Шихта порошкового дроту для механізованого зварювання у вуглекислому газі

1 Шихта порошкового дроту для механізованого зварювання у вуглекислому газі, що містить дюксид титану, дюксид кремнію, оксид натрію, оксид калію, фторид кальцію, феросиліцій, яка відрізняється тим, що додатково містить ти Винахід відноситься до зварювальних матеріалів, зокрема, до композиції (складу) шихти порошкового дроту, або більш конкретно - до складу порошкового дроту, призначеного для зварювання в захисній атмосфері вуглекислого газу і застосовується в машинобудуванні, суднобудуванні, виготовленні резервуарів тощо Порошковий дріт займає одне з провідних місць у СВІТІ серед електродних матеріалів, які використовуються в сучасних процесах механізованого дугового зварювання сталевих металоконструкцій Він складається зі сталевої оболонки та шихти - суміші порошкових матеріалів, які визначають основні технологічні властивості порошкового дроту ВІДОМІ склади шихти порошкових дротів, які забезпечують ЯКІСНІ технологічні властивості порошкового дроту під час зварювання у вуглекислому газі, шлакова система яких побудована на основі диоксиду титану (шлаки рутилового типу) Дроти, які мають в своєму складі шихту рутилового типу [авторські свідоцтва СССР № 927461, МПК7 В23К35/36, опубл в Б В № 18, 1982 р, № 904948, МПК7 В23К35/36, опубл в Б В № 6, 1982 р], характеризуються м'яким, стабільним горінням танат калію та комплексну лігатуру титан-силіціумалюміній-залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас % дюксид титану 40 - 71 дюксид кремнію 7 -12 оксид натрію 2- 4 оксид калію 0,5 -1 фторид кальцію 0,5 - 2 феросиліцій 6 -12 титанат калію 5-12 лігатура титан-силіціум-алюмінійзалізо 8-17 2 Шихта за п 1, яка відрізняється тим, що співвідношення суми дюксиду титану з титанатом калію і КІЛЬКОСТІ лігатури титан-силіціум-алюмінійзалізо складає 2,5 -10 зварювальної дуги, невеликим розбризкуванням електродного металу, легким відділенням шлакової корки з поверхні шва та ВІДМІННИМ формуванням швів Шихта цих порошкових дротів містить також досить велику КІЛЬКІСТЬ фтористих сполук фторид кальцію, фторид натрію, сіліціумфторид натрію та ІНШІ, а також обов'язковий комплекс розкислюючих компонентів - фероманган, феросіліцій та ІНОДІ феротитан Недоліком шихти згаданих дротів є завелика КІЛЬКІСТЬ шкідливих сполук, що виділяються в процесі зварювання, серед яких провідне місце займають сполуки мангану та фтору Більш досконалими з позиції зменшення виділення шкідливих компонентів в навколишнє середовище є порошкові дроти, шихта яких для поліпшення ГІГІЄНІЧНИХ показників процесу зварювання містить обмежену КІЛЬКІСТЬ фторидів, а фероманган та феросіліцій вводяться в пасивованому вигляді [авт свід СССР № 923787 МПК7 В23К35/36, опубл в Б В № 16, 1982 р та Походня І К , Альтер В Ф та ін "Производство порошковой проволоки", Киев, Высшая школа, 1980 - с 232] Введення вказаних складових до шихти суттєво підвищує технологічні характеристики процесу ю (О 49651 зварювання, але ГІГІЄНІЧНІ показники при цьому є незадовільними, процес характеризується високою інтенсивністю валових виділень зварювального аерозолю і, насамперед, наявністю в його складі істотної КІЛЬКОСТІ оксидів мангану Для зварювального процесу із застосуванням шихти, до складу якої входить фероманган, характерною є звужена площа, плями дуги, зосереджена на КІНЦІ електроду, що обумовлює високу загальну температуру дуги і, як наслідок, підвищену інтенсивність випаровування шкідливих речовин в одиницю часу Це обмежує застосування порошкових дротів під час зварювання відповідальних металоконструкцій в суднобудуванні, будівництві резервуарів, багатогабаритних мостових конструкцій Слід ВІДМІТИТИ, ЩО просте видалення сполук мангану зі складу шихти порошкового дроту не дає можливості одержати ідентичні показники механічних властивостей наплавленого металу, які мали місце з шихтою, до складу якої входив фероманган За прототип запропонованого винаходу вибрано шихту порошкового дроту для механізованого зварювання у вуглекислому газі, яка складається з диоксиду титану, диоксиду кремнію, оксиду натрію, оксиду калію, фториду кальцію, феросіліцию [Патент України на винахід № 1178, МПК7 В23К35/368, опубл в бюл "Промислова власність" № 3, 1993 р ] Шихта, крім вказаних інгредієнтів, містить порошок заліза та суміш гематиту з кріолітом при слідуючому співвідношенні компонентів (мас %) диоксид титану 40 - 60, диоксид кремнію 5-10, оксид натрію 2-4, оксид калію 0,2 - 1, фторид кальцію 0,5 - 2, феросіліцій 1-10, фероманган 5 - 25, порошок заліза 1-15, гематит з кріолітом 10-25 Цей склад шихти використовується для виробництва порошкового дроту марки ПП-АС2 згідно до ТУУ 28 7-31206116-002-2001 Інтенсивність утворення твердої частини зварювального аерозолю під час використання цього порошкового дроту складає 11,9г/кг При цьому питоме виділення марганцю дорівнює 1,28г/кг, фторидів, розчинних у воді - 0,63г/кг, фторидів, нерозчинних у воді 0,75г/кг В перерахунку на концентрації марганцю та фториду кальцію, які потрапляють в зону дихання зварника, наведені виділення перевищують гранично допустимі концентрації цих речовин в три та два рази ВІДПОВІДНО Це обумовлює необхідність видаляти повітря з зони дихання зварника в КІЛЬКОСТІ, не менше, ніж 5000 куб метрів на кожен кілограм використовуваного дроту для зниження концентрації шкідливих речовин в повітрі до рекомендованих ГІГІЄНІЧНИХ показників При виконанні зварювальних робіт в закритих порожнинах (а такі умов праці є постійними для суднобудування, виготовлення та монтажу резервуарів), інтенсивність дії зварювального аерозолю на організм людини та витрати на вентиляцію зростають іще в декілька разів В основу винаходу поставлена задача зни ження інтенсивності утворення шкідливого для здоров'я людини аерозолю, зменшення за рахунок цього КІЛЬКОСТІ повітря, яке необхідно видаляти з зони дихання зварника, та зменшення витрат на вентиляцію робочого місця зварника при застосуванні шихти порошкового дроту шляхом удосконалення м складу, зокрема, додаткового введення титанату калію і комплексної лігатури, та оптимізацм КІЛЬКІСНОГО співвідношення складових компонентів шихти, що забезпечує збільшення носив проводимості в периферійній зоні зварювальної дуги, і тим самим розширення плями дуги, яке супроводжується перерозподілом температури поперечного перерізу останньої, зниженням и загальної температури та зменшенням вигару компонентів дроту Поставлена задача досягається за рахунок того, що шихта порошкового дроту для механізованого зварювання у вуглекислому газі, яка складається з диоксиду титану, диоксиду кремнію, оксиду натрію, оксиду калію, фториду кальцію, ферросіліцию, згідно винаходу, додатково містить в своєму складі титанат калію та комплексну лігатуру титансіліціум-алюміній-залісю при наведеному нижче співвідношенні компонентів(% мас) диоксид титану 40 - 71, диоксид кремнію 7-12, оксид натрію 2-4, оксид калію 0,5 - 1, фторид кальцію 0,5 - 2, ферросіліцій 6-12, титанат калію 5-12, лігатура титан-сіліціум-алюмінійзалізо 8-17 При цьому співвідношення суми диоксиду титану з титанатом калію до КІЛЬКОСТІ (вмісту) лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо складає 2,5 -10 Вказаний технічний результат обумовлені/їй ознаками винаходу, що відрізняють його від відомого технічного рівня, насамперед тим, що до складу шихти порошкового дроту додатково введено титанат калію разом з комплексною лігатурою титан-сіліціум-алюміній-залізо без використання в м складі феромангану Вплив титанату калію на дугу перш за все виявляється у розширенні площі плями зварювальної дуги, яка розташовується на КІНЦІ електрода, у порівнянні з такою, що має місце при зварюванні шихтою із застосуванням феромангану Розширення площі цієї плями супроводжується перерозподілом температури в поперечному перерізі зварювальної дуги, зниженням загальної температури дуги, та перерозподілом тієї самої енергії дуги на більшу площу плями на КІНЦІ електроду, що і обумовлює значне скорочення вигару компонентів дроту з поверхні кінця електроду Пляма розширюється через суттєве збільшення носіїв проводимості в периферійній області зварювальної дуги, які доставляються до стовпа дуги частками титанату калія та лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо При цьому лігатура, крім позитивного впливу на розширення розміру поперечного перерізу стовпа дуги та розміри плями на КІНЦІ електроду, забезпечує необхідну ступінь комплексного розкислення зварювальної ванни, та поліпшує експлуатаційну надійність металу зварного шва Зниження вигару шкідливих для 49651 органів дихання зварника компонентів суттєво посилюється, якщо відношення суми диоксиду титану з титанатом калія до КІЛЬКОСТІ лігатури титансіліціум-алюміній-залізо складає 2,5 -10 Якісний та КІЛЬКІСНИЙ склад шихти вибраний за умови забезпечення високих показників зварювального процесу при одночасному створенні безпечних умов роботи зварників та мінімізації надходження шкідливих речовин в навколишню атмосферу Оптимальна КІЛЬКІСТЬ титанату калію та лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо складає 2 - 12 та 8 - 17% мас відповідне Зниження КІЛЬКОСТІ титанату калію нижче 5%, а лігатури титан-сіліціумалюміній-залізо - 8% не дає бажаного ефекту зменшення вигару та виділення в атмосферу зварювальної дуги з'єднань мангану та фториду кальція Збільшення долі титанату калія більш, ніж 12%, та лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо більш, ніж 17%, в шихті порошкового дроту призводить до втрати дротом деяких технологічних властивостей - погіршується криюча здатність шлаку, компоненти лігатури починають замість захисних функцій виконувати функцію легуючих елементів, що в результаті не дає бажаного ефекту поліпшення ГІГІЄНІЧНИХ характеристик процесу зварювання порошковим дротом, шихта якого містить титанат калію та лігатуру титан-сіліціум-алюміній-залізо Шихта, в якій співвідношення суми диоксиду титану з титанатом калію до КІЛЬКОСТІ лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо є меншою, ніж 2,5, практично не змінює розміри плями зварювальної дуги на КІНЦІ електроду 3 іншого боку, перевищення цього співвідношення до величини, більшої 10, знижує механічні характеристики зварювального шва через погіршення технологічних властивостей шлаку, який в цьому випадку втрачає здатність покривати всю поверхню ванни Це призводить до погіршення захисту розплавленого металу від впливу атмосфери В таблицях 1 - 2 наведені результати вимірювання питомого виділення твердої складової зварювального аерозолю під час виконання зварювання в захисній атмосфері вуглекислого газу порошковим дротом, який має шихту, склад якої відповідає тому, що заявляється, та відрізняється від нього КІЛЬКІСТЮ титанату калію та лігатури титан-сіліціум-алюміній-залізо Таблиця 1 Компоненти шихти поро- Шихта Шихта Шихта Шихта Шихта Шихта шкового №1 №2 №3 №4 №5 №6 дроту диоксид ти- 55 40 71 60 64 44 тану диоксид 8 12 7 9 10 10 кремнію оксид на3 4 2 3 4 3 трію 0,8 1 0,5 1 1 1 оксид калію фторид 2 0,5 2 2 1 1,2 кальцію 9 12 6 10 8 10 ферросілщій титанат ка9 12 5 6 4 13 лію лігатура титансшщіум14 17 8 9 7 18 алюмшійзалізо Таблиця 2 № ПОСЛІДОВ- питоме видіНОГО зразка лення маншихти гану шихта шихта шихта шихта шихта шихта №1 №2 №3 №4 №5 №6 0,57 0,54 0,52 0,56 1,28 1,30 питоме виді- питоме виділення фтолення фторидів розридів нерозчинних чинних 0,31 0,41 0,33 0,40 0,32 0,41 0,31 0,40 0,63 0,76 0,64 0,75 Як видно з результатів порівняльного аналізу, поєднання якісного та КІЛЬКІСНОГО співвідношень інгредієнтів шихти, запропонованої згідно цього технічного рішення, обумовлює виділення під час зварювання аерозолю мінімальної токсичності Вміст В ньому шкідливих речовин зведений до рівня, значно меншого гранично допустимого При цьому експлуатаційні характеристики зварювальних з'єднань, виконаних із застосуванням запропонованої шихти, не поступаються з'єднанням, для утворення яких застосовується шихта з феромарганцем ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71