Електрод для зварювання вуглецевих котельних сталей аграрнопереробного і харчового призначення

Реферат: Електрод для зварювання котельних вуглецевих сталей аграрнопереробного і харчового призначення трубопровідних конструкцій містять шихти покриття з наступними компонентами у співвідношенні, % мас.: слюда синтетична 4; мармур 29; плавиковий шпат 22; польовий шпат 7; феросиліцій - 6; карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) - 1; феромарганець 4; феротитан 7; залізний порошок 19.У процесі виготовлення електродного покриття в шихту вводять молібден у вигляді дисперсного порошку в кількості 1 % до маси шихти. UA 120835 U (12) UA 120835 U UA 120835 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до харчової і аграрнопереробної промисловості, а саме до зварювання вуглецевих котельних сталей марок 10К, 15К, 20К і 25К. Прототипом с зварювальні електроди (Авторське свідоцтво на винахід за № 1250431 "Состав электродного покрытия" автори: Походня І.К., Макаренко В.Д., Горпенюк В.М, Ігнатченко П.В., Ковальков В.М, Носков І.Г., Геймур В.В., Карманов В.І. Ворошило B.C., Тюльпа Л.І. Заявка № 3858938; зареєстрована в Государственном реєстрі винаходів СРСР від 15.04.1986; кандидатська дисертація Макаренко В.Д. "Исследование и разработка универсальных электродов с улучшенными сварочно-технологическими свойствами". - таблица 33; страница 154. - Киев: ИЭС им. E.O. Патона ПАНУ, 1984. – 224 стр.), які вміщують в своєму покритті наступні шихтуючі матеріали, % мас: Слюда синтетична - 4; мрамор - 29; Плавиковий шпат - 22; Польовий шпат - 7; Феросілицій - 6; Карбоксіметилцелюлоза (КМЦ) - 1; Феромарганець - 4; Феротітан - 7; Залізний порошок - 20. В якості електродного дроту використовується дріт марки Св-08А, а зв'язуючим шихти служить калій-натрійова силікатна глиба в кількості 12 % до ваги сухої шихти. Недоліком такого електроду є те, що зварюванні з'єднання вуглецевих котельних сталей, із яких виготовляють паропроводи, трубопроводи для транспортування гарячої та холодної води, аміакопроводи, теплообмінники охолоджуючих систем та інше обладнання, експлуатуємо в умовах корозійно-агресивних технологічних середовищ, при знакозмінних температурно-баричних режимах аграрнопереробних та харчових виробництв, в процесі експлуатації таких конструкцій здебільшого передчасно руйнуються, що визвано, як встановлено практикою та дослідженнями, їх низькою корозійно-механічною тріщиностійкістю. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення якості зварювальних з'єднань трубопровідних конструкцій та обладнання харчової і аграрнопереробної промисловості. Поставлена задача вирішується тим, що для підвищення якості зварювального з'єднання використовують зварювальні електроди з покриттям наступного складу, % мас: Слюда синтетична - 4; мармур - 29; плавиковий шпат - 22; польовий шпат - 7; феросиліцій - 6; карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) - 1; феромарганець - 4; феротитан - 7; залізний порошок - 19. Згідно корисної моделі, в процесі підготовки електродного покриття в шихту вводять молібден у вигляді дисперсного порошку в кількості 1 % до маси шихти. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Відомо, що легування металу шва молібденом можна здійснювати як через покриття, так і через електродний стержень. Хоча легування через дріт з металургійної точки зору краще (більш високий коефіцієнт переходу легуючих елементів у зварювальну ванну), однак внаслідок високої трудоємкості виготовлення спеціально легованого зварювального дроту, а також схильності легованих стержнів до перегріву при зварюванні із-за підвищеного питомого електричного спротиву (добавка 0,2-0,4 % Мо в зварювальний дріт Св-08А збільшує його питомий електричний спротив в 1,4-1,6 рази), нами був вибраний другий шлях - легування металу шва через електродне покриття. Результати випробувань механічних властивостей метала шва, отриманих при зварюванні опитними електродами, показали, що зі збільшенням вмісту молібдену від 0,2 до 0,4 % в наплавленому металі ударна в'язкість зварних швів на зразках з напівкруглим надрізом (типу Менаже) при від'ємних температурах (-10…-30 °C) підвищується приблизно в 1,5-2 рази. При цьому декілька збільшуються міцнісні й пластичні характеристики наплавленого металу. Як показали наші дослідження, легування метала шва молібденом дозволяє покращити й інші широко використовувані в механіці руйнування конструкцій характеристики в'язкості 1//2 наплавленого метала, зокрема параметри критичної інтенсивності напружень (K 1c, МПа·м ) і критичного розкриття тріщини (δс, мм), які характеризують спротив метала шва розкриттю тріщини. Гак, встановлено, що метал зварних швів, легований молібденом (0,2-0,4 %), мас більші значення коефіцієнтів K1c. і δс у діапазоні зміни температур (і 20 до -50 °C), чим основний метал (сталь 20К), тобто характеризується більш високим спротивом руйнуванню. Найбільш високі значення критичної величини коефіцієнта інтенсивності напружень K 1c. і коефіцієнта розкриття тріщини с отримані для зварних швів з концентрацією молібдену, рівною 0.2-0.3 %. Покращення механічних властивостей, зокрема, ударної в'язкості і параметрів в'язкості руйнування метала шва, легованого молібденом, можна пояснити його сприятливим впливом на структурну і хімічну неоднорідність наплавленого метала. Для оцінки ступені цього впливу стосовно електродів з основним покриттям, і проводилися додаткові дослідження за допомогою сучасних методів металографічного аналізу. 1 UA 120835 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Структуру метала шва вивчали на растровому електронному мікроскопі моделі "JSM-35CF" (фірма "Джеол", Японія). Легування метала шва молібденом в кількості 0.2-0.4 % визиває наступні зміни в мікроструктурі метала (центральна зона шва): а) значно зменшилися розміри як бейнітних зерен, так і його карбідів, зокрема: діаметр зерна 100 200 мкм (0.2 % Мо) і 200-300 мкм (0.4 % Мо); б) зменшилася ширина доевтектоідного ферита - 4-6 мкм (0,2 % Мо) і 6-9 мкм (0,4 % Мо); в) зменшилася товщина карбідів бейніту - 3-6 мкм (0,2 % Мо) і 5-8 мкм (0.4 % Мо). Крім того, при легуванні металу молібденом в кількості 0.2 % встановлено роздріблення доевтектоідного ферита на субзерна (діаметром 8-12 мкм). Встановлено також, що сульфіди в зварних швах, легованих молібденом, складаються із з'єднань сірки з марганцем глобулярної форми діаметром ~ 4-6 мкм. Отже, в даному випадку зв'язування сірки в з'єднання MnS знижує ймовірність утворення легкоплавкої евтектики Мо - MoS, що, як відомо, сприяє підвищенню стійкості зварних швів проти утворення гарячих тріщин. Встановлена якісна закономірність в зміні структури наплавленою металу зварювального з'єднання в залежності від ступеня легування його молібденом, підтверджується кількісними металографічними експериментальними даними. Так встановлено, що в металі зварювального шва мікродобавка молібден визиває зменшення протяжності стовпчатих дендритів, причому одночасно зменшується їх ширина. Зокрема, із збільшенням концентрації молібдену в металі до 0.4 % протяжність дендритів зменшується приблизно в 1,5-2,5 рази, а ширина їх в 1,5-2 рази. Так, коли довжина (ℓ) і ширина (h) дендритів метала швів, не вміщуючих молібден, складає 4,7-5,6 мм і 3,7-3,9 мкм відповідно, то при легуванні мікродобавкою молібден в об'ємі 0,25 % стовпчаті дендрїти мають такі параметри: ℓ=3-3,7 мм і h=25-3 мкм. Слід зауважити, що одночасно мікродобавка молібдену позитивно впливає на роздріблення рівновісних дендритів. Зокрема, із збільшенням вмісту в наплавленому металі молібдену, наприклад з 0,1 до 0,25 %, діаметр дендритів зменшується від 30-36 до 18-22 мкм, тобто значення діаметра дендритів скорочуються в середньому в 1,5-2,0 раза. Слід зауважити, що оптимальний вміст легуючої мікродобавки молібдену слід вибирати, виходячи одночасно не тільки з впливу молібдену на розмір структурних складових, але, саме головне, з іі впливу па корозійно-механічні властивості метала зварювального шва. Рентгеноспектральний мікроаналіз, виконаний на мікроаналізаторі системи "ORTEC" (СІІІА), показав, що молібден майже не зв'язується з неметалевими включеннями, а утворює переважно твердий розчин з феритом. Підвищення корозійно-механічної тріщиностійкості в результаті легування шва молібденом обумовлено не тільки роздрібленням структури метала шва, але і впливом молібдену на дислокаційну структуру феритної матриці і бейнітних пакетів. Молібден, який входить в склад бейнітних пакетів, знижує їх твердість, тим самим сприяє пластичній деформації. Результати випробувань на корозійне сульфідне розтріскування, проведені згідно Стандарту Міжнародної організації корозійностів NACH ТМ-01-77, показали, що вміст молібдену в об'ємі 0.2-0.4 % сприятливо впливає на стійкість метала проти сульфідного розтріскування, причому ця тенденція проявляється так же, як і при дослідженнях на тріщиностійкість метала шва (параметри] K1c і с). Така аналогія не випадкова і свідчить про те, що мікролегування метала зварювального шва молібденом сприяє отриманню чистої по неметалевим включенням (сульфіди і оксисульфіди) структури і гальмуванню процесів зародження і росту мікротріщин корозійного характеру. Таким чином, пропоновані ознаки в сполученні з раніше відомими дозволять отримати новий позитивний ефект, що полягає в підвищенні експлуатаційного безаварійного ресурсу зварювальних з'єднань трубопровідних конструкцій та паропроводів теплоенергетичних апаратів харчової і аграрнопереробної промисловості. Пропонуємий зварювальний електрод реалізується на практиці наступним чином. В процесі виготовлення електродів в заводських умовах в шихту покриття наступного складу, % мас: Слюда синтетична - 4; мармур - 29; плавиковий шпат - 22; польовий шпат - 7; феросиліцій - 6; карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) - 1; феромарганець - 4; феротитан - 7; залізний порошок - 19, частково добавляють замість залізного порошку молібден у порошкоподібному вигляді в кількості 1 % від маси шихти. При зварюванні такими електродами молібден, позитивно впливаючий на мікроструктуру наплавленого метала з одночасним роздрібленням неметалевих включень, забезпечує високу корозійно-механічну стійкість метала зварювального (шва проти утворення тріщин та інших недопустимих дефектів, а, тим самим, підвішує експлуатаційну надійність і довговічність зварного стику в процесі експлуатації трубних конструкцій в умовах хімічно-агресивних середовищ агропереробних і харчових виробництв. 2 UA 120835 U 5 Технічний результат полягає в наступному. Введення в шихту електродного покриття молібдену в кількості 1 % дозволить, за рахунок позитивного впливу на мікроструктуру та неметалеві включення, неуможливлювати утворення мікротріщин та інших недопустимих дефектів в процесі зварювання металу, що сприятиме підвищенню працездатності і експлуатаційної надійності зварних з'єднань трубопровідних конструкцій в корозійно-агресивних середовищах аграрнопереробних і харчових виробництв. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Електрод для зварювання котельних вуглецевих сталей аграрнопереробного і харчового призначення трубопровідних конструкцій, що містять шихти покриття з наступними компонентами у співвідношенні, % мас.: слюда синтетична 4; мармур 29; плавиковий шпат 22; польовий шпат 7; феросиліцій - 6; карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) - 1; феромарганець 4; феротитан 7; залізний порошок 19, який відрізняються тим, що в процесі виготовлення електродного покриття в шихту вводять молібден у вигляді дисперсного порошку в кількості 1 % до маси шихти. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3