ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ СТАЛЕЙ
FLUX FOR MECHANIZED WELDING AND BUILDING UP OF STEELS

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки сталей.
Известен флюс для сварки и наплавки, содержащий диоксид кремния, оксид марганца, оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа, фторид кальция и калиево-натриевое жидкое стекло, где в качестве упомянутых оксидов и фторидов, использован пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали и пылевидные отходы производства алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
пылевидный ковшевой шлак
производства рельсовой стали
30,0-50,0
пылевидные отходы
производства алюминия
5,0-30,0
жидкое стекло
40,0-65,0,
(RU 2566235 МПК В23К 35/362, опубл. 20.10.2015).
Недостатками данного флюса для сварки и наплавки являются:
- плохое смешивание пылевидных компонентов и связанное с этим разнородный химический состав флюса.
- изменение химического состава наплавляемого слоя металла, в связи с колебанием химического состава флюса.
- пониженное качество по уровню загрязненности неметаллическими включениями.
Известна флюс-добавка, предназначенная для примешивания к сварочным флюсам, на основе жидкого стекла, содержащая 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;
(RU 2564801 МПК В23К 35/362, опубл. 10.10.2015)
Недостатком данного флюса-добавки для сварки и наплавки являются:
- повышенный уровень загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и как следствие снижение значений ударной вязкости при отрицательных температурах;
- высокий уровень твердости сварного шва по сравнению с уровнем твердости основного металла за счет значительного науглероживания сварного шва из-за выбранного неоптимального соотношения керамического флюса- добавки и плавленого флюса;
-высокая стоимость и дефицитность калиево-натриевого жидкого стекла.
2
2
3
2
2
2
общ
Известен также, выбранный в качестве прототипа, флюс для сварки и наплавки, содержащий диоксид кремния, оксид марганца, оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа, фторид кальция и жидкое стекло, где в качестве упомянутых оксидов и фторидов использован пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали содержащий, мас. %: SiO=20,7-28,6, MnO=0,01- 2,0, СаО=45,6-54,8, MgO=0,1-10, AlO=0,1-7,0, KO=0,1- 4, NaO=0,1-4, FeO=0,01-1,5, CaF=0,01-1,5, С=0,1-0,6, причем используют пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали и жидкое стекло, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
пылевидный ковшевой шлак
производства рельсовой стали
30,0-50,0;
жидкое стекло
50,0 -70,0,
(RU 2566236 МПК В23К 35/362, опубл. 20.10.2015).
Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:
- высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями,
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;
- пониженные показатели твердости наплавляемого слоя,
- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качественных показателей наплавляемого металла, в частности однородного химического состава, твердости и износостойкости.
Для решения существующей технической проблемы предложен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, содержащий пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали в смеси с жидким стеклом, согласно изобретению, он дополнительно содержит флюс-добавку, состоящую из углеродфторсодержащего материала в смеси с жидким стеклом при следующих их соотношениях, мас. %:
углеродфторсодержащий материал
40-60,
жидкое натриевое стекло
40-60,
а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
пылевидный ковшевой шлак
производства рельсовой стали
53-63,
жидкое натриевое стекло
35-37,
флюс - добавка
2-10.
Техническими результатами изобретения являются:
- уменьшение ликвации химического состава металла при наплавке под слоем флюса;
- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями;
- повышение уровня износостойкости наплавляемого слоя металла;
- увеличение твердости наплавляемого слоя.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемой наплавки и сварки, стабильности процесса наплавки, сварки и требуемых механических свойств.
Для изготовления флюса для сварки и наплавки использовали:
2
2
3
2
2
3
в качестве составляющего использовался ковшевой электросталеплавильный шлак производства рельсовой стали АО «ЕВРАЗ ЗСМК» с химическим составом, мас. %: 1,31% FeO, 0.22% MnO, 36.19% Са, 36.26% SiO, 6.17% AlO, 11,30% MgO, 0,28% NaO, 0% KO, 3,34% F,<0,12% С, 1.26% S, 0.02% Р и натриевое жидкое стекло со значением силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности раствора 1,30-1,60 г/см.
2
3
2
2
2
2
3
общ
3
- для изготовления флюс-добавки использовали пыль газоочистки алюминиевого производства (углеродфторсодержащая добавка) с химическим составом, масс. %: AlO=21-46,23; F=18-27; NaO=8-15; КO=0,4-6; СаО=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; Р=0,1-0,18. и натриевое жидкое стекло со значением силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности раствора 1,30-1,60 г/см.
Флюс изготавливали следующим образом: ковшевой электросталеплавильный шлак фракции менее 0,2 мм. смешивали с жидким стеклом в различных соотношениях от 55 до 65% электросталеплавильного шлака и 45-35% жидкого стекла. С точки зрения внешнего вида смеси было выбрано, что оптимальным составом компонентов является 62% электросталеплавильного шлака и 38% жидкого стекла. После подбора состава компонентов смесь выдерживали в течение 24-часов при комнатной температуре, с последующей сушкой в печи при температуре 250-350°С в течение 4 часов, далее смесь охлаждалась, дробилась и просевалась с выделением фракции 0,45-2,5 мм.
Флюс - добавку изготавливали следующим образом: пыль газоочистки алюминиевого производства фракции менее 0,2 мм. смешивали с жидким стеклом в различных соотношениях от 45 до 55% пыли газоочистки и 45-55% жидкого стекла. С точки зрения внешнего вида смеси было выбрано, что оптимальным составом компонентов является 50% пыли газоочистки и 50% жидкого стекла. После подбора состава компонентов флюс - добавки смесь выдерживали в течение 24-часов при комнатной температуре, с последующей сушкой в печи при температуре 250-350°С в течение 4 часов, далее смесь охлаждалась, дробилась и просевалась с выделением фракции 0,45-2,5 мм.
После изготовления флюс-добавки ее примешивали к основному флюсу (ковшевой электросталеплавильный шлак) в различном соотношении (таблица 1).
Наплавку образцов производили на образцах размером 300×150 мм толщиной 20 мм из листовой стали марки 09Г2С.Процесс проводили проволокой Св-08ГА диаметром 4 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250. На различных режимах наплавки. Из наплавленных пластин осуществляли вырезку образцов для проведения исследования: изучение химического состава, измерение твердости, износостойкости, исследование на наличие неметаллических включений (таблица 2).
Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF-1800 и атомно-эмиссионным методом на спектрометре ДФС-71. Металлографическое исследование микрошлифов проводилось без травления с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 при увеличении ×100 методом сравнения с эталонными шкалами в соответствие с ГОСТ 1778-70. Замеры твердости проводили ультразвуковым твердомером - УЗИТ-3. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, а также на металлографических шлифах. Испытания на износ по схеме «ДИСК -КОЛОДКА» проводили на машине 2070 СМТ-1. Определение ликвации определялось по четырем точкам в наплавленном слое.
Для сравнения результатов наплавки так же был использован прототип - флюс (RU 2566236 МПК В23К 35/362).
Использование заявляемого флюса для наплавки по сравнению с прототипом позволяет:
- уменьшить ликвацию и получить качественный наплавленный слой;
- снизить загрязненность наплавленного слоя неметаллическими включениями;
- повысить твердость и износостойкость наплавленного слоя.