Склад електродного покриття

Реферат: UA 78153 U UA 78153 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до області зварювального виробництва, зокрема до складу електродних покриттів, які використовуються для зварювання вуглецевих та низьколегованих конструкційних сталей. У зварювальному виробництві відомі склади рутилових, рутилкарбонатних, рутилалюмосилікатних та ільменітових покриттів, наприклад електродів марок АНО-4, МР-3, ОЗС-4, АНО-21, АНО-6 та ін., а також склади електродних покриттів по авторських свідоцтвах [1-3], які вміщують рутиловий та ільменітовий концентрат, карбонати металу (мармур, магнезит), різні алюмосилікати (польовий шпат, слюду, тальк), соду, феромарганець, органічні речовини (целюлозу, крохмаль, деревинне борошно), калієво-натрієве рідке скло та інші компоненти. Найбільш близьким по складу компонентів до складу, що заявляється, і взятий як прототип, є термітний зварювальний склад [4], що містить наступні компоненти, мас. %: алюміній 20-25, титан 1-5, стеарат цинку 0,3-1,0, принаймні один гідрид металу, вибраного з групи, що містить цирконій, нікель, лантан-нікелевий сплав LaNi5 0,1-1,0, оксид тривалентного заліза - решта. Технічним результатом від використання винаходу є підвищення міцності зварного шва. Недоліком аналогічних електродів і термітних сумішей, у тому числі і прототипу, є недостатньо стабільне запалювання електрода, що ускладнює зварювання в монтажних умовах при зварювання коротких швів у різних просторових положеннях. Основними причинами неможливості виконання цих умов, є недосконала система розкиснення і газошлакова система покриття електродів, що не дозволяє отримати якісний метал шва і стабільне запалювання дуги при зварюванні на монтажі короткими швами. Задачею корисної моделі є створення електрода для зварювання низьковуглецевих і низьколегованих сталей в монтажних умовах, при використанні джерел змінного струму з малою силою струму і напругою холостого ходу 50 В, що забезпечуються за рахунок зміни системи розкиснення, шлакової і газової системи захисту металу шва компонентами електродного покриття. Поставлена задача вирішується тим, що для оптимізації системи розкиснення і газошлакової системи покриття в його склад, що містить гематит, додатково вводять феромарганець, феротитан, тальк, глину, соду, доломіт і деревинне борошно, при наступному співвідношенні компонентів покриття, в мас. %: гематит 25-30 феромарганець 12-18 феротитан 8-12 тальк 8-12 глина 4-6 сода 0,5-1,0 доломіт 27-32 деревинне борошно 1-4,5. Новим, у порівнянні з прототипом, є введення до складу покриття феромарганцю 12-18 %, феротитану 8-12 %, тальку 8-12 %, глини 4-6 %, соди 0,5-1,0 %, доломіту 27-32 % і деревинного борошна 1-4,5 %. Істотність відмін складу покриття, що заявляється, полягає в використанні в ньому феротитану в кількості 8-12 %, як розкиснювача і шлакоутворювача електродного покриття, що забезпечує додаткове розкиснення металу шва, підвищення його якості і стабільне повторне запалювання дуги за рахунок протікання термітної реакції з виділенням додаткового тепла, що йде на підігрів електрода: Ti+Fe2O3=TiO2+Fe+Q. Крім того, новим є введення до складу покриття електродів феромарганцю 12-18 %, тальку 8-12 %, глини 4-6 %, соди 0,5-1,0 %, доломіту 27-32 % і деревинного борошна 1-4,5 %. При введенні феротитану в кількості менше 8 % не забезпечується достатній термітний ефект підігріву електрода. При введенні феротитану у склад покриття в кількості більше 12 % спостерігається збільшення вмісту вуглецю в наплавленому металі понад 0,12 %, що може привести до утворення гарячих тріщин в металі шва, а також пороутворення за рахунок окиснення вуглецю у зварювальній ванні, з виділенням CO. Доломіт вводяться до складу покриття в кількості 27-32 %. Він належить до групи карбонатів металу. У процесі нагрівання карбонатів у електродному покритті, при плавленні електрода, протікає їх ступінчаста дисоціація. При досягненні температур 500 °C і 900 °C протікають реакції з виділенням вуглекислого газу: 1 UA 78153 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 СаСО3 → СаО + CO2 MgCO3 → MgO + CO2. Вуглекислий газ, що виділяється, забезпечує надійний захист розплавленого металу від взаємодії з атмосферним повітрям. Це забезпечує підвищення механічних властивостей металу шва. Шлак, що утворюється при дисоціації карбонатів мергелю і вапняку, вміщує основні оксиди СаО і MgO. Вони надійно захищають розплавлений метал від окиснення, сприяють очищенню його від сірки, полегшують відокремлення шлаку і покращують формування металу шва. Введення доломіту до складу покриття у кількості менше 27 % не забезпечує надійного газового захисту металу шва, погіршує відокремлення шлаку, знижує пластичні властивості наплавленого металу. При введенні доломіту у кількості більше 32 % відбувається підвищення основності шлаку, що погіршує формування металу шва і сприяє утворенню пор, зокрема у кратерах зварних швів. Глину вводять до складу електродного покриття у кількості 4-6 %, і застосовують як шлакоутворюючий компонент, що підвищує в'язкість шлаку, його укривну здатність, крім того глина підвищує напругу зварювальної дуги, що покращує формування зварних швів. Тальк являє собою мінерал, який складається з водного алюмосилікату кальцію і натрію. Використання тальку у складі електродного покриття дає технологічний ефект комплексного введення силікату, що забезпечує підвищення зварювально-технологічних властивостей електродів. Введення тальку в кількості менше 8 % не забезпечує стійкості металу шва проти пористості, зменшує продуктивність зварювання. При введенні тальку у кількості більше 12 % значно підвищується в'язкість шлаку, зростає тугоплавкість покриття і розбризкування електродного металу. Феромарганець вводять до складу покриття у кількості 12-18 %, як основний розкиснювач зварювальної ванни і легуючий елемент. Він є самим дешевим і розповсюдженим розкиснювачем у зварювальних електродах кислого виду. При введенні феромарганцю до складу покриття у кількості менше 12 % не забезпечується повне розкиснення зварювальної ванни, що може бути причиною пористості і низьких механічних властивостей металу шва. Ведення феромарганцю у кількості більше 18 % погіршує санітарно-гігієнічні характеристики електродів за рахунок підвищеного вмісту оксидів марганцю у зварному аерозолі. Крім того, значно знижуються пластичні характеристики наплавленого металу. Гематит (Fe2O3) являє собою залізну руду і вводиться до складу електродного покриття у кількості 25-30 % як шлакоутворюючий компонент, що забезпечує текучість шлаку, покращення його відокремлення і формування металу шва. Вміст гематиту у кількості менше 25 % не забезпечує покращення текучості шлаку, легкого його відокремлення і якісного формування шва. При введенні гематиту у кількості більше 30 % спостерігається підвищена текучість шлаку, що ускладнює зварювання у вертикальному і стельовому положенні, зростає окислення марганцю у зварювальній ванні, яке призводить до зниження механічних властивостей металу шва. Як компонент, що покращує опресовувальні властивості покриття, підвищує стабільність горіння дуги, а також утворює шлак, до складу покриття введено соду у кількості 0,5-1,0 %. При введенні соди у кількості менше 0,5 % погіршується технологічність виготовлення електродів, нанесення покриття потребує підвищення тиску у гідравлічній системі преса. Крім того, погіршується стабільність горіння дуги, а недостатня кількість кристалізаційної води в покритті викликає виникнення водневої пористості металу шва. Вміст соди у кількості більше 1,0 % надмірно підвищує в'язкість шлаку, збільшує розбризкування електродного металу без подальшого покращення якості металу шва. Як речовина, яка покращує газовий захист розплавленого металу, використовується деревинне борошно у кількості 1-4,5 %. Крім того, деревинне борошно при згоранні в покритті підвищує стабільність повторного запалювання дуги за рахунок утворення на торці електрода деревинного вугілля, яке має низький потенціал іонізації і високу електропровідність. При введенні деревинного борошна у кількості менше 1 % не забезпечується якісний газовий захист зварювальної ванни і не забезпечується стабільність повторного запалювання зварювальної дуги. Вміст деревинного борошна у кількості більше 4,5 % викликає надмірне виділення газів, що призводить до розбризкування електродного металу, збільшує виділення зварювального аерозолю, який погіршує санітарно-гігієнічну характеристику електродів. 2 UA 78153 U 5 10 15 20 25 30 Таким чином, введення перерахованих компонентів і запропоноване певне співвідношення компонентів покриття забезпечує отримання надсумарного ефекту, що виразився у покращенні зварювально-технологічних властивостей електродів і механічних властивостей наплавленого металу (табл. 2, 3). Технологія виготовлення електродів зі складом покриття, що заявляється, не відрізняється від відомої, яка використовується для аналогічних електродів. У якості електродних стрижнів використовується зварювальний дріт по ГОСТ 2246 марки Св-08, або Св-08А. Було виготовлено і випробувано 5 варіантів електродів зі складом покриття, що заявляється, і прототип. Варіанти складу покриття виготовлених електродів діаметром 3 мм наведені у табл. 1. Зварювання пластин із сталі ВстЗсп проводилось у нижньому положенні на змінному струмі силою 60-80 А, у відповідності до вимог ГОСТ 9466. Механічні властивості наплавленого металу визначались на зразках у відповідності до ГОСТ 6996. Результати випробування зварювально-технологічних властивостей і механічних характеристик наплавленого металу приведені в табл. 2, 3. У результаті випробувань зварювально-технологічних властивостей електродів і механічних характеристик наплавленого металу встановлено, що оптимальний склад покриття мають електроди 2, 3, 4 варіантів, які мають найкращі результати. Склади електродних покриттів варіантів 1 і 5, що вміщують відповідно занижену і завищену кількість заявлених компонентів не забезпечують досягнення вказаного технічного завдання. Високі зварювально-технологічні властивості електродів дозволяють виконувати зварювання відповідальних конструкцій із вуглецевих і низьколегованих сталей на постійному і змінному струмі при використанні джерел живлення з напругою холостого ходу 50 В, а також виконувати монтажні шви у всіх просторових положеннях без утворення дефектів. При цьому забезпечуються необхідні механічні характеристики наплавленого металу, що перевищують вимоги до електродів типу Э46 по ГОСТ 9467 і підвищена продуктивність. Крім того, використання термітного ефекту дозволяє вдвічі зменшити силу струму, що значно зменшує витрату електроенергії при зварюванні. Джерела інформації: 1. Патент Р. Ф. N 1130445 по кл. В 23 К 23/00 от 13.12.84. 2. А.с. СССР, N 967740 по кл. В 23 К 23/00 от 20.04.81 3. А.с. СССР, N 508382 по кл. В 23 К 23/00і от 17.10.73 4. Патент Р. Ф. N 2134185 по кл. В 23 К 23/22 от 16.09.97. Таблиця 1 Компоненти покриття Гематит Феромарганець Феротитан Тальк Глина Сода Доломіт Деревинне борошно Алюміній Стеарат цинку Гідрид металу, що містить цирконій Склади електродних покриттів, мас. % Прототип 1 2 3 4 5 73 21 25 28 30 32 11 12 15 18 20 13 12 10 8 7 13 12 10 8 7 7 6 5 4 3 1,5 1,0 0,7 0,5 0,4 33 32 29 27 26 0,5 1 2,3 4,5 4,6 25 1,0 1,0 35 3 UA 78153 U Таблиця 2 Варіант покриття Прототип 1 2 3 4 5 Розривна довжина дуги, мм 20 21 25 28 26 22 Зварювально-технологічні властивості Стабільність горіння Формування шва при напрузі 50 В Задовільне Низька Добре Середня Відмінне Висока Відмінне Висока Відмінне Висока Добре Середня Наявність дефектів на 100 мм шва Пори - 2 шт. Зашлаковка - 1 шт. Нема Нема Нема Пори - 1 шт. Таблиця 3 Варіант електрода Прототип 1 2 3 4 5 Механічні властивості наплавленого металу 2 KCU, Дж/см в, МПа , % 485 27 145 480 28 135 490 28,5 140 495 30 150 498 29 145 486 27,5 138 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Склад електродного покриття, що містить гематит, який відрізняється тим, що додатково містить феромарганець, феротитан, тальк, глину, соду, доломіт і деревинне борошно при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: гематит 25-30 феромарганець 12-18 феротитан 8-12 тальк 8-12 глина 4-6 сода 0,5-1,0 доломіт 27-32 деревинне борошно 1-4,5. 10 Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4