел прочности,
МПа
Число
слоев
При растяжении
При
изгибе
Стойкость против ударов
(число ударов
до разрушения)
2
2
2
2
2
2
-
62
103
95
83
68
95
104
95
110
126
114
104
71
146
3-4
2-3
3-4
3-4
1-2
2-3
-
Из данных, представленных в табл. 2, следует, что наилучшими свойствами обладает
материал, полученный электродом № 3 (оптимальный состав). Материалы, полученные
электродами № 2, 4, характеризуются хорошими свойствами. Материалы, полученные
электродами № 1 и 5, выходят за пределы оптимальных соотношений ингредиентов, т.е. ниже
нижнего и выше верхнего пределов, что приводит к уменьшению стойкости против удара.
Из приведенных данных следует, что материал сварного шва, полученный с использованием предлагаемого электрода, позволяет в 1,5 раза повысить стойкость против ударов.
Разработанный состав покрытия электрода позволяет отказаться от применения дорогой и
дефицитной проволоки из стали с высоким содержанием никеля и тем самым уменьшить
стоимость электрода.
Источники информации:
1. Каталог АО Спецэлектрод "Электроды для ручной дуговой сварки, наплавки и резки" - М.: 1999. - С. 209.
2. Потапов Н.Н., Баранов Д.Н., Каковкин О.С. и др. Сварочные материалы для дуговой
сварки Т.2. Сварочные проволоки и электроды. - М.: Машиностроение, 1993. - С. 615-619.
3. А.с. СССР 1676776. Электрод для сварки чугуна, В 23К 9/23, 1995.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
146 Кб
Теги
by6799, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа