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

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной наплавке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для наплавки сталей.
Известен сварочный плавленый флюс, содержащий компоненты в следующем соотношении, 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 г.).
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.
2
2
3
2
2
3
2
2
2
2
3
общ
Известен также флюс для сварки низколегированных и среднелегированных сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, пылевидные отходы производства алюминия и жидкое стекло, при этом шлак производства силикомарганца включает, масс. %: SiO25-49, AlO 4-28, СаО 15-32, CaF 0,1-1,5, MgO 1,7- 9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S ≤ 0,20 и Ρ ≤ 0,05, а пылевидные отходы производства алюминия содержат, мас. %: AlO 21-38,27; F 18-27; NaO 8-13; KO 0,4-6,6, СаО 0,7-2,1; SiO 0,5-2,48; FeO 2,1-2,3; С 12,5-27,2, MnO 0,03-0,9, MgO 0,04-0,9, S 0,09-0,46 и Ρ 0,1-0,18, при этом что флюс выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм, а шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0; пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0; калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0 (RU 2643027 МГЖ В23К 35/362, опубл. 29.01.2018 г.).
Существенными недостатками известного флюса для сварки являются:
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке, связанный с неоптимальной фракцией используемого флюса и проникновением атмосферных газов в зону сварки,
- высокий расход электроэнергии в связи с крупной фракцией и низкими «укрывными» свойствами флюса.
Известен, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной наплавки стали, состоящий из шлака производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 17-48, оксид алюминия 2-27, оксид кальция 6-29, фторид кальция 0,1-3,8, оксид магния 0,7- 10,8, оксид марганца 2-35, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-3,0, сера не более 0,12%, фосфор не более 0,05%. Флюс выполнен в виде гранул, имеющих фракцию до 0,45 мм в количестве до 10%, свыше 0,45 до 2,5 мм в количестве до 90%, 2,51-3,00 мм - до 1%.
Существенными недостатками данного флюса являются:
- высокая загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями и повышенный угар легирующих элементов при наплавке за счет высокой концентрации оксидов марганца и железа;
- низкое качество поверхности наплавляемого слоя и сварного шва.
- повышенный расход флюса в связи потерями мелкой фракции при проведении наплавочных работ.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в уменьшении уровня загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижении угара легирующих элементов, повышении качества поверхности наплавляемого валика и снижении расхода сварочного флюса.
Для решения существующей технической проблемы в известный флюс на основе шлака производства силикомарганца, содержащего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана, оксид хрома, серу и фосфор, при этом флюс выполнен в виде гранул, имеющих фракции до 0,45 мм, свыше 0,45 до 2,5 мм и фракцию от 2,51 до 3,00 мм в количестве до 1%, согласно изобретению, он дополнительно содержит 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, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40, причем количество флюса фракции до 0,45 мм составляет до 5%, а количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:
- в снижении загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижение угара легирующих элементов при наплавке, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;
- в повышении физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;
- в улучшении качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия;
- в снижении расхода флюса при наплавке за счет использования более крупного фракционного состава.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при наплавке валиков, стабильности процесса наплавки и требуемых физико-механических свойств.
Содержание FeO и выбрано исходя из обеспечения низкого окисления легирующих элементов.
2
2
2
2
2
3
2
3
2
Концентрации KO, NaO выбрано 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.
Оптимизация фракционного состава обеспечивает снижение расхода флюса при сварке и наплавке.
Для изготовления флюса для сварки и наплавки 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 из ковша сливался в формы и подвергался 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-35 В9Х3СФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. В опытах использовали шлак с граничными и заграничными заявленными пределами. 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.
Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:
1. Снизить длину строчки оксидных включений до 0,3 мм и угар легирующих элементов на 2-3% при наплавке, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе.
2. Повысить физико-механические свойства (твердость наплавленного слоя) на 2-6%) за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария.
3. Снизить брак по качеству поверхности на 0,3%) за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия.
4. Снизить расход сварочного флюса на 1,2-2%) на 1 кг израсходованной проволоки.