Керамический флюс для сварки деталей

 

Изобретение относится к сварке, а именно к флюсам, предназначенным для механизированной сварки низколегированных сталей, в том числе для сварки сталей, используемых при производстве реакторов для переработки нефтепродуктов как в обычную, так и в узкую разделки кромок. Цель изобретения - обеспечение сочетания высокой водородной проницаемости и пластичности наплавленного металла, а также повышение сварочно-технологических свойств флюса. Керамический флюс содержит следующие компоненты, мас.%: порошок магнезитовый обожженный 20-32; электрокорунд 13-24; концентрат плавиковошпатовый 8-14; волластонит 11-19; концентрат цирконовый 5,0-15,0; алюмомагниевый порошок 0,5-2,5; хром металлический 0,3-5,5; ферромолибден 0,1-5,0; окислы редкоземельных металлов 5,0-15,0; ферромарганец 0,1-5,0. Положительный эффект повышения работоспособности реактора достигается увеличением водородной проницаемости и высокими пластическими свойствами, что обеспечивается за счет совместного введения во флюс хрома металлического , ферромолибдена, окислов редкоземельных металлов и алюмомагниевого порошка в указанных пределах. Повышение сварочно-технологических свойств обеспечивается за счет использования цирконового концентрата и окислов РЗМ в качестве компонентов шлаковой системы. 2 табл. VI Ю О 00 GJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776914/27 (22) 03,01.90 (46) 15.04.92. Бюл. ¹ 14 (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения (72) С.А,Курланов, Н.Н.Потапов, О.Б.Натапов, Е.Г.Старченко, А.А.Ходосевич, Ю.М.Журавлев и В.Н.Столяров (53) 621.791,04(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N967749,,кл,,В 23 К 35/362, 02.03.87.

Авторское свидетельство СССР

N 1088904, кл. В 23 К 35/362, 11.02.89.

Авторское свидетельство СССР № 1594820, кл, В 23 К 35/362, 20.06,88, Авторское свидетельство СССР

N 1658524, кл. В 23 К 35/362, 20.09,89. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ

СТАТАЛ ЕЙ (57) Изобретение относится к сварке, а именно к флюсам, предназначенным для механизированной сварки низколегирован-. ных сталей, в том числе для сварки сталей, используемых при производстве реакторов для переработки нефтепродуктов как в обычную, так и в узкую разделки кромок.

Изобретение относится к сварке, а именно к составу флюсов для механизированной сварки низколегированных высокопрочных сталей, в том числе для сварки сталей, используемых при производстве реакторов для переработки нефтепродуктов.

Основными задачами при сварке оборудования указанного типа являются следующие; обеспечение высокой водородной

Цель изобретения — обеспечение сочетания высокой водородной проницаемости и пластичности наплавленного металла; а также повышение сварочно-технологических свойств флюса. Керамический флюс содержит следующие компоненты, мас.0ь: порошок магнезитовый обожженный 20-32; электрокорунд 13 — 24; концентрат плавиковошпатовый 8-14; волластонит 11-19; концентрат цирконовый 5,0-15,0; алюмомагниевый порошок 0,5-2,5; хром металлический 0,3 — 5,5; ферромолибден 0,1-5,0; окислы редкоземельных металлов 5,0 — 15,0; ферромарганец 0,1 — 5,0. Положительный эффект повышения работоспособности реактора достигается увеличением водородной проницаемости и высокими пластическими свойствами, что обеспечивается за счет совместного введения во флюс хрома металлического, ферромолибдена, окислов редкоземельных металлов и алюмомагниевого порошка в указанных пределах. Повышение сварочно-технологических свойств обеспечивается за счет использования цирконового концентрата и окислов РЗМ в качестве компонентов шлаковой системы.

2 табл. проницаемости металла шва, способствующей диффузии водорода при высоких темпе- в ратурах эксплуатации, что предотвращает локализацию его в областях металла, подверженных максимальным растягивающим напряжениям; обеспечение высоких пластических свойств металла шва эа счет формирования мелкозернистой структуры наплавленного металла повышенной чисто3

1726183 ты; обеспечение высоких сварочно-технологических свойств с возможностью сварки в узкие разделки сварочных кромок.

Известен флюс, содержащий мас.%:

Магнезит обожженный 25-35

Волластонит 12 — 24

Ильменитовый концентрат 4 — 12

Сил икомарганец 12-24

Плавиковый шпат 6-10

Ферромарганец 0,4-2,3 . Силикальций 0,1 — 1,3

Алюминиевый порошок 0,1 — 0.8

Электрокорунд 15-25

Указанный флюс при сварке низколегированной проволокой типа Св-08ГА или Св10Г2 обеспечивает в металле шва содержание кремния 0,4 — 0,5% и кислорода

0,04 — 0,05%. Содержание алюминия при этом составляет не более 0,025%. Указанная композиция обеспечивает высокие значения ударной вязкости металла шва, в том числе и при отрицательных температурах.

Получаемый прирост кремния 0,4 — 0,5 % отрицательно сказывается на пластичности и ударной вязкости наплавленного металла.

Уменьшение прироста кремния за счет снижения содержания силикокальция вызывает возрастание содержания кислорода до значений более 0,05 %, а повышение раскисленности за счет увеличения количества алюминиевого порошка вызывает возрастание содержания алюминия в металле более

0,025 %, что крайне отрицательно влияет на ударную вязкость металла швов.

Наиболее близким к предлагаемому является. флюс, содержащий, мас.%:

Волластонит . 12 — 36

Магнезит 0,1 — 20

Глинозем 2,5 — 16,5

Корунд 0,1-14

Оксид хрома 0,1-5

Лигатура 0,5 — 15

Плавиковый шпат Остальное

При этом соотношение компонентов удовлетворяет следующим условиям:

Г+ К=(0,7 — 1,25) (24 — 0,5 В);

Г = (0,76 — 1,5) (15 — 0,34 В), где à — содержание глинозема, мас. ;

К вЂ” содержание корунда, мас.%;

 — содержание волластонита, мас.%, а лигатура содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:

Алюминиевый порошок 1 — 15

Марганец металлический 2 — 20

Магниевый порошок 3-30

Р3М или оксиды Р3М 5 — 45

Хром металлический 43 — 57

Указанный флюс, предназначенный для сварки коррозионно-стойких сталей, обладает удовлетворительными сварочнотехнологическими свойствами при сварке в стандартные (широкие) разделки, однако не обеспечивает комплекса требований, позволяющих осуществлять процесс сварки в узкую разделку за счет недостаточного содержания комплексообразующих компонентов, так как значение его интервала нормального формирования, определяющего вероятность образования пристеночных дефектов при сварке в разделку, составляет 40 мм, что значительно ниже критического значения ИНФ (величина интервала нормального позиционирования связана с интервалом нормального формирования зависимостью ИНП= tg.ÈÍÔ), составляющего для стандартного оборудования 70 мм.

Кроме того, указанный флюс не обеспечивает требуемых значений водородной проницаемости металла шва при использовании проволоки типа Св-10ХМФТУ, поскольку не позволяет получить при сварке оптимальное содержание элементов, влияющих на водородную проницаемость.

Так, при использовании указанного флюса значение водородной проницаемости в наплавленном металле составляет (0,8- 1,0).10 мл/см с, тогда как его значение в условиях работы реактора гидрокрегинга нефтепродуктов должно составлять не менее 1,6 10 мл/см с.

Указанный флюс также не позволяет получить требуемых пластических свойств наплавленного металла вследствие того, что раздельное введение алюминия и магния, а также применение любого другого вида магнезита, кроме обожженного, не обеспечивает низкого содержания кислорода в наплавленном металле.

Целью изобретения является создание керамического флюса, при использовании которого обеспечивается высокая водородная проницаемость наплавленного металла, препятствующая водородному охрупчиванию, высокие пластические свойства металла шва, возможность сварки в узкую разделку кромок за счет повышения комплекса сварочно-технологических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что в сварочном керамическом флюсе, содержащем магнезит, корунд, плавиковый шпат, оксиды Р3М, алюминий, магний, хром ме1726183 таллический, марганец, волластонит, дополнительно введены ферромолибден и концентрат цирконовый, алюминий и магний введены в виде алюмомагниевого порошка, марганец — в виде ферромарганца, а магнезит — в виде порошка магнезитового обожженного при следующем соотношении компонентов флюса, мас. :

Порошок магнезитовый обожженный 20-32

Корунд 13-24

Плавиковый шпат 8 — 14

Волластонит 11-19

Концентрат цирконовый 5-15

Ал юмомагниевый порошок 0,5-2.5

Хром металлический 0,3-5,5

Ферромолибден 0,1 — 5,0

Ферромарганец 0,1-5,0

Оксиды Р3М 5,0-15,0

Предлагаемый флюс обеспечивает высокую водородную проницаемость, пластичность металла шва и повышение сварочно-технологические свойства флюса.

В качестве раскислителя использованы алюминий и магний в виде алюмомагниевого порошка, обеспечивающего по сравнению с их раздельным введением более равномерное их распределение в наплавленном металле и меньшие потери на окисление. Алюмомагниевый порошок снижает содержание кислорода в наплавленном металле до 0,03, обеспечивая при этом orIтимальное содержание алюминия

0,01 — 0,025 .

При введении алюмомагниевого порошка во флюс меньше 0,5 раскисляющего воздействия его недостаточно и содержание кислорода в шве составляет

0,04 — 0,05 . При введении же его больше

2,5 содержание алюминия в шве превышает оптимальное значение 0,025, что также отрицательно влияет на ударную вязкость.

Повышение водородной проницаемости с целью предотвращения водородного охрупчивания обеспечивается за счет введения во флюс ферромолибдена, хрома металлического и окислов редкоземельных металлов в указанных пределах.

Введение во флюс ферромолибдена и хрома металлического в количествах, меньших указанных нижних пределов, не влияет существенно на изменение водородной проницаемости. Кроме того, при содержании Fe — Mo u Cr ниже указанных значений проявляется отрицательное влияние содержащихся в сварочной проволоке титана и

55 Для оценки свойств керамического флюса предлагаемого состава изготовлено

11 его партий по 15 кг каждая.

Составы указанных партий приведены в табл. 1.

50 ванадия на стойкость сварных соединений против образования трещин в процессе отпуска. 1

Превышение верхних пределов, указанных для этих компонентов, приводит к существенным изменениям химического состава металла шва по сравнению с оптимальным, что приводит к снижению пластичности наплавленного металла.

Оксиды редкоземельных металлов вводятся во флюс с целью повышения водородной- и рон ицаемости металла ш ва.

Установлено влияние Р3М, содержащихся в наплавленном металле, на его водородную проницаемость. В исследованном диапазоне (от 0 до 20% оксидов Р3М во флюсе) наблюдается прямая зависимость водородной проницаемости наплавленного металла от содержания оксидов РЗМ во флюсе.

Кроме того, будучи компонентом шлаковой системы оксиды Р3М влияют на вязкость, поверхностное натяжение шлака, межфазовое натяжение на границе шлак— металл и улучшают сварочно-технологические свойства флюса, увеличивая интервал нормального формирования.

Содержание оксидов Р3М во флюсе меньше 5 недостаточно для повышения сварочно-технологических свойств, введение их в количестве, большем 15, приводит к образованию кристаллизационных трещин.

Ферромарганец вводится для легирования металла шва с целью обеспечения требуемого химсостава наплавленного металла и его механических свойств.

Введение магнезита в виде обожженного магнезитового порошка в указанных пределах способствует улучшению формирующих и сварочно-технологических свойств флюса вследствие повышения вязкости и температуры плавления жидкого шлака и уменьшает газовыделение и окислительный потенциал атмосферы сварочной дуги по сравнению с введением необожженного магнезита в виде М9СОз.

Введение во флюс необожженного магнезита приводит к протеканию в сварочной дуге реакций М9СОз - M90+ COAT; и содержание 2СОг-»2СО+ 021 кислорода в наплавленном металле, в этом случае превышает 0,03, что недопустимо, так как снижает пластические свойства наплавленного металла.

1726183

Технология изготовления керамического флюса стандартная, принятая при изготовлении керамических флюсов с использованием интенсивного смесителя.

Перед сваркой опытные партии керамического флюса прокаливались при температуре 650+.20 С4ч.

В качестве критерия оценки сварочнотехнологических свойств применяли методику определения интервала нормального формирования.

Пластичность металла шва оценивалась склонностью его к хрупкому разрушению, которая определялась по величине критического раскрытия трещины S, Под опытными флюсами заварены разделки из стали 15ХМФА проволокой

Св-10ХМФТУ. Режимы сварки следующие: Ice 600 — 650 А: Uce= 32 — 34 В: Ace =

= 20 — 22 м/ч.

Результаты исследования свойств наплавленного металла и оценка сварочнотехнологических свойств приведены в табл.

2, Предварительные результаты свидетельствуют, что при сварке под флюсами

N. 2-4 обеспечивается совокупность высоких значений водородной проницаемости при обеспечении высокой пластичности наплавленного металла, Эти же составы отличаются наибольшими значениями интервала нормального формирования. Таким образом, содержание компонентов в этих составах следует считать оптимальным, Сварка под флюсами N 1, 5 не обеспечивает высокой пластичности наплавленного металла вследствие содержания алюмомагниевого порошка, в количестве, отличном от оптимального, указанного в формуле. Состав 6 характеризуется низкой пластичностью наплавленного металла, обусловленной отрицательным влиянием титана и ванадия, переходящих в металл из сварочной проволоки при отсутствии железа, молибдена и хрома, низкой водородной проницаемостью из-за недостатка этих же компонентов. Состав N 7 не обеспечивает требуемых значений водородной проницаемости из-за низкого содержания в нем окислов Р3М. Превышение верхних пределов содержания хрома и ферромолибдена (пример 8) существенно меняет химический состав наплавленного металла, что снижает его пластические свойства. Примеры 9 — 11 иллюстрируют совместное влияние цирко5 нового концентрата и окислов РЗМ на сварочно-технологические свойства.

Установлено, что превышение верхнего предела содержания цирконового концентрата (N. 11) резко ухудшает отделимость

10 шлаковой корки, введение окислов Р3М в количестве, превышающем верхний предел (М 9), приводит к образованию кристаллизационных трещин. Пример М 10 показывает, что использование только окислов Р3М без

15 введения цирконового концентрата для повышения сварочно-технологических свойств недостаточно.

Формула изобретения

20 Керамический флюс для сварки сталей, содержащий магнезит, корунд, плавиковый шпат, волластонит, окислы Р3М, алюминий, магний, металлический хром, марганец, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыше25 ния эксплуатационных свойств наплавленного металла за счет увеличения его водородной проницаемости и пластических свойств, а также улучшения сварочно-технологических свойств флюса при сварке низ30 колегированных высокопрочных сталей типа 15ХМФА проволокой типа Св10ХМФТУ, флюс дополнительно содержит ферромолибден и цирконовый концентрат, алюминий и магний введены в виде алюмо35 магниевого порошка, марганец — e виде ферромарганца, а магнезит — в виде магнезитового обожженного порошка при следующем -соотношении компонентов флюса, мас. :

40 Магнезитовый обожженный порошок 20-32

Корунд 13 — 24

Волластонит 11-19

Плавиковый шпат 8 — 14

45 Цирконовый концентрат 5 — 15

Металлический хром 0,3 — 5,5

Ферромарганец 0,1- 5

Алюмомагниевый поро50 шок 0,5-2,5

Ферромолибден 0,1 — 5

Окислы РЗМ 5 — 15

1726183

Таблица! мас.", в составе (1.. ) Содержание компонентов, Компоненты

1 ) 9 10 11

Порошок магнезитовый обожженный

24 24 24

19 20 19

25 24

20 19

27 32 26 20.

17 24 17 13

25 25

20 20

Электрокорунд

Концентрат плавикошпатовый

9 12 9

1,3,5 16,5 13,5

12 14 12 8 9 10

17,1 19,0 16,5 11,0 16,9 15,75

12 10

15 0 12,3

Волласт онит

Концентрат цирконовый

10 4 . 16

5 10 15 10 10 10 10

Алюмомагниевый порошок

Окислы редкоземель" ных металлов

5 10 15 10 15 4 10 16 15 10

Та блица2

Состав

Г

7 1 9 9 * !!> (11 П> 9 )9

) 9 (6

0,625 0,784 0,641 0,219 0,191 0,546 0,182 Не on- 0,(14 0,695 0,420 ределен

1,2 2,3 Не on- 2,1 2,0 ределен

0,8

2,1 2,3 1,1

2,0 2,2!

40

90 88 9! 65 92 92 68 91

9! к

Применение при сварке реактора гидрокрегинга невозможно.

Кристаллизационные трещины .

9>>9 9

Плохая отделимость шлаковой корки, 45

Составитель О.Натапов

Техред М.Моргентал Корректор И.Муска

Редактор E.Êîï÷à

Заказ 1233 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Хром металлический

Ферромарганец

Ферромолибден

ОпределяеI ! мыи параметр

Величина критического раскрытия трещин,мм 0,185

Водородная проницаемост

Q 10 мл/смэ с

Интервал нормального формирования,мм 91

0,4

2,5

2>0

2,0

0 5 2,0 2,5

0,3 2>5 5>5

0,1 2,0 5 0

От! 2>0 5>0

2,6 2,0

2 5 0,2

2,0 2,0

2,0 0,05

2,0 2,0

5,0 5,6

2,0 2,0

5,0 5,1

2,0 2,0 2,0

2,5 2,5 2,5

20 20 2>0

2,0 2,0 2,0