SU1368140A1

SU1368140A1 - Шихта порошковой проволоки

Info

Publication number: SU1368140A1
Application number: SU864053378A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Георгиевич Василенко; Владимир Михайлович Карпенко; Олег Иванович Стеклов; Иосиф Самуилович Иоффе
Original assignee: Краматорский Индустриальный Институт
Priority date: 1986-04-11
Filing date: 1986-04-11
Publication date: 1988-01-23

Abstract

Изобретение относитс к сварочному производству, в частности к составам порошковых проволок дл сварки открытой дугой металлоконструкций из стального проката, покрытого алюминием . Цель изобретени - нейтрализаци вредного вли ни алюминиевого покрыти на служебные характеристики сварочного соединени металлизированной алюминием стали, повышение ударной в зкости металла сварного шва и сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки. Шихта порошковой проволоки содержит компоненты при следукнцем соотношении, мае. %: плавиковый шпат 39,0-45,0; магнезит 6,0- 8,0; мрамор 4,0-6,0; ферротитан 1,7- 3,0; ферромарганец 1,0-1,6; ферроси-. лиций 0,2-0,5; калиево-натриева глыба 1,2-2,0; медь 0,8-1,0; оксид никел 2,5-3,5; оксид хрома 2,5-4,0; оксид железа (окалина) 5,0-7,0; криолит 2,0-3,0; хлористый калий 0,8-1,2; железный порошок остальное. Введение в состав шихты дополнительных окислителей в виде оксидов железа, хрома и никел обеспечивает интенсивное протекание реакции окислени алюмини покрыти , увеличение в 2-3 раза ударной в зкости металла сварного шва и улучшение в 3-5 раз отделимости шлаковой .корки при повьш1енной стойкости металла сварного шва к порообразованию . 3 табл. (Л со &amp; 00

Description

Изобретение относитс к сварочному производству, в частности к составам порошковых проволок дл сварки открытой дугой металлоконструкций из стального проката покрытого алюминием .

Цель изобретени - нейтрализаци вредного вли ни алюминиевого покрыти на служебные характеристики сварочного соединени металлизированной алюминиевой стали, повьпиени ударной в зкости металла сварного шва и сва- рочно-технологических свойств порошковой проволоки.

Оксиды металлов (железа, хрома, никел и др.) окисл ют алюминий покрыти , образу алюмини . Одновременно хлористый калий, взаимодейству с алюминием, образует хлорид алюмини , который возгон сь при 183°С уносит с собой из металла частицы тугоплавкого оксида алюмини , которые затем раствор ютс расплавленным шлаком, состо щим в основном из оксидов металла и фторидов образующихс при разложении криолита и плавикового шпата. Таким образом, осуществл етс очищение металла шва от неметаллических включений. Повьш1а- ютс механические свойства металла шва. В частности пластично-в зкие свойства, ударна в зкость.

При этом криолит не только повышает растворимость оксидов алюмини в шлаке пропорционально его содержанию во флюсе, но и разъедает границы оксидной-пленки на частицах алюмини , облегча доступ к нему оксидов металлов и хлористого кали .

Восстановленные из оксидов хром и никель, а также введенна в состав шихты проволоки медь, подавл ют образование железоалюминиевых интер- металлидов на границах зерен феррита в переходной области верхней части и корн шва, где содержитс наибольшее количество алюмини , неравномерно распределенного в металле шва при попадании в него из покрыти . Таким образом, исключаетс вредное вли ние интерметаллидов на пластично-в зкие свойства металла шва.

Оксид хрома и оксид никел снижают потенциал ионизации, стабилизируют дугу, способству мелкокапельному переносу, снижают потери металла на Ъазбрызгивание, в то врем как алю0 Ц

5

0

5

0

миниевоё покрытие повьшгает потенциал ионизации и дестабилизирует дугу.

Восстановленный никель способствует аустенизации металла шва, частично компенсиру действие алюмини , который способствует ферритизации и хладноломкости . Повьш1аетс ударна в зкость металла шва, особенно при отрицательных температурах.

Восстановленный из оксида хром и содержаща с в шихте медь повьш1ают прочностные свойства, коррозионную стойкость металла сварного шва без снижени показателей пластичности и ударной в зкости.

Выбор окалины по сравнению с другими окислител ми, например гематитом , произведен, исход из значительно более низкого содержани в ее составе серы и фосфора, вл юощхс вредными примес ми, возможностью дополнительного легировани металла сварного шва никелем, хромом и другими элементами при использовании окалины сталей легированных этими элементами, например 34ХН1М, 18ХН4МА, 34ХН ЗМ и др., а также из того, что окалина вл етс отходом производства сталь-i ных заготовок, дешева и недефицитна. , Кроме того, окалина повьш1ает жид- котекучесть шлака, компенсиру частично дефекты, вызванные образованием оксида алюмини , который ухудшает жидкотекучесть шлака.

Введение окалины в количестве менее 5% шихты не дае,т достаточного эффекта . При ее содержании более 7% дуга становитс менее стабильной, что влечет за собой повьш1ение разбрызгивани , склонности, пористости, ухудшаетс отделимость шлака.

При содержании в шихте оксида хрома и оксида никел менее 25%, меди 5 менее 0,8% их действие недостаточно эффективно, снижаетс переход их в сварной шов до количеств меньших нижнего предела, обеспечивающего требуе- Mbie характеристики коррозионной стойкости и механических свойств металла шва.

При содержании оксида хрома более 4% и меди более 1% снижаетс ударна в зкость металла шва.

Дальнейшее увеличение в шихте оксида никел более 3,5% может привести к снижению стабильности горени дуги, а также ограничению его относительной дефицитностью.

5

0

5

Кроме того, пределы содержани оксида никел , оксида хрома и окалины обусловлены соображени ми получени необходимой и достаточной суммарной окислительной способности проволоки.

Введение в состав проволоки криолита и хлористого кали и построение газошлаксобразующей основы шихты на

в зкости металла шва,ухудшение отделимости шлаковой корки.

При содержании плавикового шпата более 45% повьшаетс выделение вред- .ных газов, наплавленный валик становитс узким и высоким.

Температура плавлени сердечника и скорость затвердевани шлака снижа

плавиковом шпате, мраморе и магнезите ю ютс ниже допустимого предела. В репозвол ет получить глубокоосновный шлак с низкой температурой плавлени , улучшить смачивание шлаком металла, сварочно-технологические свойства

проволоки, создать услови дл удале- 15 и магнезит) играют роль генерирующих

ни оксида алюмини из металла сварного шва и растворение его в шлаке, состо щем в основном из фторидов и оксидов металлов. Так как растворимость оксида алюмини фторидами все же невелика, то требуетс значительное (около половины всей массы шихты) содержание плавикового шпата (фтористый кальций) в сердечнике порошковой проволоки.

При содержании в шихте хлористого каЛи менее 0,8% и криолита менее 2% эффект от их введени незначителен.

Введение хлористого кали более

1,2% шихты повьш1ает склонность метал- 30 тически не окисл ют легирующие эле-ла к пористости.

При содержании криолита более 3% снижаетс стабильность горени дуги, кроме того, происходит значительное вьщеление вредных газов.

Плавиковый шпат служит основным шлакообразующим компонентом, обеспечива шлаковую защиту металла шва от

окислени . Кроме того, при температу-40 ты проволоки не только на мраморе, а

ре сварки плавиковый шпат частично разлагаетс на свободные кальций и фтор и св зывает водород, содержащий во влажном воздухе в соединение HP,

не растворимое в металле, чем предот- 45 ,, а следовательно, это способствувращаетс водородна пористость шва.

Плавиковый шпат позвол ет регулировать температуру плавлени сердечника порошковой проволоки, скорость .затвердевани шлака, так как существует обратно пропорциональна зависимость этих показателей от содержани его в шихте проволоки. Он также снижает разбрызгивание электродного металла .

При содержании плавикового пшата менее 39% количество его недостаточно дл растворени оксида алюмини , что влечет за собой снижение ударной

зультате расплавленный шлак мешает процессу сварки, дуга становитс неустойчивой .

Карбонаты кальци и магни (мрамор

газ компонентов, чем обеспечиваетс газова защита металла шва, так как при их разложении образуетс углекислый газ, под действием которого понижаетс парциальное давление водорода в расплавленном металле, что предотвращает водородную пористость и хрупкость .

Мрамор и магнезит регулируют основность шлака и понижают содержание фосфора, серы, кремни в металле шва. Диссоцииру в процессе сварки мрамор и магнезит, образуют шлак из сидов кальци и магни , которые прак5

менты и обеспечивают минимальные их потери, способствуют получению измельченной первичной структуры металла шва, модифициру его, образуют стойкие комплексные соединени с тами раскислени и тем самым снижают общее содержание кислорода в металле шва.

Построение карбонатной основы шихна смеси мрамора и магнезита продиктовано тем, что оксид магни , хот и более слабый оксид, чем оксид кальци , но он менее склонен к гидрата

ет повьш1ению стойкости проволоки против порообразовани .

Калиево-натриева глыба, вход ща в состав шихты проволоки, снижает температуру плавлени , поверхностное нат жение интенсифицирует жидкотеку- честь шлака, стабилизирует горение дуги, способствует мелкокапельному переносу, снижает разбрызгивание металла , т.е. улучшает сварочно-технологические свойства проволоки. При содержании глыбы менее 1,2% указанный эффект не про вл етс , а введение ее в количестве более 2,0% нецелесообраз

но, так как при этом снижаетс основность шихты, повышаютс окислительны свойства шлака. Кроме того, слишком низка температура плавлени и ско - рость затвердевани , высока жидко- текучесть шлака, как и в случае по- вьш1енного содержани плавикового шпата затрудн ют процесс сварки.

Содержащиес в составе шихты ферросплавы титана, кремни , марганца легируют металл шва, повышают свароч но-технологические свойства проволоки предотвращают окисление металла, на стадии капли, а также в сварочной ванне, в том случае, когда раскисл ющий эффект алюмини покрыти оказываетс недостаточным вследствие несплошности покрыти или содержани в нем значительного количества оксида алюмини , что може т быть св зано с нарушением технологии металлизации.

Применение комплекса раскислителе более целесообразно по сравнению с применением какого-либо одного из них в большем количестве дл получени того же раскисл ющего эффекта, что дают в сумме ферросплавы титана, марганца, кремни .

Лучшие результаты, получаемые при этом, объ сн ютс тем, что содержани каждого из легирующих компонентов титана , марганца,-кремни в металле шв имеет свои оптимальные границы, обусловленные требовани ми к свойствам металла, которые мы хотим получить.

Каждый из указанных ферросплавов при введении в порошковую проволоку в большей или меньшей мере дает еще свой эффект.

Ферротитан, самый сильный раскис- литель из трех указанных, модифицирует наплавленный металл, способствует вьщелению карбидов в теле зерна и получению мелкодисперсной структуры, что повьш1ает прочностные и антикоррозионные свойства наплавленного металла . Кроме того, не стабилизирует .горение дуги, снижает разбрызгивание , св зывает азот в стойкие нитриды .

Ферросилиций улучшает сварочно- технологические свойства проволоки. Кроме того, из всех содержащихс в проволоке компонентов он наиболее сильно (в три-четыре раза) уменьшает образование железо-алюминиевых интерметаллидов на границах зерен феррита, тормозит диффузию алюмини

0

5

0

5

0

5

0

5

в ст&ль, что повышает ударную в зкость металла шва при сварке стали покрытой алюминием. Однако в то же самое врем кремний заметно првьш1ает общее количество неметаллических включений, что снижает ударную в з- ность стали при отрицательных температурах .

Ферромарганец измельчает как первичную , так и вторичную структуру металла шва. При этом несколько измен етс тип сульфидов, возрастает дол сульфидных включений округлой формы , повышаетс их дисперсность, а также наблюдаетс более равномерное их распределение в межосных пространствах первичных кристаллитов. Все это приводит к повышению механических свойств металла шва и стойкости его против кристаллизационных трещин , улучшение свариваемости.

При введении ферросплавов в количестве меньшем указанного нижнего предела (ферротитана - 1,7%, ферромарганца - 1,0%, ферросилици - 0,2%) шихта проволоки обладает недостаточной раскислительной способностью, в результате чего происходит снижение содержани легирующих элементов в металле шва, засорение его оксидными неметаллическими включени ми, повышаетс склонность швов к красноломкости , пористости, снижаютс механические свойства, свариваемость металла .

Кроме того, не про вл етс положительный эффект, получаемый,.как указано выше, от введени каждого ферросплава в отдельности.

При суммарном содержании раскислителей в количестве, большем указанного верхнего предела, усугубл етс вли ние алюмини покрыти , снижаетс ударна в зкость металла шва.

Кроме того, введение ферротитана в количестве, большем 3,0%, повьш1ает склонность металла к трещинообразованию .

I

При содержании ферросилици более 0,5% заметно повьш1аетс общее количество неметаллических включений, укрупн ютс размеры столбчатых кристаллитов , увеличиваетс разветвлен- ность дендритов., неоднородность по фосфору, снижаетс ударна в зкость металла шва при отрицательных температурах .

При содержании ферромарганца более 1,6% наблюдаетс образование твердых закалочных структур, что также приводит к снижению ударной в зкости при

отрицательных температурах.

Оставшийс объем порошковой проволоки заполнен железным порошком,обеспечивающим увеличение производительности сварки, улучшение стабильности горени дуги.

Конкретные составы шихты порошковых проволок приведены в табл. 1.

Испытали на ударную в зкость ме- талла шва и сварочно-технологические свойства, а также химический состав металла шва три состава порошковых проволок в соответствии с за вкой на изобретение (составы II; III; IV), а также два состава проволок, состо щих из тех же компонентов, но в процентном отношении, выход щем за пределы, установленные предлагаемым изобретением (составы I и V), и известна проволока (составы VI). Все проволоки изготавливали из ленты 12 0,3, однозагибной.

Результаты испытаний, приведенные в табл. 2 и 3 прдтверждают достиже- ние цели указанной в описании и формуле изобретени .

Так, уменьшение в 2-4 раза количества алюмини в металле шва (табл.3

свидетельствует .об увеличении окисли-ЗБ за допустимые пределы по ударной в зкоетельной способности проволоки.

Предлагаема порошкова проволока обладает значительно большей окислительной способностью, так как в ее состав дополнительно введены такие окислители, как оксиды железа в виде окалины, оксид хрома, увеличено, по сравнению с известной содержание оксида никел и убран из состава шихты алюминий. В сумме процент содержани компонентов-окислителей (оксидов металлов ) -в предлагаемой проволоке 10,0-14,5%. В известной проволоке шихта содержит только оксид никел 2,0-2,5%, который к тому же восстанавливаетс алюминием, вход щим в состав шихты известной проволоки и на алюминий покрыти при сварке алли- тированной стали его уже не хватает. Введение в состав шихты проволоки дополнительных окислителей в виде оксидов железа, хрома и никел и удаление из состава шихты алюмини обеспечило интенсивное протекание

реакции окислени алюмини покрыти : 2А1 + ЗМеО - ЗМе.

Интенсификаци данной реакции объ сн етс тем, что в сварочную ванну в значительно большем количестве (в 5-6 раз) проволокой подаетс окислитель (МеО), а из свароч- ной ванны более интенсивно удал етс в шлак продукт реакции () бла-. годар введению в состав шихты проволоки хлористого кали и криолита.

Разница между увеличением содержани окислителей в шихте проволоки (в 5-6 раз) и снижением содержани алюмини в металле шва (в 2-4 раза) объ сн етс тем, что из-за высокой скорости остывани металла шва все оксиды алюмини удалить в шлак не удаетс и часть их остаетс в металле .

Увеличение в 2-3 раза ударной в зкости металла шва, улучшение в 3-5 раз отделимости шлаковой корки и повышение стойкости к порообразованию свидетельствует о том, что применение предложенной проволоки позвол ет нейтрализовать вредное вли ние алюминиевого покрыти на служебные характеристики сварного соединени металлизированной алюминием стали, повысить сварочно-технологические свойства проволоки.

Пониженные показатели, выход щие

ти, полученные дл соствов 1 и 5, позво- л ют сделать вывод о правильности выбранных пределов содержани компонентов.

Claims

Формула изобретени

Шихта порошковой проволоки приму- щественно дл сварки открытой дугой стальных конструкций с алюминиевым

покрытием, содержаща медь, оксид никел , ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, плавиковый шпат, калиево- натриевую глыбу, железный порошок, карбонаты, отличающа с

тем, что, с целью нейтрализации вредного вли ни алюминиевого покрыти на служебные характеристики сварочного соединени металлизированной алюминием стали, повьш1ени ударной

в зкости металла сварного шва и сва- рочно-технологическйх свойств порошковой проволоки, шихты дополнительно содержит оксид железа, оксид хрома, криолит, хлористьй калий, при этом

91368140

карбо аты введены в виде магнезита и мрамора при следующем соотношении компонентов состава шихты, мас.%:

т

39,0-45,0 6,0-8,0 4.0-6,0 1,7-3,0 1,0-1,6 0,2-0,5

Плавиковьй шпат

Магнезит

Мрамор

Ферротитан

Ферромарганец

Ферросилиций

Калиево-натриева

Медный порошок

Оксид никел

Оксид хрома

Окалина

КриоЛит

Хпористый калий

Железный порошок

Феррохром

Алюминий

Силикобарий

0

10

Калиево-натриева глыба

Медь

Оксид никел

Оксид хрома

Оксид железа

(окалина)

Криолит

Хлористый калий

1,2-2,0 0,8-1,0 2,5-3,5 2,5-4,0

5,0-7,0 2,0-3,0 0,8-1,2

Железный порошок Остальное

Таблица 1