Електродний дріт

Изобретение относится к сварке, а именно к электродной проволоке, предназначенной для механизированной и роботизированной сварки в углекислом газе швов, расположенных в нижнем и горизонтальном положениях, металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Известны кремнемарганцевые проволоки сплошного сечения, например, Св-08ГС, СВ-08Г2С, СВ-10ХГ2С (ГОСТ 2246-70), применяемые для механизированной и роботизированной сварки в углекислом газе швов, расположенных в нижнем и горизонтальном положениях, при изготовлении металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Процесс сварки этими проволоками характеризуется крупнокапельным переносом электродного металла. Швы получаются плотные, с требуемыми механическими свойствами при полном отсутствии шлаковой корки. Однако при крупнокапельном переносе наблюдаются резкие колебания длины дугового промежутка, что приводит к нестабильности сварочного процесса и значительному разбрызгиванию электродного металла. Это снижает коэффициент использования электродной проволоки и требует дополнительных затрат по очистке изделий от брызг. Кроме того швы имеют грубочешуйчатую поверхность, неблагоприятную форму поперечного сечения с усилением к середине шва и местами покрываются трудноотделимыми островками шлака, основу которого составляют железомарганцевые силикаты. Применение электродных проволок, состоящих из стальной оболочки и флюсового сердечника (порошковые, активированные и др.), при сварке в углекислом газе металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей позволяет снизить разбрызгивание металла и улучшить формирование сварных швов. По типу флюсового сердечника, который определяется основным шлакообразующим компонентом, эти проволоки разделяются на рутиловые, рутил-флюоритные и ильменитовые [1]. Наилучшими сварочнотехнологическими свойствами при сварке в углекислом газе обладают проволоки с флюсовым сердечником рутилового типа, в состав которого входят шлакообразующие компоненты (основной шлакообразующий компонент, рутиловый концентрат (диоксид титана)), стабилизирующие компоненты (соединения щелочных или щелочноземельных металлов, Na, К, Са, обладающие низким потенциалом ионизации) и раскисляющие компоненты (ферросплавы и металлические порошки, содержащие элементы - раскислители марганец, кремний, титан, алюминий и другие). В качестве прототипа взята проволока [2], в которой основным шлакообразующим компонентом флюсового сердечника является рутиловый концентрат (диоксид титана), в качестве стабилизирующих компонентов соединения Na, К, Са (оксид натрия, оксид калия, карбонат кальция), а в качестве раскисляющих компонентов ферротитан, ферромарганец и порошок алюмомагниевый, которые содержат элементы - раскислители марганец, титан, алюминий, кремний и магний. Процесс сварки этой проволокой характеризуется мягким стабильным горением дуги, мелкокапельным переносом с незначительным разбрызгиванием электродного металла. Шлаковая корка, образующаяся при плавлении, обладает хорошими формирующими свойствами и покрывает весь сварной шов, а швы формируются с гладкой поверхностью, плоскими или слегка выпуклыми. Но наличие сердечника, при плавлении образующего шлаковую корку, снижает коэффициент перехода электродного металла в шов, а удаление шлаковой корки с поверхности швов требует дополнительных трудозатрат. Кроме того при сварке угловых швов, а в особенности угловых и стыковых швов в разделке, шлаковая корка отделяется с большим трудом из-за заклинивания шлака между кромками свариваемого металла при остывании. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования состава электродной проволоки, в котором за счет построения шлакообразующей системы сердечника на основе оксидов железа и выбора соотношения ингредиентов, обеспечивающего восстановление оксидов железа при сварке, исключается образование шлаковой корки на поверхности швов и увеличивается коэффициент перехода электродного металла в шов. Поставленная задача решается тем, что в электродной проволоке для механизированной сварки в углекислом газе металлоконструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей, состоящей из низкоуглеродистой стальной основы и флюсового сердечника, включающего шлакообразующие компоненты, компоненты, содержащие элементы-раскислители, соединения щелочных или щелочноземельных металлов, согласно изобретению, сердечник составляет 5-15% от массы проволоки и содержит в качестве шлакообразующих компонентов компоненты, содержащие оксиды железа, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: - компоненты, содержащие оксиды 36,0-65,0 железа - компоненты, содержащие 20,0-55,0 элементы-раскислители - соединения щелочных или 5,0-15,0, щелочноземельных металлов причем суммарное содержание элементов-раскислителей в компонентах, их содержащих, составляет 40...85%, а отношение количества оксидов железа к суммарному содержанию элементов-раскислителей находится в пределах 1,2...4,0. Применение компонентов, содержащих оксиды железа, в качестве шлакообразующи х компонентов позволяет получить на поверхности капель, образующи хся в процессе сварки на торце электрода, шлак с высокой поверхностной активностью и низким поверхностным натяжением. При наличии компонентов, содержащих оксиды железа в количестве 36-65% от массы флюсового сердечника расплавленный шлак на поверхности капель имеет минимальное поверхностное натяжение и способствует образованию и равномерному отрыву капель минимальных размеров (диаметр капель не превышает 1,5 диаметра электрода при сварке на оптимальных режимах). Введение компонентов, содержащих оксиды железа, в количестве менее 36,0% является недостаточным для обеспечения мелкокапельного переноса металла. При введении компонентов, содержащих оксиды железа, более 65,0% также резко ухудшается перенос электродного металла. Капли неодинаковых размеров хаотично перемещаются вокруг электрода и, отрываясь от него, часто вместо сварочной ванны попадают на сопло горелки и свариваемое изделие. Возрастает при этом угар элементов из проволоки и ухудшаются ее гигиенические характеристики. Присутствие во флюсовом сердечнике соединений щелочных или щелочноземельных металлов в количестве 5,0...15,0% обеспечивает необходимую степень ионизации дугового промежутка, что обеспечивает мягкое, стабильное горение дуги и заставляет капли электродного металла соосно со сварочной дугой лететь в сварочную ванну. Введение стабилизирующих добавок менее 5,0% не оказывает благоприятного влияния на стабилизацию процесса сварки и возбуждение сварочной дуги, а количество, превышающее 15,0%, отрицательно сказывается на равномерности отрыва капель от торца электрода. Компоненты, вводимые в виде ферросплавов, металлических порошков, в количестве 20,0...55,0% и содержащие элементы-раскислители (например, кальций, алюминий, титан, кремний, марганец и другие), обладающие более высоким сродством к кислороду, чем железо, восстанавливают железо из его оксидов и предохраняют от дальнейшего окисления до полной кристаллизации сварочной ванны, способствуя образованию сварных швов без шлаковой корки. В процессе плавления электродной проволоки элементыраскислители частично реагируют на поверхности капель с расплавленным шлаком, а частично переходят в металл капель жидкого металла, образующихся на торце электрода, и предохраняют их от окисления атмосферной дуги. По мере снижения температуры жидкого металла капель и перехода капель в сварочную ванну раскисляющая способность элементов-раскислителей возрастает, и расплавленный металл предохраняется от окисления атмосферной дуги до полной кристаллизации. Таким образом, элементы-раскислители, еще на стадии образования капель частично вступая во взаимодействие с шлакообразующими компонентами, восстанавливают железо. Процесс восстановления продолжается до полной кристаллизации сварочной ванны, а благодаря тому, что шлакообразующими компонентами являются компоненты, содержащие оксиды железа, на поверхности сварочной ванны не образуется шлаковой корки, а элементы-раскислители присоединив кислород и образовав оксиды, всплывают на поверхность сварочной ванны, образуя небольшие островки шлака, которые при остывании отделяются самопроизвольно. Причем полное восстановление железа и минимальная поверхность, занимаемая шлаковыми островками, возможны только когда суммарное содержание элементов-раскислителей в ферросплавах и металлических порошках составляет 40-85% и соблюдается отношение количества оксидов железа к суммарному содержанию элементов-раскислителей в пределах 1,2...4,0. При содержании элементов-раскислителей в ферросплавах и металлических порошках меньшем 40% возрастает количество железа, которое находится в эти х компонентах, что снижает скорость охлаждения и затвердевания металла шва, способствуя его окислению атмосферой дуги. При отношении количества оксидов железа к суммарному количеству элементов-раскислителей, превышающем 4,0, железо из оксидов железа восстанавливается не полностью и из оставшихся оксидов железа и оксидов элементов-раскислителей образуется шлаковая корка. При соотношении количества оксидов железа к суммарному содержанию элементовраскислителей менее 1,2 и содержании элементов-раскислителей в ферросплавах и металлических порошках превышающем 85%, содержание элементов-раскислителей во флюсовом сердечнике увеличивается. Они, полностью восстанавливая железо из оксидов железа и присоединив кислород из атмосферы дуги, образуют большое количество оксидов элементов-раскислителей, которые, всплывая на поверхность сварочной ванны, затвердевают в виде тр удноотделимых островков шлака, занимающих значительную поверхность сварных швов. В таблице 1 приведены примеры проверенных на практике электродных проволок с флюсовым сердечником, шлакообразующими компонентами которого являются компоненты, содержащие оксиды железа. В опытных проволоках № 1-10 ингредиенты флюсового сердечника соответствуют заявляемым пределам и отношение количества оксидов железа к суммарному содержанию элементов-раскислителей в компонентах, их содержащих, а в опытных проволоках, № 11-15 ингредиенты флюсового сердечника выходят за рамки заявляемых пределов и отношения между оксидами железа и элементами-раскислителями. В электродных проволоках № 1-15 в качестве компонентов, содержащих оксиды железа, применяли гематит и магнетит. В электродных проволоках в качестве компонентов, содержащих элементы-раскислители, использовали: опытные проволоки № 1, 2, 11 - ферромарганец, ферросилиций, порошок алюмомагниевый. Опытные проволоки № 3, 4, 12 - силикомарганец, силикокальций, марганец металлический, порошок железный. Опытные проволоки № 5, 6, 13 - силикоцирконий, ферротитан, марганец металлический, кремний металлический. Опытные проволоки № 7, 8, 14 - силикокальций, порошок титановый, ферромарганец, порошок алюмомагниевый, ферросилиций. Опытные проволоки № 9, 10, 15 - ферротитан, силикомарганец, силикоцирконий, порошок алюминиевый, порошок железный. Флюсовый сердечник от массы электродной проволоки составлял: в опытных проволоках № 1, 2, 3, 4, - 5%; 12, 13 в опытных проволоках № 5, 6, 7, 11, - 10%; 14 в опытных проволоках № 8, 9, 10, 15 - 15%. Сварку производили проволоками диаметром 1,6 мм на постоянном токе обратной полярности, в среде углекислого газа, в сравнении с электродными проволоками Св-08Г2С, ПП-АН8, АП-АН2. Сварочный ток 340 А, напряжение на дуге 32 В. Проверку сварочно-технологических свойств проводили следующим образом: испытуемую проволоку взвешивали, затем на предварительно взвешенной пластине из стали Ст.3 в течение 30 секунд, в нижнем положении, накладывали валик шва. После чего испытуемую проволоку и пластину опять взвешивали. Затем шлак, образовавшийся на поверхности шва, аккуратно снимали и взвешивали. После этого пластину тща тельно очищали от брызг и нагара и взвешивали. На основании полученных данных определяли потери электродного металла на угар и брызги, образование шлака и коэффициент перехода электродного металла в шов. Опыт производили каждой проволокой на трех пластинах. Результаты сведены в таблицу 2 . На основании результатов проведенных опытов можно сделать вывод, что при использовании в качестве шлакообразующих компонентов компонентов, содержащих оксиды железа, при суммарном содержании элементов-раскислителей в компонентах, их содержащих, в заявляемых пределах и соблюдении соотношения между количеством оксидов железа и суммарным содержанием элементов-раскислителей электродная проволока приобретает новый комплекс свойств. Опытными проволоками № 1-10 можно производить сварку низкоуглеродистых и низколегированных сталей в нижнем и горизонтальном положении без образования шлаковой корки при стабильном горении дуги с мелкокапельным переносом и минимальным разбрызгиванием электродного металла, а в сравнении с электродными проволоками Св-08Г2С, ПП-АН8, АП-АН2 и другими проволоки с флюсовым сердечником рутилового типа позволяют наиболее эффективно использовать электродный металл.