Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей

 

Изобретение относится к сварочным материалам , а именно к керамическим флюсам для механизированной сварки среднелегированных высокопрочных сталей без подогрева и термообработки. Целью изобретения является повышение пластических и вязких свойств металла шва при сварке аустенитно-мартенситного класса без подогрева и последующей термообработки. Керамический флюс содержит, мае. %: доломит 3-5; флюоритовый концентрат 35-45; двуокись титана 4-6; ферросилиций 1-5; ферротитан 3-6; металлический марганец 1-2; фтористый иттрий 1,5 - 2 и рутиловый концентрат - остальное. Керамический флюс в сочетании с проволокой аустенитномартенситного класса типа ОЗХ13Н8М2ГСТ обеспечивает металл шва с комплексом механических свойств на уровне основного металла в сварных соединениях среднелегированных высокопрочных сталей за счет снижения водорода в металле шва путем его связывания на стадии горения дуги и снижения парциального давления водорода в зоне сварки в результате диссоциации карбонатов. 2 табл. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4786073/27 (22) 26.01.90 (46) 23.11.91. Бюл. ¹ 43 (71) Институт электросварки им. Е. О. Патона (72) А. Н. Бовсуновский (53) 621.791.04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 975292, кл. В. 23 К 35/362, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 1298029, кл. В 23 К 35/362, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 185676, кл. В 23 К 35/362, 1965.

Авторское свидетельство СССР № 323233, кл. В 23 К 35/362, 1970. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к керамическим флюсам для механизированной сварки среднелегированных высокопрочных сталей без подоИзобретение относится к сварочному производству, в частности к сварочным материалам, применяемым для механизированной сварки высокопрочных сталей без подогрева и последующей термообработки проволоками аустенитно-мартенситного и мартенситного класса, Применение закаливающихся сталей, обладающих высокой прочностью, позволя4 ет существенно уменьшить металлоемкость конструкций и тем самым экономить расход металла. Однако использование их в настоящее время сдерживается трудностями при

Я2„„1692794 А1 грева и термообработки, Целью изобретения является повышение. пластических и вязких свойств металла шва при сварке аустенитно-мартенситного класса без подогрева и последующей термообработки.

Керамический флюс содержит, мас. : доломит 3 — 5; флюоритовый концентрат 35 — 45: двуокись титана 4-6; ферросилиций 1-5; ферротитан 3 — 6; металлический марганец

1 — 2; фтористый иттрий 1,5 — 2 и рутиловый концентрат — остальное. Керамический флюс в сочетании с проволокой аустенитномартенситного класса типа ОЗХ13Н8М2ГСТ обеспечивает металл шва с комплексом механических свойств на уровне основно= го металла в сварных соединениях среднелегированных высокопрочных сталей за счет снижения водорода в металле шва путем его связывания на стадии горения дуги и снижения парциального давления водорода в зоне сварки в результате диссоциации карбонатов. 2 табл. сварке, обусловленными возникновением в околошовной зоне сварных соединений хо- О ладных трещин-отколов, для предотвращения которых применяются трудоемкие технологические операции — предварительный подогрев и последующая термообработка.

В последнее время предложен способ сварки таких сталей без подогрева и последующей термообработки с обеспечением. металла шва, равнопрочного свариваемой стали. При этом в качестве металла шва используется высоколегированная сталь àóñ1692794

50 тенитно-мартенситного или мартенситного класса, например 03X13HSM2CCT.

Такой металл в литом состоянии склонен к водородному охрупчиванию. Поэтому содержание водорода в нем должно 5 быть не более 2,5 см /100 г. Кроме того, пластические и вязкие свойства металла шва удовлетворительны лишь при мелком зерне исходного аустенита. Зерно размером 4-5 балла, полученное, например, 10 при механизированной сварке под плавленными флюсами, обеспечивает получение очень низких пластических и вязких свойств (0=2 — 4; р=4 — бо/; KCU3+zo=15 — 20Дж/см ).

Отсюда следует, чтодля механизированной сварки рассматриваемых сталей с использованием аустенитно-мартенситных или мартенситных проволок необходимо иметь защитную среду, которая обеспечивает обеэводораживание металла шва и измельчение его первичной структуры. Одним из вариантов такой защиты может быть керамический флюс.

Цель изобретения — повышение пластических и вязких свойств металла шва при механизированной сварке среднелегированных закаливающихся сталей без подогрева и последующей термообработки с использованием аустенитно- мартенситной проволоки.

Повышение пластических и вязких свойств достигается снижением в металле шва водорода и измельчением первичного зерна, что обеспечивается за счет введения в состав флюса фторида иттрия, а также обеспечения соотношения между компонентами флюса. Фторид иттрия при температуре горения дуги диссоциирует с образованием ионов иттрия и фтора, которые весьма активно связывают водород, что приводит к его снижению в металле шва.

Кроме того, ионы иттрия эффективно взаимодействуют с серой и кислородом, образуя оксисульфиды благоприятной глобулярной формы, часть иэ которых всплывает в шлак, рафинируя шов, а оставшиеся служа центрами кристаллизации. Это приводит к измельчению первичного зерна и существенному повышению ударной вязкости металла шва.

Экспериментально установлено, что наибольший эффект модифицирования и обезводораживания имеет место при содержании фторида иттрия в пределах

1,5-2 . При меньшем содержании недостаточно измельчается зерно и обезводораживается шов, что сказывается на ухудшении пластических и вязких свойств. Превышеwe укаэанных пределов приводит к падению ударной вязкости за счет большой концентрации оксисульфидов, При этом также ухудшается стабильность горения дуги очевидно из-за высокой термодинамической устойчивости оксида иттрия. Обезводораживание металла шва осуществляется также благодаря соотношению имеющихся в составе флюса оксида титана в виде рутила и химической двуокиси титана, фторида кальция в виде флюоритового концентрата и карбидов магния и кальция в виде доломита. При этом имеют место следующие пути снижения водорода в металле шва:

I) за счет связывания водорода на стадии горения дуги по реакции

2CaFz+3TiOz 2СаТ!Оэ+Т! Е4

TiF4+ 3H — TiF+3HF

2CaFz+ ЗТ!Ог+ ЗН,б2СаТ!Оэ+ TlF+ 3HF !.

Как показали эксперименты наиболее полное протекание данной реакции происходит при отношении флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана, равном 0,63 — 1,28;

2) за счет снижения парциального давления водорода в зоне сварки углекислым газом, который образуется в результате диссоциации карбонатов магния и кальция при высокой температуре, Однако введение в состав флюса доломита влечет за собой повышение вязкости шлака, что вызывает побитость на поверхности валиков. Раэжижить шлак и тем самым устранить побитость поверхности шва можно соответствующими добавками флюоритового концентрата.

Экспериментально установлено, что при введении доломита в количестве 3-5%, обуславливающем оптимальное обезводораживание металла шва, сварочнотехнологические свойства достигаются хорошими при отношении доломита и флюоритового концентрата, равном 0,086 — 0,11.

Добавки доломита сверх 5; не влекут эа собой дальнейшего снижения водорода в металле шва.

Таким образом, в результате протекания выше указанных процессов происходит обеэводораживание металла шва до значения 1,9-2,2 см /100 r и иэмельчение первичз ного зерна до 7-8 балла, вследствие чего пластические и вязкие свойства увеличивалттея до требуемих еелинин 1б = 1б — 19т ;

@=48 — 53; КС0+2о=80 — 90 Дж/см ).

Наличие ферросилиция в количестве

1-57б, ферротитана 3 — 6 $ и марганца металлического 1-3 позволяет эффективно раскислять металл и получать требуемый фазовый состав металла шва, Превышение содержания ферросилиция и марганца выше установленных пределов приводит к до1692794 легированию металла шва кремнием и марганцем и повышению в нем доли остаточного аустенита, что резко снижает прочностные свойства, При этом также ухудшается и отделимость шлаковой корки. 5

Для подтверждения целесообразности выбранных пределов компонентов предлагаемого флюса были испытаны пять опытных составов, из которых третий и четвертый находились на граничных значени- 10 ях, пятый соответствовал оптимальным, первый и второй соответственно был ниже меньших значений и выше больших, Результаты испытаний даны в табл, 1.

В табл. 2 приведены содержание 15 водорода, размер первичного зерна и механические свойства металла швов, выполненных с применением предлагаемого флюса указанных выше составов проволокой ОЗХ13Н8М2ГСТ на стали 20

15Х2Н4МДА толщиной 60 мм. В табл. 2 также представлена оценка технологических свойств шлака, Полученные результаты подтверждают благоприятное влияние фторида иттрия в 25 количестве 1,5 — 2,0% при отношении флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана, равной 0,63 — 1,28, м отношении доломита к флюоритовому концентрату, равном 0,086 — 0,11, на пластиче- 30 ские и вязкие свойства металла шва, Испытания показали также устойчивый процесс горения дуги, хороТаблица 1

Состав опытных люсов, мас.

Компоненты

1,5

3

1,5

1,7

40,8

5

2

29

1

1,5

51,5

7

7 3

15

0,5

0,5

1,0

63,5

0,9

1,28

0,63

2,27

0,46

0,1

0,11

0,086

0,15

0,05

Доломит

Флюоритовый концентрат

Двуокись титана

Ферросилиций

Ферротитан

Металлический марганец

Фторид иттрия

Рутиловый концентрат

Отношение флюоритового концентрата к сумме рутила и двуокиси титана

Отношение доломита к флюоритовому концентат шее формирование, самоотделимость шлаковой корки.

Применение предлагаемого керамического флюса позволяет заменить сварку ручными аустенитными электродами на механизированную сварку аустенитно-мартенситной и мартенситной проволокой, что ведет к сокращению объема наплавляемого металла в 1,5 — 2 раза.

Формула. изобретения

Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей, содержащий карбонат магния, карбонат кальция, флюоритовый концентрат, рутиловый концентрат, ферросилиций, ферротитан, марганец, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и вязкости металла шва при использовании аустенитно-мартенситной проволоки без подогрева и последующей термообработки, флюс дополнительно содержит фторид иттрия и двуокись титана, а карбонаты магния и кальция введены в виде доломита при следующем соотношении компонентов флюса, мас. :

Доломит 3 — 5

Флюоритовый концентрат 35-45

Двуокись титана 4-6

Ферросилиций 1 — 5

Ферротитан 3 — 6

Марганец 1-2

Фторид иттрия 1,5 — 2

Рутиловый концентрат Остальное

1692794

Таблица 2

Составитель Т. Арест

Редактор Т. Куркова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Осауленко

Заказ 4039 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей Керамический флюс для механизированной сварки высокопрочных сталей 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сварочным флюсам для электродуговой сварки нержавеющих сталей неплавящимся электродом в среде инертного газа преимущественно при выполнении торцовых соединений типа стыковых с отбортовкой кромок

Изобретение относится к машиностроению , преимущественно к сварочным материалам , а именно к сварочным флюсам для сварки никеля

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке низкои среднелегированных сталей многослойными швами

Изобретение относится к сварочному производству и касается изготовления сварочных электродов, предназначенных для сварки металлоконструкций из малоуглеродистой и низколегированной стали

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к составам флюса для сварки сплавов типа АМгб

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при восстановлении деталей методом наплавки

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам флюсов, и может быть использовано при изготовлении неразъемных соединений, например, методом сварки

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к технологии изготовления плавленых сварочных флюсов высокой чистоты и м.б

Изобретение относится к сварке, а именно к флюсам для автоматической сварки алюминия

Изобретение относится к сварочному производству, я частности к флюсам для сварки магниевых сплавов

Изобретение относится к сварке, в частности к способам прокалки сварочных флюсов при их применении и изготовлении

Изобретение относится к сварке, в частности к составам флюсов, используемых для механизированной сварки с повышенной скоростью, применяемых для восстановления изношенных деталей, работающих в условиях абразивного износа, в том числе колечатых валов

Изобретение относится к веществам, используемым для термической обработки металлов и сплавов, и может быть использовано в качестве теплоносителя при восстановлении деталей наплавкой металлических порошков

Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для использования при нанесении высоколегированных плакирующих слоев путем автоматической электродуговой наплавки ленточным электродом под слоем заявляемого флюса

Изобретение относится к области сварочных материалов, а именно к флюсам для наплавки индукционно-металлургическим способом твердых сплавов

Изобретение относится к технологии восстановления изношенных деталей железнодорожной техники
Наверх