Склад шихти порошкового дроту

Изобретение относится к области сварочных материалов для механизированной сварки в углекислом газе или смеси углекислого газа с аргоном малоуглеродистых и низколегированных сталей. Известен состав шихты порошковой проволоки, Известен состав шихты электродной проволоки /2/, компоненты которого взяты в следующем сочетании: диоксид титана 40-60 диоксид кремния 5,0-10,0 оксид натрия 2,0-4,0 оксид калия 0,2-1,0 фторид кальция 0,5-2,0 ферромарганец 5,0-25,0 железный порошок 1,0-15,0 гематит с криолитом 3,10-25 алюмомагниевый порошок 3-10 Электродная проволока, содержащая шихту приведенного состава, обеспечивает стабильное горение сварочной дуги, высокую устойчивость против образования пор при сварке литых сталей и загрязненных поверхностях изделия. Однако высокое содержание в шихте окислителей в виде гематита и диоксида кремния в сочетании с защитой сварочной ванны углекислым газом приводит к существенному увеличению образования сварочного аэрозоля и содержания кислорода и неметаллических включений в металле шва, что является причиной снижения его ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. Наличие гематита и криолита существенно снижает температуру плавления шлака и величину межфазного натяжения на границе металлшлак, что не позволяет выполнять сварку в различных пространственных положениях (вертикальное, горизонтальное, потолочное). Следует отметить, что достаточно высокое содержание в шихте оксидов натрия и калия обеспечивает высокую стабильность сварочной дуги, но требует быстрой реализации проволоки после ее прокалки, т.к. образование продуктов гидратации приводит к увеличению потенциальной влаги в ши хте, и, как следствие, повышению содержания водорода в металле шва. Это, в ряде случаев, приводит к снижению ударной вязкости, и образованию холодных тре щин, особенно на сталях с содержанием углерода более 0,3 % или C экв ³ 0,4 %. Высокое содержание в шихте алюмомагниевого порошка приводит к повышению стойкости против пористости вызываемой азотом, но приводит к увеличению содержания алюминия в металле шва. Критическими содержаниями являются [Al] ³ 0,02 %, превышение которых приводит к резкому снижению ударной вязкости. Вышеуказанное существенно снижает технологические возможности электродной проволоки, а в ряде случаев не позволяет рекомендовать ее к применению. В основу изобретения поставлена задача создать порошковую проволоку, которая обеспечит повышение производительности сварки швов во всех пространственных положениях за счет создания более короткого шлака и возможности сварки на более высоких токах, достигн уть более высоких показателей ударной вязкости за счет комплексного легирования металла шва, обеспечить более высокую стойкость к образованию пористости швов п утем введения легко разлагающихся фторидов и магния. Для решения указанной задачи а состав шихты порошковой проволоки, содержащей диоксид титана, диоксид кремния, магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, марганец, кремний и железный порошок дополнительно введены натрия фторсиликат, оксид алюминия, никель, ферротитан при следующем соотношении ингредиентов (мас. %): диоксид титана 25,0-66,0 диоксид кремния 1,0-4,0 оксид алюминия 0,6-2,0 оксид натрия 0,2-0,9 оксид калия 0,1-0,4 фторсиликат натрия 2,0-4,5 алюминий 0,4-1,3 магний 0,6-2,0 ферротитан 0,3-3,3 кремний 1,8-6,4 марганец 10,0-18,0 никель 1,6-12,0 железный порошок 5,0-40,0 Введение фторсиликата натрия в пределах 2,8...4,5 % позволяет эффективно снижать парциальное давление водорода у поверхности сварочной ванны вследствие развития реакций: Na2 SiF6 ® 2NaF + SiF4 / 1/ SiF4 ® SiF + 3F / 2 / 2H 2O + SiF4 ® SiO 2 + 4HF / 3 / H2 + SiF4 ® SiF2 + 2HF / 4 / 4H + SiF4 ® Si + 4HF / 5 / H2 + 2F ® 2HF / 6 / В результате этого снижается содержание водорода в металле шва. Введение в шихту фторсиликата натрия более эффективно снижает содержание водорода в металле шва по сравнению с криолитом. Это подтверждается и термодинамическими расчетами взаимодействия SіF4 и АlF 3 с водородом и парами воды в дуге. Реакция начинает интенсивно протекать при 700°С, а в смеси с минералами и порошками металлов и ферросплавов при 300-350°С. В связи с этим газообразный тетрафторид кремния поступает в газовую фазу реакционной зоны, что является очень благоприятным фактором для развития реакций (2, 3 и 4, 5). Эффект воздействия фторсиликата натрия на связывание водорода в нерастворимый в металле фтористый водород снижается введением оксидов натрия и калия, т.к. в сварочной дуге при диссоциации этих оксидов образуются ионы калия и натрия, которые интенсивно взаимодействуют с фтором с образованием термически устойчивых фторидов натрия и калия. В этом случае остается не связанный водород, что приводит к увеличению содержания водорода в металле шва. В связи с этим содержание оксидов натрия и калия стремились свести к минимальному и было в пределах необходимых для обеспечения повышения стабильности горения сварочной дуги (K 2 O ³ 0,1 Na2 O ³ 0,2). При , содержании оксида натрия менее 0,2 % и оксида калия менее 0,1 % сварочная дуга горит нестабильно, а при увеличении их содержания соответственно более 0,9 и 0,4 % наблюдается увеличение содержания водорода в металле шва. Кроме этого, при содержании оксидов натрия более 0,9 % и калия 0,4 % увеличение водорода в металле шва связано с гидратацией этих оксидов вследствие взаимодействия с парами воды, находящимися в воздухе. Процесс гидратации идет по реакции: K 2 O + H 2 O ® 2KOH Na 2 O + H 2 O ® 2NaOH Процесс гидратации приводит к повышению влажности шихты порошковой проволоки и при более высоких содержаниях этих окислов возможно превышение критической влажности шихты в проволоке, что приводит к образованию пор в металле шва. Дополнительное повышение стойкости против пористости сварных швов достигается также за счет введения магниевого порошка. В связи с тем, что магний интенсивно испаряется при температурах, присущи х сварочной ванне и каплям электродного металла (1800°С и 2200-2500°С), снижается парциальное давление газов (водорода, азота и кислорода) у поверхности сварочной ванны, что приводит к снижению содержания этих газов в металле шва. Отсутствие в ши хте окислов железа и ограничение содержания диоксида кремния существенно уменьшает окислительный потенциал шихты, что позволяет эффективно применять магний при его более низких содержаниях по сравнению с прототипом. При содержании магния менее 0,6 % эффект его воздействия резко снижается, т.к. количество образующи хся паров магния недостаточно, а при содержании более 2,0 % ухудшается формирование шва при сварке а вертикальном положении. Введение алюминиевого порошка, ферротитана, марганца и кремния осуществлялось с целью обеспечения комплексного раскисления металла сварочной ванны, снижения содержания в ней кислорода и неметаллических включений, а также реакции модифицирующего действия при кристаллизации металла сварочной ванны. Эта задача достаточно сложная, особенно в условиях сварки в углекислом газе в связи с высоким окислительным потенциалом газовой фазы. При содержании алюминия менее 0,4 % наблюдается окисление титана в сварочной ванне и эффект модифицирования металла шва не наблюдается. Модифицирование металла шва оценивали по измельчению первичной и вторичной структур. При содержании алюминия более 1,3 % наблюдается увеличение содержания неметаллических включений в металле шва. Содержание ферротитана в шихте проволоки поддерживалось на условиях обеспечения содержания титана в металле шва в пределах 0,01-0,03 %, что обеспечивает протекание процессаМодифицирования. При этом минимальном содержании алюминия вводили ферротитан в количестве не более 3,3 %, а при максимальном содержании алюминий 1,3% содержание ферротитана не должно превышать 0,3 %. При содержаниях ферротитана менее 0,3 % содержание титана в металле шва менее 0,01 %. При содержании ферротитана более 3,3 % содержание титана в металле шва более 0,02 %, что приводит к существенному снижению вязкости и пластичности металла шва за счет сильного твердорастворного упрочнений металла шва. Введение марганца и кремния необходимо для раскисления металла сварочной ванны и приданию металлу шва необходимых прочностных характеристик. Содержание марганца, кремния и никеля в пределах 10...18 %;1,8…6,4; 1,6...12,0 % обеспечивает высокие механические свойства металла шва. Введение диоксида титана в пределах 25...56 % позволяет получить рутиловый шлак с наиболее лучшими технологическими свойствами при сварке швов во всех пространственных положениях. Добавки диоксида кремния в количестве 1,0...4,0 % улучшает отделимость шлаковой корки с поверхности шва, оксид алюминия 0,6...2,0 % обеспечивает мелкочешуйчатое формирование шва, что существенно улучшает внешний вид поверхности шва, а также способствует формированию плавного сопряжения шва с основным металлом и препятствует образованию подрезов. Введение диоксида кремния менее 1,0 % приводит к получению тугоплавкого шлака и формированию усиленных угловых шво в в вертикальном положении. При содержании диоксида кремния более 4,0 снижается температура плавления шлака, наблюдается отекание шлака и металла при выполнении швов в вертикальном и горизонтальном положениях. Содержание в шихте диоксида кремния и фторсиликата натрия в указанных пределах позволяет получить устойчивый короткий шлак на поверхности сварочной ванны во всех пространственных положениях, что является необходимым условием формирования шва. В таблице 1 приведены примеры проверенных на практике композиций шихты порошковых проволок, испытанных в лабораторных условиях. Опытные проволоки 1, 2, 3, 4, 5, 6 соответствуют предмету предлагаемого изобретения по количественному составу. Порошковые проволоки 1, 2, 3, 4 имели коэффициент заполнения 15 %, а проволоки 5, 6 с коэффициентом заполнения 25 %. Порошковые проволоки 7, 8, 9, 10 выполнены с коэффициентом заполнения 15±1 %, ингредиенты шихты которых взяты в соотношениях вы ходящи х за пределы значений, предлагаемых в данном изобретении. Для проверки сварочно-технологических свойств опытных порошковых проволок 1...10 применяли полуавтомат А547 с источником питания ВС-300 В. Сварку выполняли порошковыми проволоками O 1,2 и 1,8 мм / в углекислом газе. Стойкость против пор оценивали при сварке тавровых соединений, в процессе испытаний изменяли влажность углекислого газа, которую контролировали по точке росы.