Электрод для подводной сварки. Электроды для подводной сварки
Электрод для подводной сварки
Изобретение может быть использовано для ремонта ручной дуговой сваркой металлоконструкций ответственного назначения, в том числе трубопроводов из малоуглеродистых и низколегированных сталей, эксплуатируемых под водой. Стержень электрода выполнен из стали Св08. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: флюорит 19,5-28,0, рутиловый концентрат 18,0-33,5, окись железа 13,0-28,0, полевой шпат 8,0-12,0, магнезит металлургический 4,0-8,0, марганец металлический 5,0-10,0, ферросилиций 0,5-2,0, никелевый порошок 0,5-3,5, карбоксиметилцеллюлоза 1,5-2,0. Коэффициент массы покрытия составляет 22-25%. Изобретение обеспечивает качественное формирование металла шва при сварке во всех пространственных положениях и высокие показатели его механических свойств. 1 ил., 5 табл.
Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной мокрой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Может быть использовано в газовой и других областях промышленности.
Проблема сварки подводных металлоконструкций во всех пространственных положениях на сегодняшний день не решена. Шлаковая система покрытия существующих электродов обеспечивает качественное формирование металла шва преимущественно в нижнем положении. При сварке на вертикальной плоскости и особенно в потолочном положении сварочно-технологические свойства электродов ухудшаются, так как физические свойства шлака, образующегося при плавлении электродного покрытия, не обеспечивают надежную защиту расплавленного металла, не предупреждают его стекание, а также образование подрезов и наплывов. Как результат, формирование наплавленного металла становится неудовлетворительным, механические свойства таких швов резко снижаются. В то же время большинство работ при ремонте подводных металлоконструкций (подводная часть корпуса судов, трубопроводы, вертикальные опоры платформ и стенки портовых сооружений) нужно выполнять именно в пространственных положениях, отличных от нижнего. Поэтому обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях - один из ключевых вопросов при создании электродных материалов, разработке или совершенствовании технологического процесса подводной сварки. Кроме того, уровень механических свойств металла швов не удовлетворяет требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6, что ограничивает применение мокрой подводной сварки узким кругом малоуглеродистых сталей.
Известен электрод ЭПС-52 (Н.М.Мадатов. Подводная сварка и резка металлов. - Ленинград: Судостроение, 1967, с.142) с покрытием рудно-кислого типа, предназначенный для сварки под водой углеродистых и низколегированных сталей, покрытие которого содержит, мас.%:
| Двуокись титана | 35 |
| Полевой шпат | 10 |
| Мрамор | 10 |
| Циркониевая руда | 5 |
| Ферромарганец | 5 |
| Ферротитан | 12 |
| Ферросилиций | 3 |
| Поташ | 10 |
| Жидкое стекло | 20 |
Основными его недостатками являются неудовлетворительные сварочно-технологические свойства и низкий уровень механических свойств из-за очень высокого содержания диффузионного водорода и шлаковых включений.
В качестве прототипа нами избран электрод ЭПС-АН1 (Авторское свидетельство СССР №1706821, МПК В23K 35/365), который позволяет выполнять мокрую подводную сварку во всех пространственных положениях и покрытие которого содержит:
| Полевой шпат | 6…11 |
| Мрамор | 3…7 |
| Ферромарганец | 5…20 |
| Целлюлоза | 1,5…2,5 |
| Рутиловый концентрат | остальное. |
Но указанный электрод не обеспечивает качественное формирование многопроходных стыковых швов. Покрытие электрода-прототипа сугубо рутилового типа и создает короткие шлаки с высокой температурой твердения, что вызывает образование наплавленных валиков с низким коэффициентом формы - валики почти треугольные, довольно высокие, не имеют плавного перехода к поверхности предварительно наплавленных швов. При наплавке следующих швов это приводит к возникновению дефектов в виде несплавлений, зашлаковок, подрезов и т.п. Кроме того, указанные электроды не обеспечивают достаточный уровень механических свойств металла шва.
Задачей изобретения является обеспечение при сварке во всех пространственных положениях качественного формирования металла шва и показателей механических свойств металла шва в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6.
Поставленная задача решается тем, что электрод состоит из стержня из проволоки Св08 и покрытия, содержащего рутиловый концентрат, полевой шпат и ферросилиций, в которое дополнительно введен флюорит, окись железа, магнезит металлургический, марганец металлической, никелевый порошок и карбоксиметилцеллюлоза при таком соотношении компонентов (мас.%):
| Флюорит | 19,5-28,0 |
| Рутиловий концентрат | 18,0-33,5 |
| Окись железа | 13,0-28,0 |
| Полевой шпат | 8,0-12,0 |
| Магнезит металлургический | 4,0-8,0 |
| Марганец металлический | 5,0-10,0 |
| Ферросилиций | 0,5-2,0 |
| Никелевый порошок | 0,5-3,5 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0 |
Коэффициент массы покрытия составляет 22…25%.
Снижение температуры твердения шлака, его удлинение, а также увеличение угла смачивания основного метала расплавленным достигнуто путем введения в покрытие сбалансированного количества флюорита и окиси железа. Введение значительного количества фторидов обеспечивает снижение содержания водорода в металле шва, десульфацию расплавленного металла, высокую степень усвоения легкоокисляющихся элементов и вместе с полевым шпатом оказывает содействие образованию шлаковой корки, которая надежно защищает шов от окружающей среды, и получению хорошего формирования. Это техническое решение - результат тщательного исследования влияния компонентов тройной системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов для подводной мокрой сварки.
Сущность проведенных опытов иллюстрирует фиг.1, где на концентрационном треугольнике качественно воспроизведен характер влияния соотношения ингредиентов системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов. Здесь А - область оптимальных составов покрытия электродов, которые соответствуют требованию выполнения мокрой подводной сварки многопроходных стыковых швов во всех пространственных положениях.
Направление 1 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию наплавленных валиков треугольной формы, образованию твердой керамической шлаковой корки со склонностью к заклиниванию при многослойной сварке стыковых соединений, увеличению коэффициента усиления швов, огрублению чешуйчатости, образованию дефектов в виде подрезов, шлаковых включений при сварке многопроходных швов.
Направление 2 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию твердой керамической шлаковой корки, высоких неравномерных грубочешуйчатых, а в конце-концов литых валиков округлой формы, ухудшается отделение шлаковой корки, появляются большие капли рядом со швом, возрастает напряжение дуги, режим становится неустойчивым.
Направление 3 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию валиков с малым усилением, мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к поверхности основного металла или предварительно наплавленных валиков, перенос расплавленного металла приобретает мелкокапельный характер, наблюдается образование аморфовидного шлакового покрытия наплавленных валиков, которое легко удаляется щеткой, возможность качественной сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, ограничивается.
Таким образом, границы содержания флюорита, рутилового концентрата и окиси железа, а также их соотношение в покрытии электрода, который предлагается в качестве изобретения, определены в ходе исследования шлаковой системы CaF2-TiO2-FeO и отвечают значениям области А оптимальных составов системы.
С целью улучшения стабилизации дугового промежутка и обеспечения стабильного горения дуги как на прямой, так и на обратной полярности, а также определенного увеличения коэффициента формы шва в покрытие введен магнезит (в виде магнезита металлургического), что также практически предотвращает разбрызгивание. Введение магнезита в количестве, которое превышает принятый предел, приводит к огрублению чешуйчатости валиков и неравномерности их по высоте.
Окись железа при введении в шлаковую систему CaF2-TiO2 снижает температуру ее плавления, а также коэффициент поверхностного натяжения, что приводит к мелкокапельному переносу расплавленного металла и образованию валиков с мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к основному металлу или металлу предварительно наплавленных валиков. Введение в покрытие предлагаемого электрода FeO в количестве меньшем заявленного, приводит к образованию "горбатых" валиков. Превышение количества FeO свыше предлагаемого предела способствует образованию легкоплавких шлаков, которые делают невозможным качественное формирование вертикальных и потолочных швов. Введение FeO в предлагаемом количестве в присутствии фторида кальция вызывает образование фторидов железа, которые также обеспечивают дополнительное снижение диффузионного водорода в наплавленном металле.
Введение полевого шпата в указанных границах вызывает образование достаточно плотной шлаковой корки и способствует вместе с магнезитом стабилизации дугового промежутка. Увеличение содержания полевого шпата сверх указанного предела приводит к образованию более жидкотекучих шлаков большой массы, что затрудняет сварку в пространственных положениях.
Введение марганца и никеля в принятых пределах обеспечивает получение наплавленного металла, прочностные свойства которого не ниже таковых для свариваемого металла.
Ферросилиций обеспечивает переход необходимого количества марганца в наплавленный металл. Но повышение его содержания выше предлагаемого предела приводит к уменьшению значения пластичности наплавленного металла, которое обусловлено твердорастворным упрочнением ферритной матрицы кремнием.
Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения были изготовлены 5 партий электродов со стержнями из сварочной проволоки Св08 диаметром 4 мм, состав покрытия которых приведен в Таблице 1.
Для оценки сварочно-технологических свойств водолазом-сварщиком в лабораторном бассейне на глубине 2 м во всех пространственных положениях сваривались стыковые образцы из стали Ст3 толщиной 14 мм. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе, Таблица 2, с учетом внешнего вида, отделимости шлака, характера шлаковой корки, разбрызгивания, стабильности горения и т.п. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что электроды с покрытием предложенного состава обеспечивают удовлетворительное формирование многослойных швов во всех пространственных положениях.
| Таблица 1. | |||||
| Состав покрытия электродов, масс.% | |||||
| ПокрытиеКомпоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| флюорит | 17 | 19,5 | 23 | 28 | 30 |
| рутиловый концентрат | 35 | 33,5 | 26 | 18 | 16 |
| окись железа | 10 | 13 | 20 | 28 | 30 |
| магнезит | 10 | 8 | 7 | 4 | 3 |
| полевой шпат | 14 | 12 | 10 | 8 | 7 |
| марганец металлический | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 |
| никелевый порошок | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| ферросилиций | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Таблица 2. | |||||
| Сварочно-технологические свойства электродов | |||||
| ПокрытиеСварочно-технолог. свойства | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Возможность сварки в нижнем (н), вертикальном (в) и потолочном (п) положениях | нвп | нвп | нвп | нвп | нв |
| Формирование металла швов, баллы (трехбалльная система): | |||||
| нижнее | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| вертикальное | 2 | 3 | 3 | 3 | 2 |
| потолочное | 1 | 2 | 3 | 2 | - |
Для определения механических свойств металла шва при сварке стали Ст3 были изготовлены электроды со стержнями из проволоки Св08 на базе покрытия №3, Таблица 1, в котором легирующие элементы изменялись в пределах, представленных в Таблице 3.
| Таблица. 3. | |||||
| Состав покрытия электродов со стержнями из проволоки Св08 для испытания механических свойств металла шва | |||||
| Покрытие | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Компоненты | |||||
| базовая шихта | 86 | 87 | 86,5 | 87,5 | 88 |
| марганец металлический | 12 | 10 | 8 | 5 | 3 |
| никелевый порошок | 0 | 0,5 | 2 | 3,5 | 4 |
| ферросилиций | 0 | 0,5 | 1,5 | 2 | 3 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Из сварных соединений, выполненных в нижнем положении, в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 изготавливались образцы типа Ми12, ГОСТ 6996-66. Результаты испытаний приведены в таблице 4. Их анализ свидетельствует, что электроды с покрытиями №2-4 обеспечивают высокие показатели пластических и прочностных свойств металла шва и удовлетворяют требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 (δ≥12%, предел прочности металла шва выше предела прочности основного металла).
| Таблица 4. | |||||
| Механические свойства металла швов, выполненных электродами со стержнями из проволоки Св08 | |||||
| Покрытие | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Мех. свойства. металла шва | |||||
| Предел прочности, σb, МПа | 420 | 425 | 445 | 460 | 475 |
| Предел текучести, σt, МПа | 340 | 355 | 370 | 410 | 445 |
| Относительное удлинение, δ, % | 8 | 12 | 14 | 13 | 9 |
Для определения механических свойств металла шва при сварке во всех пространственных положениях использовали электроды с покрытием №3, Таблица 3. Полученные результаты приведены в Таблице 5.
| Таблица 5. | |||
| Механические свойства металла швов при сварке во всех пространственных положениях | |||
| Пространственное положение | Механические свойства | ||
| σt, МПа | σb, МПа | δ, % | |
| Нижнее | 370 | 445 | 14 |
| Вертикальное | 360 | 430 | 12 |
| Потолочное | 365 | 425 | 12 |
Таким образом, предложенный электрод позволяет получить во всех пространственных положениях качественное сварное соединение с необходимым уровнем механических свойств при сварке под водой малоуглеродистых и низколегированных сталей и может быть рекомендован для применения при ремонте подводных трубопроводов.
Электрод для подводной сварки, который включает стержень из проволоки Св08 и покрытие, содержащее рутиловый концентрат, полевой шпат и ферросилиций, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит флюорит, окись железа, магнезит металлургический, марганец металлический, никелевый порошок и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| флюорит | 19,5-28,0 |
| рутиловый концентрат | 18,0-33,5 |
| окись железа | 13,0-28,0 |
| полевой шпат | 8,0-12,0 |
| магнезит металлургический | 4,0-8,0 |
| марганец металлический | 5,0-10,0 |
| ферросилиций | 0,5-2,0 |
| никелевый порошок | 0,5-3,5 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0, |
www.findpatent.ru
электрод для подводной сварки - патент РФ 2364483
Изобретение может быть использовано для ремонта ручной дуговой сваркой металлоконструкций ответственного назначения, в том числе трубопроводов из малоуглеродистых и низколегированных сталей, эксплуатируемых под водой. Стержень электрода выполнен из стали Св08. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: флюорит 19,5-28,0, рутиловый концентрат 18,0-33,5, окись железа 13,0-28,0, полевой шпат 8,0-12,0, магнезит металлургический 4,0-8,0, марганец металлический 5,0-10,0, ферросилиций 0,5-2,0, никелевый порошок 0,5-3,5, карбоксиметилцеллюлоза 1,5-2,0. Коэффициент массы покрытия составляет 22-25%. Изобретение обеспечивает качественное формирование металла шва при сварке во всех пространственных положениях и высокие показатели его механических свойств. 1 ил., 5 табл. 
Рисунки к патенту РФ 2364483
Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной мокрой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Может быть использовано в газовой и других областях промышленности.
Проблема сварки подводных металлоконструкций во всех пространственных положениях на сегодняшний день не решена. Шлаковая система покрытия существующих электродов обеспечивает качественное формирование металла шва преимущественно в нижнем положении. При сварке на вертикальной плоскости и особенно в потолочном положении сварочно-технологические свойства электродов ухудшаются, так как физические свойства шлака, образующегося при плавлении электродного покрытия, не обеспечивают надежную защиту расплавленного металла, не предупреждают его стекание, а также образование подрезов и наплывов. Как результат, формирование наплавленного металла становится неудовлетворительным, механические свойства таких швов резко снижаются. В то же время большинство работ при ремонте подводных металлоконструкций (подводная часть корпуса судов, трубопроводы, вертикальные опоры платформ и стенки портовых сооружений) нужно выполнять именно в пространственных положениях, отличных от нижнего. Поэтому обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях - один из ключевых вопросов при создании электродных материалов, разработке или совершенствовании технологического процесса подводной сварки. Кроме того, уровень механических свойств металла швов не удовлетворяет требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6, что ограничивает применение мокрой подводной сварки узким кругом малоуглеродистых сталей.
Известен электрод ЭПС-52 (Н.М.Мадатов. Подводная сварка и резка металлов. - Ленинград: Судостроение, 1967, с.142) с покрытием рудно-кислого типа, предназначенный для сварки под водой углеродистых и низколегированных сталей, покрытие которого содержит, мас.%:
| Двуокись титана | 35 |
| Полевой шпат | 10 |
| Мрамор | 10 |
| Циркониевая руда | 5 |
| Ферромарганец | 5 |
| Ферротитан | 12 |
| Ферросилиций | 3 |
| Поташ | 10 |
| Жидкое стекло | 20 |
Основными его недостатками являются неудовлетворительные сварочно-технологические свойства и низкий уровень механических свойств из-за очень высокого содержания диффузионного водорода и шлаковых включений.
В качестве прототипа нами избран электрод ЭПС-АН1 (Авторское свидетельство СССР № 1706821, МПК В23K 35/365), который позволяет выполнять мокрую подводную сварку во всех пространственных положениях и покрытие которого содержит:
| Полевой шпат | 6 11 |
| Мрамор | 3 7 |
| Ферромарганец | 5 20 |
| Целлюлоза | 1,5 2,5 |
| Рутиловый концентрат | остальное. |
Но указанный электрод не обеспечивает качественное формирование многопроходных стыковых швов. Покрытие электрода-прототипа сугубо рутилового типа и создает короткие шлаки с высокой температурой твердения, что вызывает образование наплавленных валиков с низким коэффициентом формы - валики почти треугольные, довольно высокие, не имеют плавного перехода к поверхности предварительно наплавленных швов. При наплавке следующих швов это приводит к возникновению дефектов в виде несплавлений, зашлаковок, подрезов и т.п. Кроме того, указанные электроды не обеспечивают достаточный уровень механических свойств металла шва.
Задачей изобретения является обеспечение при сварке во всех пространственных положениях качественного формирования металла шва и показателей механических свойств металла шва в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6.
Поставленная задача решается тем, что электрод состоит из стержня из проволоки Св08 и покрытия, содержащего рутиловый концентрат, полевой шпат и ферросилиций, в которое дополнительно введен флюорит, окись железа, магнезит металлургический, марганец металлической, никелевый порошок и карбоксиметилцеллюлоза при таком соотношении компонентов (мас.%):
| Флюорит | 19,5-28,0 |
| Рутиловий концентрат | 18,0-33,5 |
| Окись железа | 13,0-28,0 |
| Полевой шпат | 8,0-12,0 |
| Магнезит металлургический | 4,0-8,0 |
| Марганец металлический | 5,0-10,0 |
| Ферросилиций | 0,5-2,0 |
| Никелевый порошок | 0,5-3,5 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0 |
Коэффициент массы покрытия составляет 22 25%.
Снижение температуры твердения шлака, его удлинение, а также увеличение угла смачивания основного метала расплавленным достигнуто путем введения в покрытие сбалансированного количества флюорита и окиси железа. Введение значительного количества фторидов обеспечивает снижение содержания водорода в металле шва, десульфацию расплавленного металла, высокую степень усвоения легкоокисляющихся элементов и вместе с полевым шпатом оказывает содействие образованию шлаковой корки, которая надежно защищает шов от окружающей среды, и получению хорошего формирования. Это техническое решение - результат тщательного исследования влияния компонентов тройной системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов для подводной мокрой сварки.
Сущность проведенных опытов иллюстрирует фиг.1, где на концентрационном треугольнике качественно воспроизведен характер влияния соотношения ингредиентов системы CaF2 -TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов. Здесь А - область оптимальных составов покрытия электродов, которые соответствуют требованию выполнения мокрой подводной сварки многопроходных стыковых швов во всех пространственных положениях.
Направление 1 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию наплавленных валиков треугольной формы, образованию твердой керамической шлаковой корки со склонностью к заклиниванию при многослойной сварке стыковых соединений, увеличению коэффициента усиления швов, огрублению чешуйчатости, образованию дефектов в виде подрезов, шлаковых включений при сварке многопроходных швов.
Направление 2 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию твердой керамической шлаковой корки, высоких неравномерных грубочешуйчатых, а в конце-концов литых валиков округлой формы, ухудшается отделение шлаковой корки, появляются большие капли рядом со швом, возрастает напряжение дуги, режим становится неустойчивым.
Направление 3 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию валиков с малым усилением, мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к поверхности основного металла или предварительно наплавленных валиков, перенос расплавленного металла приобретает мелкокапельный характер, наблюдается образование аморфовидного шлакового покрытия наплавленных валиков, которое легко удаляется щеткой, возможность качественной сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, ограничивается.
Таким образом, границы содержания флюорита, рутилового концентрата и окиси железа, а также их соотношение в покрытии электрода, который предлагается в качестве изобретения, определены в ходе исследования шлаковой системы CaF2-TiO2 -FeO и отвечают значениям области А оптимальных составов системы.
С целью улучшения стабилизации дугового промежутка и обеспечения стабильного горения дуги как на прямой, так и на обратной полярности, а также определенного увеличения коэффициента формы шва в покрытие введен магнезит (в виде магнезита металлургического), что также практически предотвращает разбрызгивание. Введение магнезита в количестве, которое превышает принятый предел, приводит к огрублению чешуйчатости валиков и неравномерности их по высоте.
Окись железа при введении в шлаковую систему CaF 2-TiO2 снижает температуру ее плавления, а также коэффициент поверхностного натяжения, что приводит к мелкокапельному переносу расплавленного металла и образованию валиков с мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к основному металлу или металлу предварительно наплавленных валиков. Введение в покрытие предлагаемого электрода FeO в количестве меньшем заявленного, приводит к образованию "горбатых" валиков. Превышение количества FeO свыше предлагаемого предела способствует образованию легкоплавких шлаков, которые делают невозможным качественное формирование вертикальных и потолочных швов. Введение FeO в предлагаемом количестве в присутствии фторида кальция вызывает образование фторидов железа, которые также обеспечивают дополнительное снижение диффузионного водорода в наплавленном металле.
Введение полевого шпата в указанных границах вызывает образование достаточно плотной шлаковой корки и способствует вместе с магнезитом стабилизации дугового промежутка. Увеличение содержания полевого шпата сверх указанного предела приводит к образованию более жидкотекучих шлаков большой массы, что затрудняет сварку в пространственных положениях.
Введение марганца и никеля в принятых пределах обеспечивает получение наплавленного металла, прочностные свойства которого не ниже таковых для свариваемого металла.
Ферросилиций обеспечивает переход необходимого количества марганца в наплавленный металл. Но повышение его содержания выше предлагаемого предела приводит к уменьшению значения пластичности наплавленного металла, которое обусловлено твердорастворным упрочнением ферритной матрицы кремнием.
Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения были изготовлены 5 партий электродов со стержнями из сварочной проволоки Св08 диаметром 4 мм, состав покрытия которых приведен в Таблице 1.
Для оценки сварочно-технологических свойств водолазом-сварщиком в лабораторном бассейне на глубине 2 м во всех пространственных положениях сваривались стыковые образцы из стали Ст3 толщиной 14 мм. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе, Таблица 2, с учетом внешнего вида, отделимости шлака, характера шлаковой корки, разбрызгивания, стабильности горения и т.п. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что электроды с покрытием предложенного состава обеспечивают удовлетворительное формирование многослойных швов во всех пространственных положениях.
Для определения механических свойств металла шва при сварке стали Ст3 были изготовлены электроды со стержнями из проволоки Св08 на базе покрытия № 3, Таблица 1, в котором легирующие элементы изменялись в пределах, представленных в Таблице 3.
Из сварных соединений, выполненных в нижнем положении, в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 изготавливались образцы типа Ми12, ГОСТ 6996-66. Результаты испытаний приведены в таблице 4. Их анализ свидетельствует, что электроды с покрытиями № 2-4 обеспечивают высокие показатели пластических и прочностных свойств металла шва и удовлетворяют требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 (
12%, предел прочности металла шва выше предела прочности основного металла).
Для определения механических свойств металла шва при сварке во всех пространственных положениях использовали электроды с покрытием № 3, Таблица 3. Полученные результаты приведены в Таблице 5.
| Таблица 5. | |||
| Механические свойства металла швов при сварке во всех пространственных положениях | |||
| Пространственное положение | Механические свойства | ||
 t, МПа | b, МПа | , % | |
| Нижнее | 370 | 445 | 14 |
| Вертикальное | 360 | 430 | 12 |
| Потолочное | 365 | 425 | 12 |
Таким образом, предложенный электрод позволяет получить во всех пространственных положениях качественное сварное соединение с необходимым уровнем механических свойств при сварке под водой малоуглеродистых и низколегированных сталей и может быть рекомендован для применения при ремонте подводных трубопроводов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Электрод для подводной сварки, который включает стержень из проволоки Св08 и покрытие, содержащее рутиловый концентрат, полевой шпат и ферросилиций, отличающийся тем, что покрытие дополнительно содержит флюорит, окись железа, магнезит металлургический, марганец металлический, никелевый порошок и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| флюорит | 19,5-28,0 |
| рутиловый концентрат | 18,0-33,5 |
| окись железа | 13,0-28,0 |
| полевой шпат | 8,0-12,0 |
| магнезит металлургический | 4,0-8,0 |
| марганец металлический | 5,0-10,0 |
| ферросилиций | 0,5-2,0 |
| никелевый порошок | 0,5-3,5 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0, |
www.freepatent.ru
Новочеркасский завод сварочных электродов
Подводная сварка впечатляет, так как подводный мир в целом прекрасен, а сварка под водой является чем то необычным.
Для осуществления подводной сварки нужны специальные электроды и снаряжение для 
подводного погружения, стоит заметить, что в наши дни, подводная сварка пользуется всё большей популярностью, и с каждым годом продолжает развиваться.
Подводная сварка чаще всего применяется для ремонтов различной сложности речного и конечно же морского транспорта, а так же при различных строительных работах, имеется в виду сооружение мостов, дорог и прочих конструкций, а так же подводная сварка применяется в гидротехнических работах.
Как правило, для сварки под водой используются сварочные электроды, покрытие которых существенно больше чем у обычных электродов, если бы покрытие электродов было бы таким же, то осуществление подводной сварки было бы невозможным.
Масса и вес покрытия у сварочных электродов которые используются для подводной сварки, составляет 130 — 170 процентов от всей массы электродного стержня.
Как происходит подводная сварка?
Всё на самом деле очень просто, сварка под водой дело не хитрое, но достаточно ответственное.
Покрытия сварочных электродов образуют небольшой козырёк, благодаря этому козырьку, сварочная дуга спокойно себе горит и не думает тухнуть, при всём при этом, она выталкивает воду под достаточно большим давлением газов этой дуги.
Покрытие подводных электродов, которое зарекомендовало себя хорошо состоит из парафина или же лака целлулоида, который в свою очередь растворён в ацетоне.
После того, как первый слой лака высыхает, на него сверху наносится ещё два слоя.
Такое парафинирование сварочных электродов для подводной сварки происходит следующим образом: стержни электродов просто погружают на определённое время в расплавленный парафин, всё очень просто.Когда покрытие сварочного электрода осуществляется вышеприведённым способом, толщина этого самого покрытия становится следующей:
Для стержня диаметром 4 мм. — толщина покрытия становится 0,8 мм.
Для стержня диаметром 5 мм. — толщина покрытия становится 1 мм.
Для стержня диаметром 6 мм. — толщина покрытия становится 1,2 мм.
Есть и ещё один очень интересный способ подводной сварки, интересен он тем, что сварка как бы происходит под водой, но в сухих условиях.
Делается это следующим образом:
Для начала выбирается тот самый объект, который необходимо подвергнуть свариванию, над этим объектом создаётся вакуумная камера, из которой соответственно откачивают всю воду.
После того как вода откачена, начинается полноценный процесс сварки, точно такой же, как и на земле, вроде бы в воде, но на сухую.
У этой медали есть и обратная сторона, менее приятная.
Самый большой и практически единственный минус такого метода подводной сварки заключается в том, что для полноценного создания такой камеры уходит достаточно много сил, денежных средств и конечно же драгоценного времени, затем все эти ресурсы расходуются с такой же частотой на откачку воды из этой камеры.
Этот вид подводной сварки очень привлекательный, но применяется он крайне редко, так как проведение таких сварочных работ не для всех по карману.
Виды электродов для подводной сварки
АНО — 1
ЦМ — 7С
ОЗС — 3
Сварочные электроды этих видов идеально подходят для осуществления подводной сварки и конечно же они соответствуют всем необходимым требованиям которые предъявляются к технике безопасности.
Для подводной сварки используется постоянный ток прямой полярности, этот ток просто необходим, так как только с применением такого тока, дуга будет очень хорошо гореть под водой.
Сварочные электроды которые используются для подводной сварки имеют диаметр от 4 до 6 миллиметров.
Для осуществления подводной сварки такими сварочными электродами, напряжение должно составлять 220, 300 или 340 вольт.
Обратите внимание ещё на одну марку сварочных электродов которые так же способны производить сваривание под водой.
Это МГМ — 50К
Электроды этой марки предназначены как для проведения сварочных работ в местах с повышенной влажностью, так же эти электроды используются и для подводной сварки.
Удобство этих электродов заключается в том, что перед тем как начать сваривание, не нужно очищать металл от ржавчины и от всяких различных загрязнений.
Есть ещё один момент, на который следует обратить очень пристальное внимание, подводная сварка вещь прекрасная, но для её осуществления недостаточно иметь правильные электроды и желание что нибудь заварить под водой.
Для проведения сварочных работ под водой, нужен ещё и опытный сварщик, который имеет опыт сварки не только на земле но и под водой соответственно.
С каждым годом технологии стремительно рвутся вперёд, подводная сварка несмотря на некоторые неудобства, набирает всё большую и большую популярность.
Страны ближнего и дальнего зарубежья, так же охотно вносят свой вклад в развитие подводной сварки, есть о чём задуматься.
Подводная сварка является очень нужной и необходимой, ситуации бывают разные, и чем дальше, там чаще они происходят, строительство новых мостов, ремонты судоходных кораблей, мало ли что ещё.
Одно можно сказать точно, что подводная сварка по мимо того, что она является очень важной и нужной, является ещё так же очень красивым зрелищем, мне думается, что любой сварщик, хоть раз но хотел бы попробовать, ощутить на себе все прелести и загадочности подводной сварки.Купить электроды для подводной сварки можно в специальных магазинах, а так же можно заказать данные электроды через интернет.
Цена на сварочные электроды для подводной сварки может быть разнообразной, дело в том, что для определённого процесса требуются определённые электроды, поэтому и цены для каждого случая будут разные.
Напоследок, предлагаю Вам посмотреть короткое видео, о том, как осуществляется подводная сварка.
nzse.ru
Электроды для сварки труб,алюминия,нержавейки:виды,характеристики
Сварочные электроды являются основным расходным материалом для электродуговой сварки. Их выпускается огромное количество марок для самых разнообразных целей, так что у многих людей возникают сложности с выбором этих изделий. В данном разделе вы сможете узнать о том, какие бывают электроды для сварки, для каких металлов они применяются, из чего состоят, как их лучше всего использовать и прочую информацию. Для каждого мастера очень важно разбираться в маркировке, чтобы по одному лишь названию можно было определить, для каких металлов и условий работы подойдет данный присадочный материал.
Помимо основных параметров, которые относятся к составу стержня и его характеристикам, здесь освещены вопросы касающиеся обмазки. Она определяет некоторые свойства полученного шва, дает защиту при сложных условиях сварки и так далее. В то же время она может представлять опасность из-за свойств накопления влаги. Как правильно хранить электроды, чтобы обмазка не повредилась и не впитала большое количество влаги, а также как подготовить инструменты для безопасного использования, рассказывается в статьях этого раздела.
Также важно знать особенности применения. В разделе рассказывается как о конкретных марках, которые стали популярными и часто используемыми, так и о типах в целом. В каждом случае будут свои особенности, знание которых поможет сделать сварку более качественной и надежной. Изучив информацию, вы сможете избежать большинства ошибок, что присутствуют как у новичков, так и у более опытных специалистов. Правильный выбор электрода является основной предпосылкой к этому, а знание всех нюансов его использования, что включает в себя подготовку, непосредственную сварку и после этого, уменьшит количество брака.
В наше время на рынке имеется много отечественных производителей, но появляются зарубежные аналоги. Они также здесь освещены, причем как самостоятельные марки, так и в качестве непосредственной замены аналогичным моделям. Особое внимание уделяется моделям для сваривания металлов, которые сложно поддаются этому процессу, так как на них ложится большая ответственность. Содержание практически каждой статьи переплетено с другими, что находятся в этом и прочих разделах, так как тема сварки в целом и электродов в частности является достаточно обширной.
Читать дальше
svarkaipayka.ru
Электрод для подводной сварки | Банк патентов
Изобретение может быть использовано для ремонта ручной дуговой сваркой металлоконструкций ответственного назначения, в том числе трубопроводов из малоуглеродистых и низколегированных сталей, эксплуатируемых под водой. Стержень электрода выполнен из стали Св08. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: флюорит 19,5-28,0, рутиловый концентрат 18,0-33,5, окись железа 13,0-28,0, полевой шпат 8,0-12,0, магнезит металлургический 4,0-8,0, марганец металлический 5,0-10,0, ферросилиций 0,5-2,0, никелевый порошок 0,5-3,5, карбоксиметилцеллюлоза 1,5-2,0. Коэффициент массы покрытия составляет 22-25%. Изобретение обеспечивает качественное формирование металла шва при сварке во всех пространственных положениях и высокие показатели его механических свойств. 1 ил., 5 табл.
Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной мокрой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Может быть использовано в газовой и других областях промышленности.
Проблема сварки подводных металлоконструкций во всех пространственных положениях на сегодняшний день не решена. Шлаковая система покрытия существующих электродов обеспечивает качественное формирование металла шва преимущественно в нижнем положении. При сварке на вертикальной плоскости и особенно в потолочном положении сварочно-технологические свойства электродов ухудшаются, так как физические свойства шлака, образующегося при плавлении электродного покрытия, не обеспечивают надежную защиту расплавленного металла, не предупреждают его стекание, а также образование подрезов и наплывов. Как результат, формирование наплавленного металла становится неудовлетворительным, механические свойства таких швов резко снижаются. В то же время большинство работ при ремонте подводных металлоконструкций (подводная часть корпуса судов, трубопроводы, вертикальные опоры платформ и стенки портовых сооружений) нужно выполнять именно в пространственных положениях, отличных от нижнего. Поэтому обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях - один из ключевых вопросов при создании электродных материалов, разработке или совершенствовании технологического процесса подводной сварки. Кроме того, уровень механических свойств металла швов не удовлетворяет требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6, что ограничивает применение мокрой подводной сварки узким кругом малоуглеродистых сталей.
Известен электрод ЭПС-52 (Н.М.Мадатов. Подводная сварка и резка металлов. - Ленинград: Судостроение, 1967, с.142) с покрытием рудно-кислого типа, предназначенный для сварки под водой углеродистых и низколегированных сталей, покрытие которого содержит, мас.%:
| Двуокись титана | 35 |
| Полевой шпат | 10 |
| Мрамор | 10 |
| Циркониевая руда | 5 |
| Ферромарганец | 5 |
| Ферротитан | 12 |
| Ферросилиций | 3 |
| Поташ | 10 |
| Жидкое стекло | 20 |
Основными его недостатками являются неудовлетворительные сварочно-технологические свойства и низкий уровень механических свойств из-за очень высокого содержания диффузионного водорода и шлаковых включений.
В качестве прототипа нами избран электрод ЭПС-АН1 (Авторское свидетельство СССР №1706821, МПК В23K 35/365), который позволяет выполнять мокрую подводную сварку во всех пространственных положениях и покрытие которого содержит:
| Полевой шпат | 6…11 |
| Мрамор | 3…7 |
| Ферромарганец | 5…20 |
| Целлюлоза | 1,5…2,5 |
| Рутиловый концентрат | остальное. |
Но указанный электрод не обеспечивает качественное формирование многопроходных стыковых швов. Покрытие электрода-прототипа сугубо рутилового типа и создает короткие шлаки с высокой температурой твердения, что вызывает образование наплавленных валиков с низким коэффициентом формы - валики почти треугольные, довольно высокие, не имеют плавного перехода к поверхности предварительно наплавленных швов. При наплавке следующих швов это приводит к возникновению дефектов в виде несплавлений, зашлаковок, подрезов и т.п. Кроме того, указанные электроды не обеспечивают достаточный уровень механических свойств металла шва.
Задачей изобретения является обеспечение при сварке во всех пространственных положениях качественного формирования металла шва и показателей механических свойств металла шва в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6.
Поставленная задача решается тем, что электрод состоит из стержня из проволоки Св08 и покрытия, содержащего рутиловый концентрат, полевой шпат и ферросилиций, в которое дополнительно введен флюорит, окись железа, магнезит металлургический, марганец металлической, никелевый порошок и карбоксиметилцеллюлоза при таком соотношении компонентов (мас.%):
| Флюорит | 19,5-28,0 |
| Рутиловий концентрат | 18,0-33,5 |
| Окись железа | 13,0-28,0 |
| Полевой шпат | 8,0-12,0 |
| Магнезит металлургический | 4,0-8,0 |
| Марганец металлический | 5,0-10,0 |
| Ферросилиций | 0,5-2,0 |
| Никелевый порошок | 0,5-3,5 |
| Карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0 |
Коэффициент массы покрытия составляет 22…25%.
Снижение температуры твердения шлака, его удлинение, а также увеличение угла смачивания основного метала расплавленным достигнуто путем введения в покрытие сбалансированного количества флюорита и окиси железа. Введение значительного количества фторидов обеспечивает снижение содержания водорода в металле шва, десульфацию расплавленного металла, высокую степень усвоения легкоокисляющихся элементов и вместе с полевым шпатом оказывает содействие образованию шлаковой корки, которая надежно защищает шов от окружающей среды, и получению хорошего формирования. Это техническое решение - результат тщательного исследования влияния компонентов тройной системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов для подводной мокрой сварки.
Сущность проведенных опытов иллюстрирует фиг.1, где на концентрационном треугольнике качественно воспроизведен характер влияния соотношения ингредиентов системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов. Здесь А - область оптимальных составов покрытия электродов, которые соответствуют требованию выполнения мокрой подводной сварки многопроходных стыковых швов во всех пространственных положениях.
Направление 1 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию наплавленных валиков треугольной формы, образованию твердой керамической шлаковой корки со склонностью к заклиниванию при многослойной сварке стыковых соединений, увеличению коэффициента усиления швов, огрублению чешуйчатости, образованию дефектов в виде подрезов, шлаковых включений при сварке многопроходных швов.
Направление 2 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию твердой керамической шлаковой корки, высоких неравномерных грубочешуйчатых, а в конце-концов литых валиков округлой формы, ухудшается отделение шлаковой корки, появляются большие капли рядом со швом, возрастает напряжение дуги, режим становится неустойчивым.
Направление 3 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию валиков с малым усилением, мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к поверхности основного металла или предварительно наплавленных валиков, перенос расплавленного металла приобретает мелкокапельный характер, наблюдается образование аморфовидного шлакового покрытия наплавленных валиков, которое легко удаляется щеткой, возможность качественной сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, ограничивается.
Таким образом, границы содержания флюорита, рутилового концентрата и окиси железа, а также их соотношение в покрытии электрода, который предлагается в качестве изобретения, определены в ходе исследования шлаковой системы CaF2-TiO2-FeO и отвечают значениям области А оптимальных составов системы.
С целью улучшения стабилизации дугового промежутка и обеспечения стабильного горения дуги как на прямой, так и на обратной полярности, а также определенного увеличения коэффициента формы шва в покрытие введен магнезит (в виде магнезита металлургического), что также практически предотвращает разбрызгивание. Введение магнезита в количестве, которое превышает принятый предел, приводит к огрублению чешуйчатости валиков и неравномерности их по высоте.
Окись железа при введении в шлаковую систему CaF2-TiO2 снижает температуру ее плавления, а также коэффициент поверхностного натяжения, что приводит к мелкокапельному переносу расплавленного металла и образованию валиков с мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к основному металлу или металлу предварительно наплавленных валиков. Введение в покрытие предлагаемого электрода FeO в количестве меньшем заявленного, приводит к образованию "горбатых" валиков. Превышение количества FeO свыше предлагаемого предела способствует образованию легкоплавких шлаков, которые делают невозможным качественное формирование вертикальных и потолочных швов. Введение FeO в предлагаемом количестве в присутствии фторида кальция вызывает образование фторидов железа, которые также обеспечивают дополнительное снижение диффузионного водорода в наплавленном металле.
Введение полевого шпата в указанных границах вызывает образование достаточно плотной шлаковой корки и способствует вместе с магнезитом стабилизации дугового промежутка. Увеличение содержания полевого шпата сверх указанного предела приводит к образованию более жидкотекучих шлаков большой массы, что затрудняет сварку в пространственных положениях.
Введение марганца и никеля в принятых пределах обеспечивает получение наплавленного металла, прочностные свойства которого не ниже таковых для свариваемого металла.
Ферросилиций обеспечивает переход необходимого количества марганца в наплавленный металл. Но повышение его содержания выше предлагаемого предела приводит к уменьшению значения пластичности наплавленного металла, которое обусловлено твердорастворным упрочнением ферритной матрицы кремнием.
Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения были изготовлены 5 партий электродов со стержнями из сварочной проволоки Св08 диаметром 4 мм, состав покрытия которых приведен в Таблице 1.
Для оценки сварочно-технологических свойств водолазом-сварщиком в лабораторном бассейне на глубине 2 м во всех пространственных положениях сваривались стыковые образцы из стали Ст3 толщиной 14 мм. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе, Таблица 2, с учетом внешнего вида, отделимости шлака, характера шлаковой корки, разбрызгивания, стабильности горения и т.п. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что электроды с покрытием предложенного состава обеспечивают удовлетворительное формирование многослойных швов во всех пространственных положениях.
| Таблица 1. | |||||||||
| Состав покрытия электродов, масс.% | |||||||||
| ПокрытиеКомпоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
| флюорит | 17 | 19,5 | 23 | 28 | 30 | ||||
| рутиловый концентрат | 35 | 33,5 | 26 | 18 | 16 | ||||
| окись железа | 10 | 13 | 20 | 28 | 30 | ||||
| магнезит | 10 | 8 | 7 | 4 | 3 | ||||
| полевой шпат | 14 | 12 | 10 | 8 | 7 | ||||
| марганец металлический | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | ||||
| никелевый порошок | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||||
| ферросилиций | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||||
| карбоксиметилцеллюлоза | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||||
| Таблица 2. | |||||||||
| Сварочно-технологические свойства электродов | |||||||||
| ПокрытиеСварочно-технолог. свойства | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
| Возможность сварки в нижнем (н), вертикальном (в) и потолочном (п) положениях | нвп | нвп | нвп | нвп | нв | ||||
| Формирование металла швов, баллы (трехбалльная система): | |||||||||
| нижнее | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | ||||
| вертикальное | 2 | 3 | 3 | 3 | 2 | ||||
| потолочное | 1 | 2 | 3 | 2 | - | ||||
Для определения механических свойств металла шва при сварке стали Ст3 были изготовлены электроды со стержнями из проволоки Св08 на базе покрытия №3, Таблица 1, в котором легирующие элементы изменялись в пределах, представленных в Таблице 3.
| Таблица. 3. | |||||
| Состав покрытия электродов со стержнями из проволоки Св08 для испытания механических свойств металла шва | |||||
| Покрытие | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Компоненты | |||||
| базовая шихта | 86 | 87 | 86,5 | 87,5 | 88 |
| марганец металлический | 12 | 10 | 8 | 5 | 3 |
| никелевый порошок | 0 | 0,5 | 2 | 3,5 | 4 |
| ферросилиций | 0 | 0,5 | 1,5 | 2 | 3 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Из сварных соединений, выполненных в нижнем положении, в соответствии с требованиями "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 изготавливались образцы типа Ми12, ГОСТ 6996-66. Результаты испытаний приведены в таблице 4. Их анализ свидетельствует, что электроды с покрытиями №2-4 обеспечивают высокие показатели пластических и прочностных свойств металла шва и удовлетворяют требованиям "Спецификации по подводной сварке" ANSI/AWS D3.6 (δ≥12%, предел прочности металла шва выше предела прочности основного металла).
| Таблица 4. | |||||
| Механические свойства металла швов, выполненных электродами со стержнями из проволоки Св08 | |||||
| Покрытие | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Мех. свойства. металла шва | |||||
| Предел прочности, σb, МПа | 420 | 425 | 445 | 460 | 475 |
| Предел текучести, σt, МПа | 340 | 355 | 370 | 410 | 445 |
| Относительное удлинение, δ, % | 8 | 12 | 14 | 13 | 9 |
Для определения механических свойств металла шва при сварке во всех пространственных положениях использовали электроды с покрытием №3, Таблица 3. Полученные результаты приведены в Таблице 5.
| Таблица 5. | |||
| Механические свойства металла швов при сварке во всех пространственных положениях | |||
| Пространственное положение | Механические свойства | ||
| σt, МПа | σb, МПа | δ, % | |
| Нижнее | 370 | 445 | 14 |
| Вертикальное | 360 | 430 | 12 |
| Потолочное | 365 | 425 | 12 |
Таким образом, предложенный электрод позволяет получить во всех пространственных положениях качественное сварное соединение с необходимым уровнем механических свойств при сварке под водой малоуглеродистых и низколегированных сталей и может быть рекомендован для применения при ремонте подводных трубопроводов.
bankpatentov.ru
Электрод для подводной сварки | Банк патентов
Изобретение может быть использовано для подводной ручной сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности, в частности при ремонте металлоконструкций ответственного назначения, в том числе трубопроводов, которые эксплуатируются в водной среде. Стальной стержень электрода легирован в основном никелем и хромом. Значение никелевого и хромового эквивалентов ограничены величинами 19...32% и 21...33% соответственно. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: флюорит 22,0-31,0, рутиловый концентрат 22,0-37,0, окись железа 15,0-31,0, полевой шпат 8,0-13,0, магнезит металлургический 4,0-9,0, ферросилиций 0,5-2,0, карбоксиметилцеллюлоза 1,5-2,0. Коэффициент массы покрытия составляет 22-25%. Электрод обеспечивает при сварке во всех пространственных положениях качественное формирование металла шва, стойкость сварных соединений против образования холодных трещин в зоне термического влияния низколегированных сталей повышенной прочности и получение показателей механических свойств металла шва на уровне свойств основного металла. 5 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области дуговой сварки плавлением, в частности к разработке сварочных материалов для ручной подводной мокрой сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей повышенной прочности. Может быть использовано в газовой и других областях промышленности.
Проблема сварки подводных металлоконструкций ответственного назначения на сегодняшний день не решена. Механические свойства сварных соединений, в первую очередь пластичность, не соответствуют уровню свойств основного металла. Кроме того, при сварке низколегированных сталей повышенной прочности в зоне термического влияния (ЗТВ) возникают холодные трещины, что делает невозможным эксплуатацию металлоконструкций ("Об оценке свариваемости низколегированных сталей с учетом быстрого охлаждения в условиях подводной сварки". Автомат. сварка, 1988, №12, с.48-50). Такой результат вызван двумя основными факторами, обусловленными наличием водной среды, - высокими скоростями охлаждения и высоким содержанием водорода. Для борьбы с холодными трещинами разработаны электроды, обеспечивающие получение металла шва аустенитного типа, обладающего высокими механическими свойствами и позволяющего избежать образования холодных трещин. Но шлаковая система покрытия таких электродов позволяет получать качественное формирование металла шва только в нижнем положении. При сварке на вертикальной плоскости и особенно в потолочном положении сварочно-технологические свойства электродов ухудшаются, так как физические свойства шлака, образующегося при плавлении электродного покрытия, не создают надежной защиты расплавленного металла, не предупреждают его от стекания, а также образования подрезов и наплывов. Как результат, формирование наплавленного металла становится неудовлетворительным, механические свойства таких швов резко снижаются. В то же время большинство работ при ремонте подводных металлоконструкций (подводная часть корпуса судов, трубопроводы, вертикальные опоры платформ и стенки портовых сооружений) нужно выполнять именно в пространственных положениях, отличных от нижнего. Поэтому обеспечение возможности сварки во всех пространственных положениях - один из ключевых вопросов при создании электродных материалов, разработке или совершенствовании технологического процесса подводной сварки.
Известен электрод (Авторское свидетельство СССР №1540992 от 07.02.90, бюл.№5) со стержнем из высоколегированной проволоки Св.-07Х25Н12Г2Т, покрытие которого содержит (мас.%):
| Мрамор | 10-14 |
| Плавиковый шпат | 18-22 |
| Полевой шпат | 2-4 |
| Ферромарганец | 7-10 |
| Ферротитан | 3-6 |
| Ферросилиций | 3-6 |
| Поташ | 0,5-1,5 |
| Титановый порошок | 4,7-7,7 |
| Двуокись титана | остальное |
Недостатком электрода с таким покрытием является слишком большое количество шлака, образующегося при его плавлении. Хотя это и обеспечивает надежную защиту металла сварочной ванны и шва от водной среды, но делает невозможным выполнение сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего. Кроме того, вследствие недостаточного запаса аустенитности в металле шва близ линии сплавления возникают хрупкие прослойки, склонные к образованию холодных трещин.
Известен также электрод (Патент РФ №2071895, МПК В23К 35/365) со стержнем из высоколегированной проволоки Св.-10Х16Н25АМ6, покрытие которого содержит (мас.%):
| Плавиковый шпат | 36-40 |
| Кварцевый песок | 17-21 |
| Ферромарганец | 8-12 |
| Ферротитан | 4-6 |
| Ферросилиций | 4-6 |
| Поташ | 1-3 |
| Окись хрома | 1-3 |
| Двуокись титана | 9-29 |
При таком соотношении CaF2 и TiO2 перенос расплавленного металла имеет ярко выраженный крупнокапельный характер, который значительно ухудшает стабильность горения дуги. Высокое содержание SiO2 приводит к увеличению вязкости шлака, вследствие чего он не полностью укрывает наплавленный металл, формирование шва ухудшается, что делает невозможной сварку в пространственных положениях, отличных от нижнего. Это подтверждается результатами испытаний сварочно-технологических свойств, проведенных разработчиками электрода (Сварочное производство, №11, 2000 г.).
Оба эти электрода позволяют получить сварные соединения с уровнем механических свойств, который отвечает уровню свойств основного металла, и избежать образования холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности. Но их сварочно-технологические свойства не удовлетворяют поставленным требованиям.
В качестве прототипа нами избран электрод (Авторское свидетельство СССР 1549706 от 15.03.90, бюл. №10), покрытие которого содержит (мас.%):
| Мрамор | 14-16 |
| Плавиковый шпат | 24-26 |
| Полевой шпат | 3-5 |
| Ферромарганец | 9-11 |
| Ферротитан | 4-6 |
| Ферросилиций | 4-6 |
| Поташ | 0,5-1,5 |
| Двуокись титана | остальное |
Стержнями электродов служит стальная высоколегированная проволока, которая содержит хром и никель в количестве не менее соответственно 13,5 и 22%.
По нашему опыту исследования шлаковых систем диапазон соотношений TiO2/CaF2, использованный в прототипе, не является оптимальным для качественного формирования сварных швов под водой, а введение в эту систему мрамора в количествах, которые превышают 10%, еще и ухудшает сварочно-технологические свойства электродного покрытия. Это не позволяет использовать их для качественной сварки во всех пространственных положениях. Кроме того, введение мрамора не оправданно из-за того, что некоторое (до 5%) уменьшение содержания водорода в наплавленном металле при разбавлении атмосферы дугового промежутка газообразными продуктами разложения мрамора практически не имеет значения из-за аустенитной структуры металла швов.
Задачей изобретения является обеспечение при сварке во всех пространственных положениях качественного формирования металла швов, стойкости сварных соединений против образования холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности и показателей механических свойств металла швов на уровне свойств основного металла.
Поставленная задача решается тем, что электрод для подводной сварки, включающий стержень из высоколегированной стали и покрытие, содержащее рутиловый концентрат, полевой шпат, флюорит и ферросилиций, отличается от известных тем, что значения никелевого и хромового эквивалентов стержня ограничены следующими величинами: Niэкв. 19...32%, Crэкв. 21...33%, а покрытие содержит окись железа, магнезит металлургический и карбоксиметилцеллюлозу при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| флюорит | 22,0-31,0 |
| рутиловый концентрат | 22,0-37,0 |
| окись железа | 15,0- 31,0 |
| полевой шпат | 8,0-13,0 |
| магнезит металлургический | 4,0-9,0 |
| ферросилиций | 0,5-2,0 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 1,5-2,0, |
при этом коэффициент массы покрытия составляет 22...25%.
Снижение температуры твердения шлака, его удлинение, а также увеличение угла смачивания основного метала расплавленным достигнуты путем введения в покрытие сбалансированного количества флюорита и окиси железа. Введение значительного количества фторидов обеспечивает снижение содержания водорода в металле шва, десульфацию расплавленного металла, высокую степень усвоения легкоокисляющихся элементов и вместе с полевым шпатом оказывает содействие образованию шлаковой корки, которая надежно защищает шов от окружающей среды, и получению хорошего формирования. Это техническое решение - результат тщательного исследования влияния компонентов тройной системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов для подводной мокрой сварки. Использование в качестве стержня высоколегированной проволоки гарантирует получение металла шва аустенитного типа, благодаря которому исключается образование холодных трещин в ЗТВ низколегированных сталей повышенной прочности.
Сущность проведенных опытов иллюстрирует чертеж, где на концентрационном треугольнике качественно воспроизведен характер влияния соотношения ингредиентов системы CaF2-TiO2-FeO на сварочно-технологические свойства электродов. Здесь А - область оптимальных составов покрытия электродов для выполнения мокрой подводной сварки во всех пространственных положениях многопроходных стыковых швов.
Направление 1 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию наплавленных валиков треугольной формы, образованию твердой керамической шлаковой корки со склонностью к заклиниванию при многослойной сварке стыковых соединений, увеличению коэффициента усиления швов, огрублению чешуйчатости, образованию дефектов в виде подрезов, шлаковых включений при сварке многопроходных швов.
Направление 2 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию твердой керамической шлаковой корки, высоких неравномерных грубочешуйчатых, а в конце концов литых валиков округлой формы, ухудшается отделение шлаковой корки, появляются большие капли рядом со швом, возрастает напряжение дуги, режим становится неустойчивым.
Направление 3 - при таком изменении соотношений ингредиентов увеличивается склонность к образованию валиков с малым коэффициентом усиления, мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к поверхности основного металла или предварительно наплавленных валиков, перенос расплавленного металла приобретает мелкокапельный характер, наблюдается образование аморфноподобного шлакового покрытия наплавленных валиков, которое легко удаляется щеткой, возможность качественной сварки в пространственных положениях, отличных от нижнего, ограничивается.
Таким образом границы содержания флюорита, рутилового концентрата и окиси железа, а также их соотношение в покрытии электрода, который предлагается в качестве изобретения, определены в ходе исследования шлаковой системы CaF2-TiO2-FeO и отвечают значениям области А оптимальных составов системы.
С целью улучшения стабилизации дугового промежутка и обеспечения стабильного горения дуги как на прямой, так и на обратной полярности, а также определенного увеличения коэффициента формы в покрытие введен магнезит (в виде магнезита металлургического), что также практически предотвращает разбрызгивание. Введение магнезита в количестве, которое превышает принятый предел, приводит к огрублению чешуйчатости валиков и неравномерности их по высоте.
Окись железа при введении в шлаковую систему CaF2-TiO2 снижает температуру ее плавления, а также коэффициент поверхностного натяжения, что приводит к мелкокапельному переносу расплавленного металла и образованию валиков с мелкочешуйчатой поверхностью и плавным переходом к основному металлу или металлу предварительно наплавленных валиков. Введение в покрытие предлагаемого электрода FeO в количестве, меньшем заявленного, приводит к образованию "горбатых" валиков. Превышение количества FeO свыше предлагаемого предела способствует образованию легкоплавких шлаков, которые делают невозможным качественное формирование вертикальных и потолочных швов. Введение FeO в предлагаемом количестве в присутствии фторида кальция вызывает образование фторидов железа, которые также обеспечивают дополнительное снижение диффузного водорода в наплавленном металле.
Введение полевого шпата в указанных границах вызывает образование достаточно плотной шлаковой корки и способствует вместе с магнезитом стабилизации дугового промежутка. Увеличение содержания полевого шпата сверх указанного предела приводит к образованию более жидкотекучих шлаков большой массы, что затрудняет сварку в пространственных положениях.
Ферросилиций способствует переходу необходимого количества марганца из стержня в наплавленный металл. Но повышение его содержания выше предлагаемого предела приводит к росту внутрикристаллитной ликвации в металле аустенитных швов, вследствие чего происходит обогащение кремнием пограничных слоев дендритов. При этом снижается критическая скорость деформирования аустенитного металла швов и их стойкость против образования горячих трещин.
Состав сварочной проволоки был выбран из следующих соображений. Недостаточный уровень легирования (Niэкв.<19% и Crэкв.<21%) приводит к образованию в металле шва близ линии сплавления хрупкой мартенситной прослойки, пораженной холодными трещинами. При использовании проволок с избыточным уровнем легирования возникает риск образования горячих трещин, который можно уменьшить путем введения молибдена. Это позволяет установить верхнюю границу легирования на уровне Niэкв.=32% и Crэкв.=33%.
Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения были изготовлены 5 партий электродов диаметром 4 мм со стрежнями из проволоки Св.-10Х16Н25АМ6 с никелевым эквивалентом 28,81% и хромовым эквивалентом 21,8%, состав покрытия которых приведен в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||
| Состав покрытия электродов, мас.% | |||||
| ПокрытиеКомпоненты | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| флюорит | 20 | 22 | 26 | 31 | 34 |
| рутиловый концентрат | 39 | 37 | 29 | 22 | 18 |
| окись железа | 11 | 15 | 22 | 31 | 34 |
| магнезит | 11 | 9 | 8 | 4 | 3 |
| полевой шпат | 15 | 13 | 11 | 8 | 7 |
| ферросилиций | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| карбоксиметилцеллюлоза | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Для оценки сварочно-технологических свойств водолазом-сварщиком в лабораторном бассейне на глубине 2 м во всех пространственных положениях сваривались стыковые образцы из стали Ст3 толщиной 14 мм. Формирование наплавленного металла оценивалось по трехбалльной системе с учетом внешнего вида, отделимости шлака, характера шлаковой корки, разбрызгивания, стабильности горения и т.п., таблица 2. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что электроды с покрытием предложенного состава обеспечивают удовлетворительное формирование многослойных швов во всех пространственных положениях.
При изготовлении электродов для дальнейших испытаний использовали покрытие №3, таблица 1.
Испытания изготовленных электродов включали сварку и металлографические исследования технологических проб типа Теккен и сварку стыковых соединений в нижнем, вертикальном и потолочном положениях для определения механических свойств. В качестве основного металла использовали сталь 17Г1С, предрасположенную к образованию холодных трещин в ЗТВ.
Для определения трещиностойкости сварных соединений в качестве стержней использовали экспериментальные проволоки с легированием в пределах Niэкв.=19...32% и Crэкв.=21...33%, таблица 3. Результаты испытаний приведены в таблице 4.
Таким образом, использование стержней из проволок с уровнем легирования Niэкв.=19...32% и Crэкв.=21...33% обеспечивает получение сварных соединений без трещин.
Для определения механических свойств металла шва были изготовлены электроды со стержнями из проволоки Св.-10Х16Н25АМ6. Результаты испытаний приведены в таблице 5. Их анализ позволяет сделать следующие выводы. Электроды предложенного состава обеспечивают отсутствие трещин как в металле шва, так и в зоне термического влияния и уровень механических свойств, который превышает уровень механических свойств стали 17Г1С.
| Таблица 5 | ||||
| Результаты испытаний электродов со стержнями из проволоки Св.-10X16h35AM6 | ||||
| Пространственное положение | Механические свойства металла шва | Испытания пробы Теккен | ||
| σt, МПа | σb, МПа | δ, % | ||
| Нижнее | 420 | 590 | 32 | трещин нет |
| Вертикальное | 390 | 570 | 32 | |
| Потолочное | 380 | 570 | 30 | |
Таким образом, предложенный электрод позволяет получить во всех пространственных положениях качественное сварное соединение с необходимым уровнем механических свойств при сварке под водой низколегированной стали повышенной прочности без холодных трещин в зоне термического влияния и может быть рекомендован для применения при ремонте подводных трубопроводов.
bankpatentov.ru
Электроды для подводной сварки Broco
ВНИМАНИЕ! ЦЕНА НА ВСЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ВОДОЛАЗНОЕ СНАРЯЖЕНИЕ - ПО ЗАПРОСУ!
Компания BROCO выпускает две серии электродов для подводной сварки: недорогая серия EasyTouch для неконструкционной сварки (только для углеродистой стали) и серия SofTouch для выполнения сварки ответственных конструкций. Проведенные испытания электродов серии EasyTouch показали механические свойства сварного шва на уровне Э42. Электроды серии SofTouch обеспечивают качество сварного шва, сравнимое со сваркой на поверхности для любых видов швов: горизонтальных, вертикальных, потолочных.
| Технические характеристики электродов для сварки BROCO
| ||||
| Артикул | Диаметр,мм | Длина,мм | Кол-во в упаковке | Вес упаковки, кг |
| UW/EZ-1 | 3,2 | 350 | 95 | 3,6 |
| UW/EZ-2 | 4,0 | 350 | 69 | 3,6 |
| UW/EZ-3 | 4,8 | 350 | 48 | 3,6 |
| UW/SS-1 | 3,2 | 350 | 95 | 3,6 |
| UW/SS-2 | 4,0 | 350 | 69 | 3,6 |
| UW/CS-1 | 3,2 | 350 | 95 | 3,6 |
| UW/CS-2 | 4,0 | 350 | 69 | 3,6 |
| UW/CS-3 | 4,8 | 350 | 48 | 3,6 |
b-diver.ru
