КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС-ДОБАВКА
CERAMIC FLUX

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам.
Известен, выбранный в качестве прототипа, керамический флюс-добавка, предназначенный для примешивания к плавленым флюсам, содержащий мрамор и ферросилиций в следующем процентном соотношении, мас.%: мрамор 30-70, ферросилиций - остальное [1]. В качестве связующего вещества используется водный раствор силиката натрия.
Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:
- пониженные механические свойства сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, из-за высокого уровня содержания газов в сварном шве в связи с использованием для защиты окислительного углекислого газа, выделяемого при разложении мрамора, и повышенной загрязненности оксидными неметаллическими включениями;
- высокая стоимость за счет использования дорогостоящих первородных материалов (мрамора и ферросилиция), а не отходов производства;
- низкое качество сварного шва в связи с недостаточной устойчивостью горения дуги из-за пониженного содержания элементов, облегчающих горение дуги;
- повышенное содержание водорода в связи с отсутствием в составе фторсодержащих компонентов и возможности удаления водорода в виде летучих соединений.
Известны также керамические флюсы-добавки, предназначенные для примешивания к плавленым флюсам, содержащие полевой и плавиковый шпаты [2], позволяющие в результате диссоциации получать активный фтор, образующий соединение HF, удаляющее водород из сварного шва.
Существенными недостатками данных флюсов-добавок являются:
- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанных с дроблением и измельчением;
- недостаточно устойчивое горение дуги из-за недостаточного количества элементов, облегчающих возбуждение и стабилизирующих горение дуги (в частности натрия и калия);
- использование только фторида кальция в качестве фторсодержащего компонента, выделяющего активный газообразный фтор при диссоциации;
2
- отсутствие углеродсодержащих составляющих, позволяющих проводить удаление кислорода в виде газообразных соединений СО и CO, не загрязняющих сварной шов оксидными неметаллическими включениями и, как следствие, повышающих механические свойства сварной конструкции.
Желаемыми техническими результатами изобретения являются:
- повышение механических свойств сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижение загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями;
- уменьшение содержания водорода за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты;
- снижение стоимости сварочного процесса за счет использования
отходов производства;
- повышение устойчивости горения дуги и качества сварного шва.
Для этого предлагается керамический флюс-добавка, предназначенный для примешивания к плавленым и керамическим флюсам, на основе жидкого стекла, который содержит пыль электрофильтров алюминиевого производства и калиево-натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас.%:
Пыль электрофильтров алюминиевого производства
5-41,66
Калиево-натриевое жидкое стекло
58,34-95
причем керамический флюс-добавка примешивается к плавленым флюсам в количестве 9,5-24%.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых механических свойств.
Введение в состав керамического флюса-добавки пыли электрофильтров алюминиевого производства связано с содержанием в составе последнего элементов позволяющих:
2
6
x
3
3
6
- проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений (типа NaSiF NaF, KF, CF (1≥x>0), AlF, NaAlF), разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением F, который в свою очередь взаимодействует с водородом, растворенным в стали, с образованием газообразного соединения HF;
2
x
- проводить интенсивный углеродный кип за счет образования СО и CO, образующихся при взаимодействии фтористого углерода CF(1≥x>0) с растворенным в стали кислородом, при этом в связи с тем, что углерод находится в связанном состоянии, науглероживание стали практически не происходит.
- повысить устойчивость горения дуги за счет элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги, - калия и натрия.
Введение калиево-натриевого жидкого стекла обусловлено, с одной стороны, использованием его в качестве связующего заявляемого керамического флюса-добавки, а с другой стороны, как материала, повышающего, за счет содержащихся калия и натрия, устойчивость горения дуги.
2
3
2
2
2
2
3
общ
+
Для изготовления керамического флюса-добавки использовали пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас.%: AlO=21-46,23; F=18-27; NaO=8-15; KO=0,4-6%, CaO=0,7-2,3; SiO=0,5-2,48; FeO=2,1-3,27; С=12,5-30,2, MnO=0,07-0,9, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,19, P=0,1-0,18.
3
2
2
2
Жидкое стекло: плотность при 15-25°С - 1,30-1,55 г/см; силикатный модуль [SiO:(KO+NaO)·1,0323]-2,6-3,0.
B
T
2
2
2
3
Изготовление заявляемого керамического флюса-добавки проводили смешением пыли электрофильтров алюминиевого производства и калиево-натриевого жидкого стекла. Полученная смесь перемешивалась в течение 15-30 минут до получения однородной массы. Полученную смесь сушили при температуре 150-300°С в течение 20-30 мин, после чего производили помол. Далее осуществляли просев через сито (ячейка 3×3 мм). Гранулы большего размера отправлялись на перемол. Заявляемый керамический флюс-добавку примешивали к плавленому флюсу АН-348А. Технологические испытания проводили при сварке шва на образцах из стали марки 09Г2С длиной не менее 500 мм. Для сравнения проводили сварку без присадки заявляемого керамического флюса-добавки только под флюсом АН-348А. Влияние изменения химического состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами, а также без присадки заявляемого керамического флюса-добавки (столбец 9) на механические свойства сварного шва (предела прочности - δ, Н/мм, предела текучести - δ, Н/мм, относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°С  Дж/см, а также содержание водорода [Н], см/100 г металла, приведено в таблице.
Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет:
2
1. Повысить ударную вязкость сварного шва в среднем на 35 Дж/см за счет снижения загрязненности стали неметаллическими включениями.
3
2. Уменьшить содержание водорода за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты в среднем на 0,4 см/100 г металла.
3. Снизить стоимость сварочного процесса за счет использования отходов производства на 24,87 руб/т.
4. Улучшить формирование шва при сварке за счет стабилизации горения дуги.
Литература
1. A.c. СССР 173588 В23к.
2. Б.П.Конищев, С.А.Курланов, Н.Н.Потапов, В.Д.Ходаков. Сварочные материалы для дуговой сварки: справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1989. - т.1 - 544 с.