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

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной наплавке и сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для наплавки и сварки сталей.
Известен сварочный плавленый флюс, содержащий оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, магния, марганца, титана, калия, натрия, фторид кальция, при следующем соотношении компонентов, масс. %: оксид кремния 16-28, оксид алюминия 14-22, оксид железа 2-6, оксид кальция 2-7, оксид магния 11-16, оксид марганца 10-20, оксид титана 16-21, фторид кальция 2-8, оксиды калия и/или натрия 0,5-4, причем количество частиц флюса размером до 1 мм составляет 40-65%, а размером более 2,5 мм - 3-15% от массы флюса, а отношение суммарного содержания оксидов калия и натрия к содержанию фторида кальция составляет не менее 0,11 (SU 1754377 МПК В23К 35/362, опубл. 15.08.1992).
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;
- низкое качество поверхности сварного шва.
Известен, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной наплавки стали, состоящий из шлака производства силикомарганца, включающего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40 (RU 2749735 МПК В23К 35/362, опубл. 16.06.2021).
Существенными недостатками известного флюса являются:
- высокая загрязненность стали неметаллическими включениями за счет высокой концентрации оксидов марганца и железа;
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке за счет высокой окисленности шлака;
- низкие физико-механические свойства;
- низкое качество поверхности наплавляемого слоя и сварного шва.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении повышенных значений физико-механических свойств сварного соединения, снижения угара легирующих элементов, снижением загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и повышения качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва.
Для решения существующей технической проблемы в известный флюс для механизированной наплавки и сварки стали, на основе шлака производства силикомарганца, содержащего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана и оксид хрома, согласно изобретению, в него дополнительно введены оксиды натрия, калия и бария, при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,5, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения:
- снижение загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;
- снижение угара легирующих элементов при наплавке за счет снижения окисленности шлаковой системы;
- повышение физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;
- улучшение качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при наплавке валиков, стабильности процесса наплавки и требуемых физико-механических свойств.
Содержание FeO и MnO выбрано исходя из обеспечения низкого окисления легирующих элементов.
2
2
2
2
2
3
2
3
2
Концентрации KO, NaO выбраны исходя из обеспечения стабилизации горения дуги. Концентрации CaO, SiO, CaF, AlO, MgO, CrO, TiO, ВаО выбраны исходя из условий обеспечения хороших укрывных свойств и оптимальной рафинирующей способности образующегося шлака по отношению к неметаллическим включениям, а так же хорошей когезией шлака (отслоением) от наплавляемого слоя металла. Выбранные пределы обеспечивают хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.
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 и подвергали охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Шлак содержал, масс. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,5, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8,оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, при этом флюс содержал серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.
Изготовление заявляемого флюса для механизированной наплавки стали проводили путем дробления, грохочения и просева через сито. Заявляемый флюс для сварки использовали на образцах из стали марок 60-65, 65Г, 09Г2С, наплавку осуществляли проволокой ПП-Нп-35В9Х3СФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. В опытах использовали шлак с граничными и заграничными заявленными пределами (таблица 1). Наплавку и сварку проводили с использованием сварочного трактора ASAW-1250. После проведения сварочных и наплавочных работ изучался химический состав полученных образцов, проводился металлографический анализ, механические испытания сварных стыков по ГОСТ 6996. Характеристики исследуемых параметров приведены в таблице 2.
Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:
1. Снизить уровень загрязненности сварного соединения, наплавленного слоя оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;
2. Снизить угар легирующих элементов на 2-5% при наплавке за счет снижения окисленности шлаковой системы;
3. Повысить физико-механические свойства на 5-10% за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;
4. Улучшить качество поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия