Реестр российских патентов

ГЛАВНАЯ УСЛУГИ ЦЕНЫДОКУМЕНТЫ СТАТЬИВЕДОМСТВАРЕЕСТР ПАТЕНТОВРЕЕСТР ТОВАРНЫХ ЗНАКОВКОНТАКТЫРЕЕСТР ТОВАРНЫХ ЗНАКОВРЕЕСТР ПАТЕНТОВ

Назад к списку


РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА
ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ,
ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ
(19) RU (11) 2257987 (13) C1
(51)  МПК 7     B23K35/365
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
Статус: по данным на 18.01.2011 - прекратил действие

(21), (22) Заявка: 2003132747/02, 10.11.2003

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
10.11.2003

(45) Опубликовано: 10.08.2005

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: RU 2102208 С1, 20.01.1998. SU 1738567 А1, 07.06.1992. RU 2125927 С1, 10.02.1999. RU 2220833 С1, 20.08.2003.

Адрес для переписки:
191014, Санкт-Петербург, ул. Маяковского, 31/1, ООО "ПЕТРОТРАНС", А.Н. Носенкову

(72) Автор(ы):
Малышевский В.А. (RU),
Брусницын Ю.Д. (RU),
Грищенко Л.В. (RU),
Васильева Л.П. (RU),
Воронова О.В. (RU),
Гуц А.В. (RU),
Демянцевич Н.В. (RU),
Дикарев В.В. (RU),
Лившиц И.М. (RU),
Миронов Ю.М. (RU),
Носенков А.Н. (RU),
Рогов В.С. (RU),
Самородов И.Г. (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Катков Андрей Львович (RU),
Малов Евгений Иванович (RU),
Свенцицкий Александр Трофимович (RU)

(54) ЭЛЕКТРОДНОЕ ПОКРЫТИЕ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано при изготовлении сварочных электродов основного типа для ручной дуговой сварки судовых конструкций и конструкций нефтегазового комплекса из углеродистых и низколегированных сталей. Покрытие содержит мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, магнезит, ферросилиций, рутил или диоксид титана, ферромарганец из железомарганцевых конкреций (ЖМК), содержащих редкоземельные металлы и пластификаторы. Кроме того, в его состав входит минеральный сплав, содержащий не менее 45,0% оксида алюминия, и железорудные окатыши, содержащие не менее 90% оксида железа (III). Покрытие позволяет полностью предотвратить пористость, обеспечивает легкое зажигание дуги и хорошее формирование наплавленного металла во всех пространственных положениях, в том числе, с обратной стороны шва при сварке по зазору. 3 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области сварочных материалов, в частности к электродным покрытиям основного типа сварочных электродов для ручной дуговой сварки судовых конструкций и конструкций нефтегазового комплекса из углеродистых и низколегированных сталей.

Известно электродное покрытие основного типа для сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей для электродов марки УОНИИ-13/55, содержащее, мас.%: плавиковый шпат - 15,0, мрамор - 53,0, ферросилиций - 5,0-6,0, ферротитан - 9,0, кварцевый песок - 9,0, ферромарганец - 5,0-6,0, слюду-мусковит - 2,0, натрий-карбоксиметилцеллюлозу очищенную 85/С«O» - 0,5, стекло натриевое жидкое (к массе сухой смеси) плотностью 1,44-1,52 г/см3 - 28,0-30,0 (ОСТ 5.9224-75, стр.20).

Недостатком аналога является то, что электродное покрытие в процессе сварки образует жидкоподвижный шлак, затрудняющий сварку в потолочном и вертикальном положениях и не позволяющий производить сварку с обратным формированием шва. Наиболее существенным его недостатком является ухудшение сварочно-технологических свойств электродов в последние десятилетия (80-90-е годы), связанное с последовательным повсеместным переводом производства электродов на жидкие стекла меньшей плотности, которое привело к снижению содержания кремнезема в покрытии электродов (и шлаков соответственно) на 4-7%.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по компонентному составу является электродное покрытие (патент РФ №2102208, В 23 К 35/365, опубл. 1998 г.), содержащее, мас.%: мрамор 47,0-52,0, плавиковый шпат 7,0-9,4, лигатуру, содержащую марганец, 1,5-5,0, ферросилиций 2,0-5,0, ферротитан 7,0-12,0, двуокись титана 3,0-10,0, магнезит 5,0-8,0, слюду-мусковит 4,0-7,0, глинозем 3,0-7,0, поташ 0,5-3,0, пластификатор 0,2-1,0, кварцевый песок 3,0-9,0, при отношении содержаний мрамора к плавиковому шпату 5,5-7,0.

Недостатком прототипа является введение глинозема и слюды-мусковита в количестве 7,0-14,0% суммарно, что способствует появлению пористости в наплавленном металле и металле шва, обусловленной наличием прочно связанной воды в слюде-мусковите и образованием гидратированных соединений алюминия (гидратов, гидроксоалюминатов) при высокотемпературном распаде слюды-мусковита и взаимодействии глинозема с жидким стеклом.

При создании изобретения ставилась задача улучшения сварочно-технологических свойств за счет полного предотвращения пористости, обеспечения легкого зажигания дуги и надлежащего формирования наплавленного металла во всех пространственных положениях, в том числе с обратной стороны шва при сварке по зазору.

Это достигается тем, что в электродное покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, магнезит, ферросилиций, рутил или диоксид титана, пластификаторы, введены: ферромарганец из железомарганцевых конкреций (ЖМК), которые содержат редкоземельные металлы (РЗМ), минеральный сплав, содержащий не менее 45,0% оксида алюминия, железорудные окатыши, содержащие не менее 90% оксида железа (III) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Мрамор16,0-30,0
Плавиковый шпат0,5-10,0
Кварцевый песок0,5-13,0
Магнезит15,0-22,0
Ферросилиций5,0-10,0
Рутил или диоксид титана3,0-10,0
Ферромарганец из ЖМК6,0-13,0
Минеральный сплав8,0-20,0
Железорудные окатыши2,0-5,0
Пластификаторыдо 2,5

Основные отличительные признаки предлагаемого электродного покрытия определяются использованием в нем ферромарганца из железомарганцевых конкреций (ЖМК), которые содержат редкоземельные металлы (РЗМ), минерального сплава, содержащего не менее 45,0% оксида алюминия, железорудных окатышей, содержащих не менее 90% оксида железа (III).

Ферромарганец из ЖМК, как продукт переработки железо-марганцевых конкреций, содержащих незначительные примеси других металлов, в том числе, лантаноиды, улучшает сварочно-технологические свойства электродов, обеспечивая хорошее формирование наплавляемого металла с плавным переходом к свариваемому металлу и к поверхности предыдущего наплавленного слоя, легкое повторное зажигание дуги, легкое отделение шлака вплоть до самоотделения. Наличие в ферромарганце церия и других РЗМ способствует также измельчению структуры наплавленного металла и снижению в нем диффузионно-подвижного водорода, благодаря чему обеспечиваются повышенные характеристики хладостойкости наплавленного металла и металла шва.

Минеральный сплав, в котором оксид алюминия преимущественно связан в алюминаты и алюмосиликаты и максимально защищен от контактного взаимодействия с жидким стеклом, надежно обеспечивает предотвращение пористости в наплавленном металле (металле шва), а также признаков ее возможного появления - многочисленных пор в шлаковой корочке, тогда как использование в покрытии электродов, принятых за прототип, слюды-мусковит и глинозема способствует появлению в покрытиях гидратированных соединений алюминия, как продуктов высокотемпературного разложения слюды-мусковита и взаимодействия глинозема с избыточной щелочью жидкого стекла.

В таблице 1 представлены рецептуры образцов электродов (покрытий), в которые оксид алюминия вводился со слюдой-мусковит (обр. №10), в виде кианита химического обогащения, стабилизированного прокалкой при температуре 800-900°С (образцы №8, 9, 11) и, преимущественно, с минеральным сплавом (образцы №1-7 и 12).

При многослойной наплавке образцы с кианитом показывали наличие пористости в шлаке, а во втором и последующих слоях - появление стартовой пористости и отдельных пор по всей длине наплавляемого валика (100 мм). Образец №10 (слюда-мусковит) показал массовую пористость в шлаке и поры в первом и втором слое наплавляемого металла.

При наплавке и сварке электродами, в электродное покрытие которых введен минеральный сплав (образцы №1-7 и 12), поры в шлаке, в наплавленных валиках и металле шва отсутствовали.

Испытания сварочно-технологических свойств всех образцов №1-6, 11 и 12 показали ровное и спокойное формирование наплавляемого металла, хорошее отделение шлака, кроме сварки первых проходов в разделку, где наблюдалось затрудненное отделение шлака (проявление эффекта заклинивания), возможность формирования валика с обратной стороны шва при сварке по зазору. Положительный эффект достигнут за счет повышения содержания оксида кремния в сварочном покрытии по сравнению с прототипом.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется диаграммами фазовых равновесий, представленными на фиг.1-3. На диаграммы нанесены фигуративные точки, координаты которых определены соответствующими выборками максимальной весомости (от 50 до 72%) из расчетных составов шлака (расплавленного при сварке электродного покрытия) образцов электродов, а также электродного покрытия, принятого за прототип (табл.2).

На фиг.1 (система CaO-MgO-SiO2-15%Al2O3) фигуративные точки и поле оптимальных составов преимущественно расположены в поле кристаллизации шпинели MgO·Al2O3 между изотермами 1300-1500°С.

Точки образца №12 расположены в поле кристаллизации периклаза вблизи изотермы 1700°С. Все это означает, что в поле оптимальных составов входят шлаки, которые могут быть основой для расчета состава электродных покрытий, обладающих наименьшей температурой плавления (легкоплавкие покрытия) - область точек 1, 3 и наиболее тугоплавких - область точек 2, 4, 12.

Повышение температуры плавления электродного покрытия здесь достигается увеличением содержания в составе образующегося шлака оксида магния и снижением содержания оксида кремния.

На фиг.2 и 3 (системы CaO-SiO2-CaF2, CaO-SiO2-TiO2) поле оптимальных составов преимущественно расположено в поле кристаллизации волластонита -CaO·SiO2 между изотермами 1300-1450°С. Повышение температуры плавления здесь связывается с увеличением содержания в шлаке оксида кальция и снижением содержания фтористого кальция.

На всех фигурах показан средний состав шлака, образующегося при расплавлении электродного покрытия - прототипа. Его свойства определяются полями кристаллизации соединения 2CaO·SiO2 (фиг.1 и 2) и перовскита СаО·TiO2 (фиг.3).

От прототипа предлагаемое электродное покрытие отличается более низким температурным интервалом расплавления покрытия, что способствует снижению уровня содержания неметаллических включений в металле шва и улучшению, соответственно, его эксплуатационных характеристик.

Из изложенного следует, что существенным отличием предлагаемого изобретения от прототипа является хорошая управляемость составом покрытия и его физическими характеристиками, оказывающими влияние на качество выполнения сварочных работ в различных пространственных положениях.

Не менее существенным отличием от аналога и прототипа является введение в электродное покрытие оксидов железа в виде порошка железорудных окатышей, представляющих собой оксид железа (III), наиболее легко отдающий свой кислород, который в свою очередь расходуется на окисление углерода, в том числе в виде карбидов, водорода, серы, способствуя тем самым повышению рабочих характеристик металла сварных швов.

В таблице 3 представлены результаты испытаний электродов (образцы №1, 3, 6, 7, 8, 11) на определение химического состава наплавленного металла и механических свойств металла шва. Они позволили уточнить оптимальную область составов электродного покрытия и исключить из нее наиболее легкоплавкие составы, не обеспечивающие стабильности сварочно-технологических свойств (образцы №5, 8). Представленные результаты испытаний образцов №1, 6 и 7 (электроды диаметром 4 мм) подтверждают улучшение механических свойств наплавленного металла (разделка А по ГОСТ 9466-75) при применении ферромарганца из ЖМК (образцы №1 и 6) по сравнению с применением обычного ферромарганца ФМн88 (образец №7).

Таким образом, испытания показали, что при использовании в составе электродного покрытия ферромарганца из ЖМК, минерального сплава, железорудных окатышей при соответствующей минеральной композиции, подобранной и рассчитанной для получения необходимых физико-химических характеристик этого покрытия и образующегося при сварке шлака, получены хорошие сварочно-технологические свойства электродов при сварке во всех пространственных положениях, а именно:

- легкое зажигание дуги;

- ровное формирование валика с хорошей растекаемостью и плавным переходом к предыдущему слою или основному металлу;

- хорошее отделение шлака с поверхности наплавляемых валиков вплоть до самоотделения;

- отсутствие и надежное предотвращение появления пористости в металле шва;

- возможность сварки по зазору с обратным формированием шва.

В результате получены хорошие механические свойства металла шва (наплавленного металла), в том числе при отрицательных температурах, удовлетворяющие требованиям Российского Морского Регистра судоходства (категория 4 YHH).


Формула изобретения

Электродное покрытие, содержащее мрамор, плавиковый шпат, кварцевый песок, магнезит, ферросилиций, рутил или диоксид титана, ферромарганец и пластификаторы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит минеральный сплав, содержащий не менее 45,0% оксида алюминия, и железорудные окатыши, содержащие не менее 90% оксида железа (III), а в качестве ферромарганца - ферромарганец из железомарганцевых конкреций (ЖМК), содержащих редкоземельные металлы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор16,0-30,0
Плавиковый шпат0,5-10,0
Кварцевый песок0,5-13,0
Магнезит15,0-22,0
Ферросилиций5,0-10,0
Рутил или диоксид титана3,0-10,0
Ферромарганец из ЖМК6,0-13,0
Минеральный сплав8,0-20,0
Железорудные окатыши2,0-5,0
ПластификаторыДо 2,5

РИСУНКИ


MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 11.11.2007

Извещение опубликовано: 10.07.2009        БИ: 19/2009