состав электродного покрытия

Формула изобретения

1. Состав электродного покрытия для изготовления электродов типа Э-46 для сварки конструкций из углеродистых сталей, содержащий карбонат, органический газообразователь, минерал из группы силикатов, титансодержащий минерал, марганецсодержащий компонент, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гематит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Гематит	8-20
Карбонат	10-15
Минерал из группы
силикатов	12-22
Марганецсодержащий компонент	10-20
Титансодержащий минерал	20-55
Органический газообразователь	2-5

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерала группы силикатов он содержит слюду, или полевой шпат, или кварцевый песок.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве титансодержащего минерала содержит ильменит или титансиликат.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве марганецсодержащего компонента содержит силикомарганец или порошок легированной стали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сварке, а именно к электродным покрытиям для изготовления покрытых электродов, и может быть использовано для сварки ответственных конструкций из углеродистых сталей с временным сопротивлением разрыву до 50 кгс/мм² (490 МПа).

Для сварки вышеуказанных сталей наибольшее распространение получили электроды с покрытием на основе рутилового концентрата, однако его высокая стоимость требует поиска новых композиций покрытия электродов.

Наиболее близким к заявляемому составу является электродное покрытие (а.с. № 841873 от 30.01.81 г.), которое содержит следующие компоненты (мас.%):

Мрамор	5-15
Полевой шпат	10-18
Каолин	5-12
Ферромарганец	12-18
Целлюлоза	1-2
Оксиды РЗМ	1-10
Ферросилиций	0,5-6
Ильменитовый концентрат	остальное

Такой состав обеспечивает широкий диапазон рабочих токов, однако металл шва сильно загрязнен неметаллическими включениями.

Цель изобретения - снизить содержание неметаллических включений в металле шва.

Для достижения поставленной цели в состав электродного покрытия для сварки углеродистых сталей, содержащий карбонат, органический газообразователь, минерал из группы силикатов, титансодержащий минерал, марганецсодержащий компонент, дополнительно введен гематит при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Гематит	8-20
Карбонат	10-15
Минерал из группы
силикатов	12-22
Марганецсодержащий
компонент	10-20
Титансодержащий
компонент	20-55
Органический
газообразователь	2-5

Для проведения испытаний в качестве конкретных компонентов покрытия взяты: карбонат-мрамор или магнезит; марганецсодержащий компонент-силикомарганец марки СМн17, или СМн22, или СМн26.

В качестве минерала из группы силикатов взяты слюда, или тальк, или нефелин, или полевой шпат.

В качестве органического газообразователя взяты крахмал, или целлюлоза, или лигнин.

Введение в покрытие электрода в определенном массовом соотношении гематита снизило содержание неметаллических включений в металле шва и повысило его ударную вязкость.

Достижение поставленной цели объясняется тем, что неметаллические включения в шве, главным образом это комплексные оксиды продуктов раскисления кремния, марганца, алюминия и титана, разрушаются кислородом гематита. Например, включения кварца (SiO₂) и корунда (Аl ₂О₃), попадая в сварной шов из покрытия электрода, не успевают всплыть на поверхность сварочной ванны в процессе сварки из-за малого времени существования ванны в жидком состоянии.

Поступая в металл шва, эти включения взаимодействуют с FeO (продукт диссоциации гематита), образуя более сложные и обычно более легкоплавкие оксидные включения, переходящие в шлаковую фазу. Это способствует значительному снижению количества неметаллических включений в шве.

Заявляемый состав электродного покрытия по своим свойствам отличается от прототипа и обеспечивает достижение высокого положительного эффекта - снижение количества неметаллических включений в металле шва и повышение его ударной вязкости.

При разработке покрытия были подготовлены и испытаны 6 вариантов покрытия, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1
Наименование	Содержание, % мас.
1	2	3	4	5	6
Карбонат
MgCO3	10	13	16	-----	------	------
СаСО3	-----	-----	-----	10	13	16
Гематит	8	14	20	8	14	20
Минерал из группы силикатов
кварцевый песок	12	17	22	------	-----	------
полевой шпат	----	----	-----	12	17	22
Марганецсодержащий компонент
силикомарганец	10	15	20	----	-----	------
ферромарганец	-----	-----	-----	10	15	20
Титаносодержащий минерал
ильменит	55	46,5	20	-----	-----	-----
титаносиликат	----	-----	-----	55	46,5	20
Органический газообразователь
целлюлоза	5	4,5	2	----	-----	------
лигнин	----	----	-----	5	4,5	2

При изготовлении электродов в качестве связующего использовали жидкое калиево-натриевое стекло. Покрытие наносилось на стержни проволок Св08А диметром 4 мм методом опрессовки.

При сварке в качестве источника питания дуги использован трансформатор ТД-500. Сила сварочного тока составляла 180-200 А. Перед сваркой электроды прокаливали при температуре 180°С в течение 90 мин. Количество неметаллических включений определяли путем электролитического растворения металла шва.

Полученные данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 Количество неметаллических включений в металле шва электродов.
Варианты	Количество неметаллических включений к весу металла шва, %	Механические свойства
в, МПа	, %	О н, Дж/см2
Прототип (а.с. 841873)	0,048	450-480	18-20	70-140
1	0,020	460-480	24-28	140-160
2	0,014	480-500	26-28	145-150
3	0,015	465-475	22-24	148-156
4	0,022	470-490	24-28	142-154
5	0,021	460-500	26-27	141-152
6	0,023	480-510	25-28	148-155

Испытания показали, что снижения содержания карбонатов менее 10 мас.% снижает защитные свойства шлаковой фазы, а увеличение свыше 15 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение содержания гематита более 20 мас.% затрудняет формирование шва в вертикальном и потолочном положениях пространства, а снижение менее 8 мас.% снижает механические свойства металла шва.

Увеличение количества минерала из группы силикатов более 22 мас.% резко увеличивает вязкость шлака и нарушает формирование, а менее 12 мас.% не оказывает необходимого влияния на свойства шлака.

Увеличение титаносодержащего минерала свыше 55 мас.% нарушает стабильность горения дуги, а снижение менее 20 мас.% нарушает формирование шва. Увеличение органического газообразователя свыше 5 мас.% приводит к сильному разбрызгиванию, а снижение менее 2 мас.% нарушает защиту расплавленного металла.

В сравнении с прототипом предлагаемый состав покрытия обеспечивает низкое содержание неметаллических включений в металле шва и высокую ударную вязкость.

Состав покрытия содержит низкотоксичные, сравнительно недорогие и недефицитные компоненты и весьма технологичны в изготовлении.