RU2049638C1

RU2049638C1 - Electrode coating for welding low-carbon steels

Info

Publication number: RU2049638C1
Application number: RU93056028A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Бороненков; Н.П. Боровинская; Ю.Д. Брусницин; Б.А. Кулишенко; А.В. Пряхин; А.С. Табатчиков; В.И. Шумяков
Original assignee: Свердловская Ассоциация сварщиков
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-12-10

Abstract

FIELD: welding equipment. SUBSTANCE: electrode coating contains rutile, titanic iron ore concentrate, marble, cellulose, kaoline, powdered iron, dunite, manganese-titanium alloy and manganese slag with the following component content, by weight: rutile 18-24; titanic iron ore concentrate 18-24; dunite 7-15; kaoline 12-18; manganese-titanium alloy 10-15; manganese slag 4-14; marble 4-8; cellulose 1-3; powdered iron 1-4. Manganese-titanium alloy contains, by weight: manganese 25-30; titanium 8-40; aluminum 6-8; silicon 8-15; carbon ≅ 0,3 0.3; sulfur ≅ 0,02 0.02; phosphor ≅ 0,4 0.4; chromium ≅ 3 3; copper ≅ 3 3; iron the balance. Manganese slag contains oxides, by weight, of manganese 10-30; silicon 28-33; calcium 20-35; magnesium 10-25; aluminum 3-5; iron ≅ 1,5 1.5; phosphor ≅ 0,02 0.02. EFFECT: increased efficiency and improved quality of welding. 1 tbl

Description

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к электродным материалам, и может быть применено для ручной электродуговой сварки низкоуглеродистых сталей с пределом прочности до 500 МПа. The invention relates to welding production, in particular to electrode materials, and can be used for manual arc welding of low carbon steels with a tensile strength of up to 500 MPa.

Известно электродное покрытие [1] для низкоуглеродистых сталей, содержащее, мас. Рутиловый концентрат 25-35 Мрамор 18-20 Тальк 8-12 Ферромарганец 14-17 Каолин 3-5 Целлюлоза 1,5-2,0
Дистен-силлиманитовый концентрат 1-3 Ильменитовый концентрат 15-25 Железный порошок До 50
Основным недостатком известного электродного покрытия является то, что практически весь марганец, содержащийся в ферромарганце, переходит в шлак и сварочные аэрозоли. Кроме того, это покрытие имеет высокую себестоимость за счет применения в его составе дорогостоящих и дефицитных компонентов: рутила и ферромарганца, которые составляют до 50% состава покрытия.Known electrode coating [1] for low carbon steels, containing, by weight. Rutile concentrate 25-35 Marble 18-20 Talc 8-12 Ferromanganese 14-17 Kaolin 3-5 Cellulose 1.5-2.0
Distene-sillimanite concentrate 1-3 Ilmenite concentrate 15-25 Iron powder Up to 50
The main disadvantage of the known electrode coating is that almost all of the manganese contained in ferromanganese passes into slag and welding sprays. In addition, this coating has a high cost due to the use of expensive and scarce components in its composition: rutile and ferromanganese, which make up up to 50% of the coating composition.

Наиболее близким является состав электродного покрытия [2] для сварки низкоуглеродистых сталей, который содержит, мас. Рутил 26-32 Ильменит 14-32 Мрамор 4-7 Ферромарганец 6-10 Целлюлоза 9-15 Каолин 4-7 Карбоксиметилцел- люлоза 1-2 Железный порошок Остальное
По сравнению с предыдущим это электродное покрытие позволяет повысить глубину проплавления свариваемых кромок при сварке вертикальных швов, однако себестоимость покрытия также высокая.The closest is the composition of the electrode coating [2] for welding low carbon steels, which contains, by weight. Rutile 26-32 Ilmenite 14-32 Marble 4-7 Ferromanganese 6-10 Cellulose 9-15 Kaolin 4-7 Carboxymethyl cellulose 1-2 Iron powder
Compared with the previous one, this electrode coating allows to increase the penetration depth of the welded edges when welding vertical welds, however, the cost of coating is also high.

Целью изобретения является снижение стоимости электродного покрытия и улучшение санитарно-гигиенических условий. The aim of the invention is to reduce the cost of electrode coatings and improve sanitary conditions.

Это достигается тем, что электродное покрытие для сварки низкоуглеродистых сталей, состоящее из рутила, ильменитового концентрата, мрамора, целлюлозы, каолина, марганцевосодержащего компонента и железного порошка, согласно изобретению дополнительно содержит дунит, а марганцевосодержащий компонент введен в виде марганцево-титанового сплава и марганцовистого шлака при следующем соотношении компонентов, мас. Рутил 18-24
Ильменитовый кон- центрат 18-24 Дунит 7-15 Каолин 12-18
Марганцево-титановый сплав 10-15
Марганцовистый шлак 4-14 Мрамор 4-8 Целлюлоза 1-3 Железный порошок 1-4
При этом марганцево-титановый сплав имеет следующий состав, мас. марганец 25-30; титан 8-40; алюминий 6-8; кремний 8-15; углерод 0,3; сера 0,02; фосфор 0,4; хром ≅ 3; медь ≅ 3; остальное железо, а маpганцовистый шлак состоит из оксидов, мас. марганец 10-30; кремний 28-33; кальций 20-35; магний 10-25; алюминий 3-5; железо 1,5; фосфор 0,02.This is achieved by the fact that the electrode coating for welding low carbon steels, consisting of rutile, ilmenite concentrate, marble, cellulose, kaolin, manganese-containing component and iron powder, according to the invention additionally contains dunite, and the manganese-containing component is introduced in the form of a manganese-titanium alloy and manganese slag in the following ratio of components, wt. Rutile 18-24
Ilmenite concentrate 18-24 Dunit 7-15 Kaolin 12-18
Manganese-titanium alloy 10-15
Manganese slag 4-14 Marble 4-8 Cellulose 1-3 Iron powder 1-4
In this case, the manganese-titanium alloy has the following composition, wt. manganese 25-30; titanium 8-40; aluminum 6-8; silicon 8-15; carbon 0.3; sulfur 0.02; phosphorus 0.4; chrome ≅ 3; copper ≅ 3; the rest is iron, and manganese slag consists of oxides, wt. manganese 10-30; silicon 28-33; calcium 20-35; magnesium 10-25; 3-5 aluminum; iron 1.5; phosphorus 0.02.

Замена ферромарганца марганцево-титановым сплавом позволяет ввести в покрытие такие сильные раскислители как титан, алюминий и кремний, что значительно снижает выгорание марганца. Если в прототипе сгорает около 7% марганца, то в предлагаемом электроде 3,5% что в 2 раза снижает количество марганца в сварочных аэрозолях. Компоненты марганцовистого шлака способствуют оптимальному насыщению сварного шва марганцем при общем уменьшении его в составе покрытия. Replacing ferromanganese with a manganese-titanium alloy allows the introduction of such strong deoxidants as titanium, aluminum and silicon, which significantly reduces the burnout of manganese. If in the prototype about 7% of manganese burns out, then in the proposed electrode it is 3.5%, which reduces the amount of manganese in welding aerosols by 2 times. The components of manganese slag contribute to the optimal saturation of the weld with manganese with a general decrease in its composition.

В прототипе дорогостоящие рутил, ферромарганец и железный порошок содержатся до 65% что составляет 48% от стоимости электродного покрытия. Введение же в состав предлагаемого электродного покрытия марганцево-титанового сплава и отходов производства в виде марганцовистого шлака позволяет снизить стоимость электродного покрытия на 6-9%
Из уровня техники известны покрытия, в которых с целью снижения стоимости применялись отходы производства, где в качестве железосодержащего компонента используют отходы абразивной зачистки проката, где используют окалину железа и шлам производства алюминия. Однако замена дорогостоящих рутила и ферромарганца на марганцево-титановый сплав и марганцовистый шлак не известна.In the prototype, expensive rutile, ferromanganese and iron powder contain up to 65%, which is 48% of the cost of the electrode coating. The introduction of the proposed electrode coating of manganese-titanium alloy and production waste in the form of manganese slag allows to reduce the cost of electrode coating by 6-9%
Coatings are known from the prior art in which production waste was used in order to reduce the cost, where waste of abrasive cleaning of rolled metal is used as an iron-containing component, where iron scale and aluminum sludge are used. However, the replacement of expensive rutile and ferromanganese with manganese-titanium alloy and manganese slag is not known.

Известен также электрод, покрытие которого содержит титаносодержащий сплав, в котором в большом количестве веден титан: 30-35% с целью повышения хладостойкости. В предлагаемом марганцево- титановом сплаве содержится большое количество марганца (25-30%) и раскислителей, что позволяет оптимально легировать сварной шов марганцем при уменьшении его выгорания и перехода в сварочные аэрозоли. An electrode is also known, the coating of which contains a titanium-containing alloy, in which titanium is introduced in large quantities: 30-35% in order to increase the cold resistance. The proposed manganese-titanium alloy contains a large amount of manganese (25-30%) and deoxidizing agents, which makes it possible to optimally alloy the weld with manganese while reducing its burnout and transition to welding sprays.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое электродное покрытие является новым и соответствует изобретательскому уровню. From the foregoing, we can conclude that the proposed electrode coating is new and corresponds to an inventive step.

Газошлаковая система, состоящая из мас. мрамор 4-8; целлюлоза 1-3 дунит 15; каолин 12-18, рутил 18-24, ильменит 18-24, обеспечивает получение швов с мелкочашуйчатой поверхностью, легкую отделяемость шлаковой корки, способствует удалению из наплавленного металла газов и неметаллических включений. При содержании в покрытии мрамора менее 4% происходит ухудшение покрываемости шлаком расплавленного металла, а при введении его более 8% увеличивается температурный интервал кристаллизации шлака. Gas-slag system, consisting of wt. marble 4-8; cellulose 1-3 dunite 15; kaolin 12-18, rutile 18-24, ilmenite 18-24, provides seams with a fine-cup surface, easy separability of the slag crust, helps to remove gases and non-metallic inclusions from the deposited metal. When the content of marble in the coating is less than 4%, the slag coverage of molten metal decreases, and when introduced more than 8%, the temperature interval of slag crystallization increases.

Содержание целлюлозы менее 1% приводит к образованию пор в наплавленном металле и ухудшение пластичности обмазочной массы. Увеличение содержание целлюлозы более 3% приводит к повышенному разбрызгиванию электродного металла. A cellulose content of less than 1% leads to the formation of pores in the weld metal and a deterioration in the ductility of the coating mass. An increase in cellulose content of more than 3% leads to increased spatter of the electrode metal.

Дунит вводится в покрытие для улучшения технологических свойств шлака, имеющего оптимальный температурный интервал кристаллизации. Введение дунита менее 7% приводит к высокой жидкотякучести шлака, а более 15% к появлению неметаллических включений в металле шва из-за увеличения тугоплавкости шлака. Dunite is introduced into the coating to improve the technological properties of slag having an optimal crystallization temperature range. The introduction of dunite less than 7% leads to high slag fluidity, and more than 15% to the appearance of non-metallic inclusions in the weld metal due to an increase in slag refractoriness.

Введение каолина менее 12% не обеспечивает необходимых пластических свойству обмазочной массы, что приводит к ухудшению качества покрытия. При содержании каолина более 18% происходит снижение механических свойств металла из-за появления большого количества неметаллических включений. The introduction of kaolin less than 12% does not provide the necessary plastic properties of the coating mass, which leads to a deterioration in the quality of the coating. When the content of kaolin is more than 18%, the mechanical properties of the metal decrease due to the appearance of a large number of non-metallic inclusions.

Введение рутила в количестве 18-24% уменьшает жидкотекучесть шлака и способствует равномерному покрытию расплавленного металла шлаком. При содержании рутила менее 18% шлак становится слишком жидкотекучим и плохо формирует наплавленный валик. Введение рутила более 24% приводит к затруднению процесса сварки укороченной дугой за счет шунтирования дуги из-за высокой электропроводности. The introduction of rutile in an amount of 18-24% reduces the fluidity of the slag and promotes uniform coating of the molten metal with slag. When the rutile content is less than 18%, the slag becomes too fluid and poorly forms a weld bead. The introduction of rutile more than 24% leads to difficulties in the welding process with a shortened arc due to arc shunting due to high electrical conductivity.

Ильменитовый концентрат вводится для улучшения сварочно-технологических свойств электрода. При введении его менее 18% существенного влияния на сварочно-технологические свойства не обнаружено. При содержании ильменитового концентрата более 24% шлак становится слишком жидкотекучим, увеличивается разбрызгивание электродного металла и возрастает выгорание марганца. Ilmenite concentrate is introduced to improve the welding and technological properties of the electrode. With the introduction of less than 18%, no significant effect on the welding and technological properties was found. When the content of ilmenite concentrate is more than 24%, the slag becomes too fluid, the spatter of the electrode metal increases and the burnup of manganese increases.

Для раскисления сварочной ванны и легирования металла шва в покрытие вводится марганцево-титановый сплав в количестве 10-15% При содержании сплава менее 10% сварочная ванна оказывается недостаточно раскисленной, что приводит к резкому снижению пластических и прочностных характеристик металла шва. Введение марганцево-титанового сплава более 15% для данного типа электродов является экономически нецелесообразным. To deoxidize the weld pool and alloy the weld metal, 10-15% manganese-titanium alloy is introduced into the coating. When the alloy content is less than 10%, the weld pool is not sufficiently deoxidized, which leads to a sharp decrease in the plastic and strength characteristics of the weld metal. The introduction of a manganese-titanium alloy of more than 15% for this type of electrode is economically impractical.

Для уменьшения жидкотекучести шлака и улучшения санитарно-гигиенических условий в покрытие вводится марганцовистый шлак в количестве 4-14% Нижний предел выбран из условия появления эффекта от введения марганцовистого шлака. Введение марганцовистого шлака свыше 14% приводит к затруднению процесса сварки из-за повышения вязкости шлака в сварочной ванне. To reduce the fluidity of the slag and improve the sanitary-hygienic conditions, 4-14% manganese slag is introduced into the coating. The lower limit is selected from the condition that the effect of the introduction of manganese slag appears. The introduction of manganese slag over 14% leads to difficulties in the welding process due to an increase in slag viscosity in the weld pool.

Железный порошок введен в состав покрытия 1-4% для повышения стабильности горения дуги и уменьшения угара марганца. Iron powder is included in the coating composition of 1-4% to increase the stability of arc burning and reduce the fumes of manganese.

Электродные покрытия готовят путем смешения ингредиентов (компонентов) с натриево-калиевым растворимым стеклом. Затем стальной стержень с обезжиренной поверхностью опрессовывают на стандартном оборудовании электродной массой, подвергают провяливанию, сушке при 100^оС и последующей прокалке при 200^оС.Electrode coatings are prepared by mixing the ingredients (components) with sodium-potassium soluble glass. Then, a degreased steel rod surface is pressurized in conventional equipment the electrode mass is subjected to wilting, drying at ¹⁰⁰ ° C and subsequent calcination at 200 ° ^C.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения изготовлены 6 партий электродов. Состав электродного покрытия трех электродов, рекомендуемых к применению, приведен в таблице. Замеры содержания марганца в пересчете на МnО в сварочных аэрозолях показали, что по сравнению с известными покрытиями при сварке электродами с предлагаемым покрытием марганца выделяется меньше на 20-25%
По санитарно-гигиеническим характеристикам все три электродные покрытия примерно одинаковы. По стоимости наиболее предпочтительным является электродное покрытие 3, его стоимость на 9% ниже по сравнению с прототипом.For experimental verification of the proposed solution, 6 batches of electrodes were made. The composition of the electrode coating of the three electrodes recommended for use is shown in the table. Measurements of the manganese content in terms of MnO in welding aerosols showed that, compared to known coatings, when welding with electrodes with the proposed manganese coating, less by 20-25% is released
According to the sanitary-hygienic characteristics, all three electrode coatings are approximately the same. At the cost of the most preferred is the electrode coating 3, its cost is 9% lower compared to the prototype.

Claims

ELECTRODE COATING FOR WELDING OF LOW CARBON STEELS containing rutile, ilmenite concentrate, marble, cellulose, kaolin, manganese-containing component, iron powder, characterized in that it additionally contains dunite, and the manganese-containing component is introduced into it in the form of manganese-manganese and manganese the following ratio of components, wt.

Rutile 18 24
Ilmenite concentrate 18 24
Dunite 7 15
Kaolin 12 18
Manganese-titanium alloy 10 15
Manganese slag 4 14
Marble 4 8
Cellulose 1 3
Iron powder 1 4
while manganese-titanium alloy has the following composition, wt.

Manganese 25 30
Titanium 8 40
Aluminum 6 8
Silicon 8 15
Carbon ≅ 0.3
Sulfur ≅ 0.02
Phosphorus ≅ 0.4
Chrome ≅ 3
Copper ≅ 3
Iron Else
and manganese slag consists of oxides, wt. manganese 10 30; silicon 28 33; calcium 20 35; magnesium 10 25; aluminum 3 5; iron ≅ 1.5; phosphorus ≅ 0.02.