состав сварочной проволоки

Классы МПК:B23K35/30 с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 1550°C 
C22C9/06 с никелем или кобальтом в качестве следующего основного компонента
C22C9/10 с кремнием в качестве следующего основного компонента 
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-10-07
публикация патента:

Изобретение может быть использовано при изготовлении и ремонте изделий из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18%, в том числе эксплуатирующихся в морской воде (рыбозащитные устройства, насосы и др.). Сварочная проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: никель 9,0-20,0, железо 0,6-1,5, марганец 0,8-1,5, титан 0,2-0,4, кремний 0,08-0,15, медь - остальное. Суммарное количество раскислителей (Mn+Ti+Si) должно быть не менее 1,15 мас.%. Содержание никеля в сварочной проволоке должно превышать содержание его в свариваемом сплаве не менее чем на 1%. Проволока обладает высокими сварочно-технологическими свойствами и обеспечивает получение коррозионно-стойких сварных соединений с плотным металлом шва, без трещин, пор и других дефектов. 1 табл.

Формула изобретения

Состав проволоки для сварки медноникелевых сплавов, включающий никель, железо, марганец и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель9,0-20,0
железо0,6-1,5
марганец0,8-1,5
титан0,2-0,4
кремний0,08-0,15
медьостальное,

при этом суммарное количество раскислителей (Mn+Ti+Si) составляет не менее 1,15 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сплавам для сварочных проволок и может быть использовано при изготовлении и ремонте изделий из медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18%, в том числе эксплуатирующихся в морской воде (рыбозащитные устройства, насосы и др.).

Известен состав сварочной проволоки марки МНЖКТ 5-1-0,2-0,2 (ГОСТ 492-73), применяемой для аргонодуговой сварки изделий из медно-никелевого сплава марки МНЖ 5-1, мас.%:

никель5,0-6,5
железо1,0-1,4
марганец0,3-0,8
титан0,1-0,3
кремний0,15-0,30
медьостальное

Однако применение этой проволоки для сварки медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8-18% не обеспечивает коррозионной стойкости металла шва на уровне коррозионной стойкости основного металла из-за низкого содержания в ней никеля (5,0-6,5%).

За рубежом при аргонодуговой сварке медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 9-12% (типа «Купроникель 90/10», «Кунифер 90/10») используют сварочную проволоку марки SG-CuNi30F, ESAB OK из сплава следующего состава (Кари Лахти, Юкка Луккари, ЭСАБ, Финляндия, Сварка медно-никелевых сплавов на судоверфи Kvaerner Masa-Yards. Svetsaren. Сборник статей по сварке концерна ЭСАБ. 2002 г., том 57, №2, с.9-11), мас.%:

никель29,0-32,0
железо0,4-0,75
марганец1,0
титан0,2-0,3
медьостальное

Однако содержание никеля (29,0-32,0) в этой проволоке значительно превышает содержание его в основном металле (9,0-12,0%), что приводит к усилению коррозии основного металла вблизи границы сплавления со швом. Кроме того, стоимость проволоки с повышением содержания в ней никеля значительно увеличивается.

Наиболее близким по составу к предлагаемому сплаву для сварочной проволоки, принятым нами за прототип, является присадочный материал для сварки медно-никелевого сплава (патент №2240866, ФРГ, опубл. 21.02.74) следующего состава, мас.%:

никель8,0-24,0
железо0,1-2,0
марганец0,1-2,0
ниобий0,05-1,5
медьостальное

Однако при сварке изделий из медно-никелевого сплава с содержанием никеля 8,0-18,0% этим присадочным материалом в металле шва сварного соединения образуются отдельные поры и скопления пор, что говорит о недостаточном количестве раскислителя в составе данного присадочного материала. Кроме того, при сварке многослойных швов проволокой с содержанием железа на уровне 1,6-2,0% в металле шва возможно образование обогащенной железом состав сварочной проволоки, патент № 2309828 -фазы, что приводит к снижению коррозионной стойкости металла шва из-за протекания язвенной коррозии.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка состава сварочной проволоки с высокими сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающего получение коррозионно-стойких сварных соединений с плотным металлом шва, без трещин, пор и других дефектов.

Технический результат достигается тем, что в сварочную проволоку, содержащую никель, железо, марганец и медь, дополнительно введены титан и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель9,0-20,0
железо0,6-1,5
марганец0,8-1,5
титан0,2-0,4
кремний0,08-0,15
медьостальное

при этом суммарное количество раскислителей (Mn +Ti +Si) должно быть не менее 1,15 мас.%, а содержание никеля в сварочной проволоке должно превышать содержание его в свариваемом сплаве не менее чем на 1% (для сварки изделий, эксплуатирующихся в морской воде).

Для того, чтобы получить высокую коррозионную стойкость сварного соединения в морской воде, необходимо обеспечить близость химического состава свариваемого сплава и металла шва. При этом стационарный потенциал металла шва в морской воде должен иметь более положительное значение, чем стационарный потенциал сплава, в противном случае металл шва будет протектором по отношению к металлу трубы и, следовательно, будет подвергаться интенсивной коррозии. Чтобы металл шва имел более положительный стационарный потенциал, чем основной металл, содержание никеля в металле шва должно быть выше, чем его содержание в сплаве (желательно не менее чем на 1%, и не более чем на 10%).

Поэтому для сварки медно-никелевых сплавов с содержанием никеля 8,0-18,0% содержание его в сварочной проволоке должно составлять 9,0-20,0%.

Для повышения стойкости металла шва против струевой коррозии вводим в сварочную проволоку железо в пределах от 0,6 до 1,5%. При таком содержании железа оно находится в металле шва в виде твердого раствора. При большем содержании железа в металле шва при многослойной сварке возможно выделение состав сварочной проволоки, патент № 2309828 -фазы из твердого раствора железа в меди, что приводит к снижению коррозионной стойкости металла шва.

Марганец является хорошим раскислителем, кроме того, он парализует вредное влияние серы. Поэтому с целью повышения качества металла шва в состав сварочной проволоки вводится марганец в количестве 0,8-1,5%. Однако этого количества марганца не достаточно для полного раскисления металла сварочной ванны. В то же время при увеличении содержания марганца свыше 1,5% в металле шва обнаруживаются шлаковые включения, что снижает качество сварного соединения.

Для обеспечения полного раскисления металла сварочной ванны и стабилизации величины зерна металла шва в состав сплава для сварочной проволоки также введены титан в количестве 0,2-0,4% и кремний в количестве 0,08-0,15%. При более низком содержании титана и кремния не обеспечивается полное раскисление металла шва. Более высокое содержание титана и кремния в проволоке может привести к образованию в металле шва интерметаллидов (химических соединений титана с медью, титана с никелем и кремния с никелем). В случае образования интерметаллидов технологическая прочность при сварке снижается, что может привести к образованию трещин в металле шва.

Было также установлено, что для обеспечения отсутствия пор в металле шва суммарное количество раскислителей (марганец,титан, кремний) не должно быть менее 1,15 мас.%.

Опробование сварочной проволоки проводили при сварке труб с толщиной стенки 5 мм из медно-никелевого сплава, содержащего, мас.%: 10,22 Ni; 1,43 Fe; 0,66 Mn, Cu - остальное, ручным аргонодуговым способом неплавящимся электродом на постоянном токе прямой полярности.

Было исследовано 4 состава сплавов для сварочной проволоки с различным содержанием компонентов. Оценивалось влияние состава сплава на наличие в металле шва пористости или других дефектов и включений состав сварочной проволоки, патент № 2309828 -фазы, снижающей коррозионную стойкость металла шва.

Результаты опробования приведены в таблице.

Таблица

Составы сплавов для сварочной проволоки и результаты их опробования

Проволока Массовая доля элементов, %Наличие пористости

или других дефектов
Наличие состав сварочной проволоки, патент № 2309828 -фазы в

структуре металла шва
 NiFe MnTiSi NbCu
Заявляемый состав9,01,5 0,80,4 0,15-Остальное --
 15,20,96 1,10,28 0,1-35 --
  20,00,6 1,50,20,08 -"- -
Прототип 18,21,90,65 --0,33 "Отдельные поры и скопления пор диаметром до 0,6 ммВключения состав сварочной проволоки, патент № 2309828 -фазы

Экономический эффект от предложенного изобретения в сравнении с прототипом обеспечивается за счет улучшения качества изделий из медно-никелевых сплавов.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2309828

patent-2309828.pdf

Класс B23K35/30 с основным компонентом, плавящимся при температуре ниже 1550°C 

быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония -  патент 2517096 (27.05.2014)
сварочная проволока -  патент 2511382 (10.04.2014)
пригодный для сварки, жаропрочный, стойкий к окислению сплав -  патент 2507290 (20.02.2014)
гамма/гамма' -суперсплав на основе никеля с многочисленными реакционно-активными элементами и применение указанного суперсплава в сложных системах материалов -  патент 2500827 (10.12.2013)
ролик для поддерживания и транспортирования горячего материала, имеющий наплавленный посредством сварки материал, присадочный сварочный материал, а также сварочная проволока для проведения наплавки сваркой -  патент 2499654 (27.11.2013)
аустенитный сварочный материал и способ профилактического технического обслуживания для предотвращения коррозионного растрескивания под напряжением и способ профилактического технического обслуживания для предотвращения межкристаллитной коррозии с его использованием -  патент 2488471 (27.07.2013)
сварочная проволока из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки оцинкованного стального листа и способ дуговой сварки оцинкованного стального листа с применением указанной сварочной проволоки -  патент 2482947 (27.05.2013)
сварочная проволока из низкоуглеродистой легированной стали -  патент 2477334 (10.03.2013)
способ нанесения покрытия на поверхность деталей с помощью электроконтактной сварки с использованием порошкового присадочного материала, содержащего железный порошок, и присадочный материал для его осуществления -  патент 2473413 (27.01.2013)
твердый припой -  патент 2469829 (20.12.2012)

Класс C22C9/06 с никелем или кобальтом в качестве следующего основного компонента

Класс C22C9/10 с кремнием в качестве следующего основного компонента 

Наверх