Електрод для підводного зварювання

Електрод для підводного зварювання, який складається зі стрижня із високолегованого дроту системи легування на основі нікелю і хрому та C2 1 3 споруд) потрібно виконувати саме у просторових положеннях, відмінних від нижнього. Тому забезпечення можливості зварювання в усіх просторових положеннях - одне з ключових питань при створенні електродних матеріалів, розробці або удосконалюванні технологічного процесу підводного зварювання. Відомий електрод [Авторське свідоцтво СРСР №1540992 від 07.02.90, бюл. №5] зі стрижнем із високолегованого дроту Св. 07Х25Н12Г2Т, покриття якого містить (мас.%): Мармур 10-14 плавиковий шпат 18-22 польовий шпат 2-4 феромарганець 7-10 феротитан 3-6 феросиліцій 3-6 Поташ 0,5-1,5 титановий порошок 4,7-7,7 Двоокис титану інше Недоліком електроду з таким покриттям є занадто велика кількість шлаку, що утворюється при його плавленні. Хоча це і забезпечує надійний захист металу зварювальної ванни та шва від водного середовища, але унеможливлює виконання зварювання у різних просторових положеннях окрім нижнього. Крім того, внаслідок недостатнього запасу аустенітності у металі шва поблизу лінії сплавлення виникають крихкі прошарки, схильні до утворення холодних тріщин. Відомий також електрод [Патент РФ №2071895 МІЖ В23КЗ 5/365] зі стрижнем із високолегованого дроту Св. 10Х16Н25АМ6, покриття якого містить (мас.%): плавиковий шпат 36-40 кварцовий пісок 17-21 феромарганець 8-12 феротитан 4-6 феросиліцій 4-6 Поташ 1-3 окис хрому 1-3 Двоокис титану 9-29 При такому співвідношенні СаF2 та TiO2 перенос розплавленого металу має яскраво виражений крупнокрапельний характер, що значно погіршує стабільність горіння дуги. Високий вміст SiO2 призводить до збільшення в’язкості шлаку, в наслідок чого він повністю не вкриває наплавлений метал, формування шву погіршується, що робить неможливим зварювання у просторових положеннях, відмінних від нижнього. Це підтверджується результатами випробувань зварювально-технологічних властивостей, проведених розробниками електроду (Сварочное производство, №11, 2000г). Обидва цих електроди дозволяють отримати зварні з’єднання з рівнем механічних властивостей, що відповідає рівню властивостей основного металу, та уникнути утворення холодних тріщин у ЗТВ низьколегованих сталей підвищеної міцності. Але їх зварювальнотехнологічні властивості не задовольняють поставленим вимогам. 81058 4 В якості прототипу нами обрано электрод [Авторське свідоцтво СРСР 1549706 від 15.03.90, бюл. №10], покриття якого містить (мас.%): Мармур 14-16 плавиковий шпат 24-26 польовий шпат 3-5 феромарганець 9-11 феротитан 4-6 феросиліцій 4-6 Поташ 0,5-1,5 Двоокис титану інше Стрижнями електродів слугує сталевий високолегований дріт, що містить хром та нікель в кількості не менш відповідно 13,5 і 22%. З нашого досвіду дослідження шлакових систем діапазон співвідношень ТіО2/СаF2, використаний у прототипі, не є оптимальним для якісного формування зварних швів під водою, а введення в цю систему мармуру в кількостях, що перевищують 10%, ще погіршує зварювальнотехнологічні властивості електродного покриття. Це не дозволяє використати їх для якісного зварювання в усіх просторових положеннях. Крім того, введення мармуру не виправдано через те, що деяке (до 5%) зменшення вмісту водню в наплавленому металі при розчиненні атмосфери дугового проміжку газоподібними продуктами розкладання мармуру практично не має значення через аустенітну структуру металу швів. Задачею винаходу є забезпечення при зварюванні в усіх просторових положеннях якісного формування металу шва, стійкості проти утворення холодних тріщин у зоні термічного впливу низьколегованих сталей підвищеної міцності та показників механічних властивостей металу шва на рівні властивостей основного металу. Поставлена задача вирішується тим, що електрод складається зі стрижня із високолегованого дроту системи легування на основі нікелю та хрому, значення нікелевого та хромового еквівалентів якої обмежені величинами 19...32% та 21...33% відповідно, та покриття, що містить рутиловий концентрат, польовий шпат, флюорит та феросиліцій, в яке додатково введено окис заліза, магнезит металургійний та карбоксиметилцелюлозу при такому співвідношенні компонентів(мас.%): Флюорит 22,0-31,0 рутиловий концентрат 22,0-37,0 окис заліза 15,0-31,0 польовий шпат 8,0-13,0 Магнезит металургійний 4,0-9,0 феросиліцій 0,5-2,0 карбоксиметилцелюлоза 1,5-2,0 Коефіцієнт маси покриття 22...25%. складає Зниження температури твердіння шлаку, його подовження, а також збільшення кута змочування основного метала розплавленим досягнуто шляхом введення в покриття збалансованої кількості флюориту та окису заліза. Введення значної кількості фторидів забезпечує зниження вмісту водню в металі шва, десульфацію розплавленого металу, високий ступінь засвоєння 5 легкоокилюючихся елементів і разом з польовим шпатом сприяє утворенню шлакової корки, яка надійно захищає шов від навколишнього середовища, та одержанню гарного формування. Це технічне рішення - результат ретельного дослідження впливу компонентів потрійної системи CaF2-ТіO2-FeO на зварювальнотехнологічні властивості електродів для підводного мокрого зварювання. Використання в якості стрижня високолегованого дроту гарантує отримання металу шва аустенітного типу, що запобігає утворенню холодних тріщин у ЗТВ низьколегованих сталей підвищеної міцності. Сутність проведених дослідів ілюструє Фіг. 1, де на концентраційному трикутнику якісно відтворено характер впливу співвідношення інгредієнтів системи CaF2-ТіO2-FeO на зварювально-технологічні властивості електродів. Тут А - область оптимальних складів покриття електродів, які відповідають вимогам до виконання мокрого підводного зварювання в усіх просторових положеннях багатопрохідних стикових швів. Напрямок 1 - при такій зміні співвідношень інгредієнтів збільшується схильність до утворення зварних валиків трикутної форми, утворення твердої керамічної шлакової корки із схильністю до заклинювання при багатошаровому зварюванні стикових з’єднань, збільшення коефіцієнту посилення зварних валиків, погрублення лускатості, утворення дефектів у вигляді підрізів, шлакових включень при зварюванні багатопрохідних швів. Напрямок 2 - при такій зміні співвідношень інгредієнтів збільшується схильність до утворення твердої керамічної шлакової корки, високих нерівномірних груболускатих, а зрештою литих валиків округлої форми, погіршується відділення шлакової корки, з’являються великі краплі поряд зі швом, зростає напруга дуги, режим стає нестійким. Напрямок 3 - при такій зміні співвідношень інгредієнтів збільшується схильність до утворення валиків з малим коефіцієнтом посилення, дрібнолускатою поверхнею та плавним переходом до поверхні основного металу, або попередньо наплавлених валиків, перенос розплавленого металу набуває дрібнокрапельного характеру, спостерігається утворення аморфноподібного шлакового покриття наплавлених валиків, яке легко видаляється щіткою, можливість якісного зварювання у просторових положеннях, відмінних від нижнього, обмежується. Таким чином межі вмісту флюориту, рутилового концентрату та окису заліза, а також їх співвідношення в покритті електроду, що пропонується в якості винаходу, визначено в ході дослідження шлакової системи CaF2-ТіO2-FeO і відповідає значенням області А оптимальних складів системи. З метою поліпшення стабілізації дугового проміжку та забезпечення сталого горіння дуги, як прямої, так і зворотної полярності, а також певного збільшення коефіцієнта форми, в покриття введено магнезит (у вигляді магнезиту металургійного), що також практично припиняє розбризкування. Введення магнезиту в кількості, 81058 6 яка перевищує прийняту межу, призводить до огрубления лускатості валиків і нерівномірності їх по висоті. Окис заліза при введенні в шлакову систему CaF2-ТіO2 знижує температуру її плавлення, а також коефіцієнт поверхневого натяжіння, чим сприяє утворенню валиків з дрібнолускатою поверхнею і плавними переходами до основного металу або металу попередньо наплавлених валиків. Введення в покриття пропонованого електроду FeO в кількості меншій від заявленої, призводить до утворення „горбатих” валиків. Перебільшення кількості FeO за пропоновану межу сприяє утворенню легкоплавких шлаків, які унеможливлюють якісне формування вертикальних і стельових швів. Введення FeO в пропонованій кількості в присутності фториду кальцію спричиняє утворення фторидів заліза, що також забезпечує додаткове зниження дифузійного водню в наплавленому металі. Введення польового шпату в зазначених межах спричиняє утворення достатньо щільної шлакової корки і сприяє поряд з магнезитом стабілізації дугового проміжку. Збільшення польового шпату над вказану межу призводить до утворення більш рідкоплинних шлаків великої маси, що утруднює зварювання в просторових положеннях. Феросиліцій забезпечує перехід необхідної кількості марганцю в наплавлений метал. Але перебільшення його вмісту вище пропонованої межі призводить до зростання внутрішньокристалітної ліквації в аустенітному металі, внаслідок чого відбуваєтьсязбагачення кремнієм зовнішніх шарів дендритів. При цьому знижується критична швидкість деформування аустенітного металу швів та їх стійкість проти утворення гарячих тріщин. Склад зварювального дроту було вибрано із наступних міркувань. Недостатній рівень легування (Niекв.