Флюс-добавка
FLUX-ADDITIVE

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам-добавкам, предназначенным для примешивания к сварочным флюсам.
Известен 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 из-за высокого уровня содержания газов в сварном шве в связи с использованием для защиты углекислого газа, выделяемого только при разложении мрамора, и повышенной загрязненности неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за повышенной температуры плавления последнего;
- высокая стоимость за счет использования дорогостоящих первородных материалов (мрамора и ферросилиция), а не отходов производства, а также больших затрат на дробление;
- низкое качество сварного шва в связи с недостаточной устойчивостью горения дуги из-за содержания в качестве элемента, облегчающего горение дуги, только натрия.
Известен керамический флюс-добавка [2], содержащий мрамор и ферросилиций, который дополнительно содержит соду кальцинированную и калиево-натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас.%:
Мрамор
24-60
Пылевидные отходы
производства ферросилиция
20-63
Сода кальцинированная
0,01-11
Калиево-натриевое жидкое стекло
9-13
Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:
- пониженный уровень механических свойств сварного шва за счет повышения загрязненности стали неметаллическими включениями в связи с увеличением вязкости шлаковой системы;
- высокой стоимостью сварочного процесса за счет использования соды кальцинированной и пылевидных отходов ферросилиция.
Известен также, способ выплавки стали в электропечах, включающий проведение окислительного периода со скачиванием шлака, проведение восстановительного периода и раскисление шлака в восстановительный период, отличающийся тем, что в конце окислительного периода после скачивания шлака в печь присаживают стронций-бариевый карбонатит, известь и плавиковый шпат в соотношении (1,0-2,0):(2,5-5,0):(0,1-1,0) соответственно, при этом количество шлака с основностью 1,5-4,0 составляет 1,5-4,0% от массы металла [3].
Данный способ, реализованный при дуговом разряде в электросталеплавильных печах с использованием стронций-бариевого карбонатита, позволяет значительно повысить показатели ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах.
Известен выбранный в качестве прототипа флюс-добавка [4], предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе жидкого стекла, который содержит пыль электрофильтров алюминиевого производства и натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас.%:
Пыль электрофильтров алюминиевого производства
41,67-60
Натриевое жидкое стекло
58,33-40
Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:
- повышенный уровень загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и как следствие снижение механических свойств и, в частности, значений ударной вязкости.
Желаемым техническим результатом изобретения является:
повышение общего уровня механических свойств сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня загрязненности неметаллическими включениями.
Для этого предлагается флюс-добавка, предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе натриевого жидкого стекла, который дополнительно содержит стронций-бариевый карбонатит при соотношении компонентов, мас.%:
стронций-бариевый карбонатит
60-75
натриевое жидкое стекло
25-40
2
2
3
2
3
2
2
2
общ
общ
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из возможности изготовления флюс-добавки, качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых механических свойств. Для изготовления флюса-добавки использовали стронций-бариевый карбонатит марки БСК, производимый ООО «НПК Металлтехпром» по ТУ 1717-001-75073896-2005, при этом химический состав изменялся, мас.%: SrO=1,41-6,25; BaO=6,29-16,86; TiO=0,02-0,05; CrO=0,05-0,20; AlO=1,6-3,05; NaO=0,37-3,02; KO=0,85-2,69, CaO=13,6-18,9; SiO=12,82-41,22; Fe=4,18-14,85; C=1,32-8,45, MnO=0,06-0,33, MgO=0,48-6,24, S=0,20-0,22, P=0,02-0,04.
3
Натриевое жидкое стекло имело значение силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности растворов 1,30-1,60 г/см.
В
Т
2
2
-40 C
2
Изготовление заявляемого флюса-добавки проводили размолом стронций-бариевого карбонатита до фракции менее 1 мм с последующим смешением с натриевым жидким стеклом. Полученную смесь перемешивали в течение 60 минут до получения однородной массы в смесителе, далее осуществлялась сушка при комнатной температуре в течение 24 часов, после чего производился помол. Далее осуществлялся просев через сито (ячейка 3×3 мм), при этом гранулы большего размера измельчали и направляли на рассев. После чего гранулы прокаливали при температуре 150-300°C в течение 60 мин. Заявляемый флюс-добавку примешивали к сварочным флюсам АН-348А, АН-60, после чего осуществляли сварку образцов с использованием сварочного трактора ASAW-1250. Технологические испытания проводили при сварке шва на образцах из стали марки 09Г2С длиной не менее 500 мм. Для сравнения проводили сварку под флюсами АН-348А, АН-60 с использованием керамического флюса-добавки согласно прототипу. Влияние изменения химического состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами, а также с присадкой керамического флюса-добавки согласно прототипу (столбец 9) на механические свойства сварного шва (временного сопротивления - σ, Н/мм, предела текучести - σ, Н/мм, относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°C KCU, Дж/см, а также длины строчки оксидных неметаллических включений приведено в таблице.
т
В
2
2
Использование заявляемой смеси по сравнению с прототипом позволяет: повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести σ и временного сопротивления σ на 2-3 Н/мм, относительное удлинение на 2%, ударной вязкости при отрицательных температурах на 3-4 Дж/см, за счет снижения длины строчки оксидных неметаллических включений.
Список источников
1. А.с. СССР 173588 В23k.
2. Пат. РФ 2467853 кл. В23K 35/362.
3. Пат. РФ 2197539 С21С 5/52.
8
4. Пат. 2564801 РФ, МПК В23K 35/362.