ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ СТАЛЕЙ
FLUX FOR STEEL MECHANISED WELDING AND SURFACING

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки низко- и среднелегированных сталей.
2
2
3
2
2
2
3
2
Известен выбранный в качестве прототипа [1] флюс для механизированной сварки сталей, содержащий SiO, AlO, CaO, CaF, MgO, MnO, FeO в следующем соотношении, масс. %: SiO=15-21; А1О=14,5-18,5; CaO=13,5-17,5; CaF=19-23,; MgO=7-10; MnO=2-5; FeO=12-22.
Существенными недостатками данного флюса для сварки являются
- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанных с дроблением и измельчением;
- повышенная загрязненность сварного шва и наплавляемого металла неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за высокой концентрации MgO и повышенных температур плавления и вязкости флюса;
- высокая окисленность флюса (содержание оксидов железа), приводящая к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях, а также к снижению механических свойств сварных конструкций в связи с загрязненностью сварного шва оксидными неметаллическими включениями.
Известен [2] плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелегированных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, окислы железа, фосфор, отличающийся тем, что флюс содержит компоненты при следующем соотношении, масс. %: окислы железа 2-4, окись кремния 9-12, окись кальция 18-24, окись алюминия 36-48, окись марганца 5-7, окись магния 5-7, фтористый кальций 5-8, сумма окислов калия и натрия 1-2,5, фтористый натрий 1,0-2,5, фосфор 0,007-0,010, при этом массовое соотношение окиси кремния, кальция и алюминия составляет 1:2:4, а отношение фосфора к сумме окислов железа менее 0,004.
Существенными недостатками данного флюса для сварки являются
- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанных с подготовкой шихты к плавке и выплавкой флюса в специальных плавильных агрегатах;
- высокая окисленность (содержание оксидов железа), приводящая к загрязнению сварного шва оксидными неметаллическими включениями и снижению механических свойств сварной конструкции, а также к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях.
Техническими результатами изобретения являются
- уменьшение стоимости сварочного процесса за счет утилизации отходов производства;
- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями;
- снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке;
- повышение механических свойств сварного соединения.
Для этого предлагается флюс для механизированной сварки сталей, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %:
диоксид кремния 25-49,
оксид алюминия 4-28,
оксид кальция 15-32,
фторид кальция 0,1-1,5,
оксид магния 1,7-9,0,
оксид марганца 3-17,
оксид железа 0,1-3,5,
при этом в качестве примесей флюс может содержать серы не более 0,12%, фосфора не более 0,02%.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых механических свойств.
Содержание FeO и MnO выбрано исходя из обеспечения, с одной стороны, низкого окисления легирующих элементов, с другой, - хорошей жидкотекучестью шлаковой системы.
2
2
2
3
Концентрации CaO, SiO, CaF, AlO, MgO выбраны исходя из условий обеспечения хороших укрывных свойств и оптимальной рафинирующей способности образующегося шлака по отношению к неметаллическим включениям. Выбранные пределы обеспечивают хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.
Концентрация серы и фосфора во флюсе ограничена с целью снижения вредного влияния данных элементов на качество сварного шва (исключение холодных и горячих трещин при сварке, а также снижение значений механических свойств).
2
2
3
2
Для изготовления флюса для сварки использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом. Шихта состояла из марганцевой руды, кварцита и коксика. Выпуск ферросплава (силикомарганца) осуществляли вместе со шлаком в ковш. После разливки силикомарганца шлак при сливе из ковша подвергался охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Силикомарганец содержал 64,7-71,7% Mn и 14,8-18,2% Si. Шлак содержал, масс. %.: Sio=25-49, AlO=4-28, CaO=15-32, CaF=0,1-1,5, MgO=1,7-9,8 MnO=3-17, FeO=0,1-3,5, S≤0,20 P≤0,05.
В
T
2
2
-40C
2
Изготовление заявляемого флюса для механизированной сварки и наплавки сталей проводили путем дробления, грохочения и просева через сито (ячейка 2×2 мм). Заявляемый флюс для сварки использовали на образцах из стали марок 09Г2С и 09Г2, для наплавки на сталях 60Г, 35ХГСА, сварку и наплавку осуществляли проволокой Св-08ГА. Сварку и наплавку проводили с использованием пластин длиной не менее 500 мм на сварочном тракторе ASAW-1250. Из сваренных пластин осуществляли вырезку образцов для механических испытаний (предела прочности - б, Н/мм, предела текучести - б, Н/мм, относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°C KCU, Дж/см), а также макро- и микроисследований.
2
2
3
2
Для сравнения, в качестве прототипа для сравнения [1] использовали плавленый сварочный флюс марки АН-18 с химическим составом, масс. %: SiO=18; AlO=15,5; CaO=16; CaF=21,3,; MgO=9,8; MnO=5; FeO=14.
Использование заявляемого флюса для сварки по сравнению с прототипом позволяет:
1. Снизить стоимость флюса в 2,6 раза.
2. Снизить загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями экзогенного характера в среднем на 0,04 мм.
3. Уменьшить угар марганца на 1,7% в сварном шве.
т
B
2
2
4. Повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести б и предел прочности б на 0,5-1,2 Н/мм, относительное удлинение на 0,7%, ударной вязкости при отрицательных температурах в среднем на 0,9 Дж/см.
Список источников, принятых во внимание
1. Пат. СССР 261149 B23K 35/362.
2. Пат. СССР 1685660 B23K 35/362.