Керамический флюс для сварки низколегированных сталей
Изобретение относится к сварке в заводских условиях газопроводных труб большого диаметра, предназначенных для эксплуатации в условиях Крайнего Севера. Цель изобретения - улучшение сварочнотехнологических свойств флюса и повышение ударной вязкости наплавленного металла при температуре до -60° при многодуговой сварке на повышенных скоростях бездефектного формирования и высокой хладостойкости металла швов Флюс содержит злектрокорунд, шлак синтетическийt цирконовый и рутиловый концентраты, плавиковый штат, а также ферротитан. ферробор, марганец металлический, которые взяты в следующем соотношении, мас.%: электрокорунд 25-35; шлак синтетический 15-25; магнезит обоженный 7-15; концентрат плавикошпатовый 7-15 концентрат цирконовый 1-10; концентрат рутиловый 5 20; марганец металлический 0.5- 3; ферротитан 0,7-3; ферробор 0,1-0.8. Сухой остаток жидкого стекла (силикат натрия) 5 15. Оптимальность сварочно-технологических свойств достигается заданным соотношением между основными и кислотными компо нентами. Заданные соотношения степени легирования титаном и бором и содержания поставщиков кислорода в апюминатно-рутиловом флюсе позволяют повысить низкотемпературную ударную вязкость швов. 6 табл. К/)
СОЮЗ CORE1СКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)л В 23 К 35/362
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
„,, (9s8Afl
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4288702/27 (22) 22.07.87 (46) 07.11.92. Бюл. ¹ 41 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) И,К.Походня, В.В,Головко, Д.M.Êóøíåров, С.Д.Устинов, А.В.Шиян, С.Л.Мандельберг, С. Е. Семенов, l0.Л. Богачек, С.В.Буслинский, Ю.И.Райчук, В.B,Tàðàñoâ и И.Л.Пермяков (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1092027, кл. В 23 К 35/362, 1982.
Авторское свидетельство. СССР № 1706818, кл. В 23 К 35/362, 1986.
Авторское свидетельство СССР № 1298029, кл. В 23 К 35/362. 1985. (54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ
НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к сварке в заводских условиях газопроводных труб большого диаметра, предназначенных для эксплуатации в условиях Крайнего Севера.
Цель изобретения — улучшение сварочнотехнологических свойств флюса и повышение ударной вязкости наплавленного
Технология многодуговой сварки. нашедшая широкое применение при изготовлении сварных газопроводных труб большого диаметра, требует использования сварочных флюсов, обладающих повышенной стойкостью против образования дефектов формирования металла швов. Это связано с тем; что многодуговая сварка ведется на повышенных скоростях (например, при трехдуговом процессе скорость сварки колеблется от 100 до 200 м!ч при погонной
„... Ж„„1773650 А1 металла при температуре до -60" при многодуговой сварке на повышенных скоростях бездефектного формирования и высокой хладостойкости металла швов. Флюс содержит электрокорунд, шлак синтетический цирконовый и рутиловый концентраты, плавиковый штат, а также ферротитан, ферробор, марганец металлический, которые взяты в следующем соотношении, мас.,(,: электрокорунд 25 — 35; шлак синтетический
15 — 25; магнезит обоженный 7-15; концентрат плавикошпатовый 7 — 15: концентрат цирконовый 1 — t0; концентрат рутиловый 520; марганец металлический 0.5-3; ферротитан 0,7 — 3; ферробор 0,1 — 0.8. Сухой остаток жидкого стекла (силикат натрия) 5-15. Оптимальность сварочно-технологических свойств достигается заданным соотношением между основными и кислотными компонентами. Заданные соотношения степени легирования титаном и бором и содержания поставщиков кислорода в алюминатно-рутиловом флюсе позволяют повысить низкотемпературную ударную вязкость швов. 6 табл. энергии до 500 Дж!м, В этих условиях хорошее формирование металла швов удается получить при использовании флюсов алюминатно-рутилового типа. Применение флюсов подобного типа при изготовлении газопроводных труб в заводских условиях позволило выполнять сварку прямолинейных швов труб со скоростью 150 — 180 м/ч.
Цель изобретения состоит в разработке керамического флюса, ".,озяоляк>щего получить сочетание комплекса с вя роя но-техно1773650 логических свойств флюса, обеспечивающих возможность использования его для многодуговой сварки на высоких скоростях (свыше 120 м/ч) с большой погонной энергией и возможности обеспечить уровень ударной вязкости металла швов не ниже 40
Дж/см при температуре испытания минус
60 С на образцах тип YI по ГОСТ 6996 — 66.
Основной характер шлакообразующей части флюса обеспечивается наличием в его составе магнезита и плавикового шпата. 8 связи с тем, что оксид магния является весьма гигроскопичной составляющей, в состав флюса она вводится в виде обоженного при .высокой температуре магнезитового AQ" рошка. Введение плавикового шпата B состав флюса позволило получить относительно низкую температуру пЛавления шлака (около 1200 С} несмотря на наличие в нем таких тугоплавких окислов, как
А!20з и MgO, Максимальное содержание во флюсе плавикового шпата ограничивается способностью флюса обеспечивать стабильное горение дуги, что особенно важно при скоростной сварке. когда вероятность образования дефектов формирования сварных швов весьма высока. С целью повышения стойкости металла шва против образования дефектов формирования в состав флюса введены соединения, которые оказывают благотворное влияние на формирование металла шва. К таким соединениям относится SlOz, Т102 и 2г02. Все перечисленные окислы имеют высокий окислитель"ный потенциал, поэтому в состав керамического флюса для снижения их химической активности и содержания кислорода в металле шва эти окислы вводятся в связанном аиде, Например, SiGz вводят в составе синтетического шлака и в виде силиката натрия (сухого остатка жидкого стекла), а также цирконового концентрата.
Для обеспечения оптимального сочетания хороших сварочно-технологических свойств флюса и высоких значений ударной вязкости металла швов необходимо выдерживать определенное соотношение между содержанием во флюсе компонентов, имеющих основной характер, и компонентов, имеющих кислотной характер.
Для флюсов алюминатно-рутилового типа такое соотношение содержания компонентов в мас,$ должно быть следующим:
0,6 < М + Ф + 0,5 К (1 24 . (1)
Ш+Р+Ц где М вЂ” содержание во флюсе обожженного магнезита, Ф вЂ” содержание во флюсе плавикового шпата;
5
К вЂ” содержание во флюсе электрокорунда
Ш вЂ” содержание во флюсе шлака синтетического;
Р— содержание. во флюсе рутилового концентрата;
Ц вЂ” содержание во флюсе цирконового концентрата, Повышению уровня уда рной вязкости металла шва при отрицательных температурах способствует совместное микролегирование сварочной ванны титаном и бором, которое при сварке под алюминатно-рутиловыми флюсами, следует осуществлять при определенном соотношении между содержанием во флюсе компонентов, являющихся основными поставщиками кислорода и содержанием ферротитана и ферробора.
Соотношение содержания компонентов (мас,g) должно быть следующим: (2) где Ш, Р, Ц вЂ” тоже, что в формуле(1);
Т вЂ” содержание во флюсе ферротитана;
Б — содержание во флюсе ферробора.
При сварке под опытными флюсами, в которых соотношение (2) превышало вели чину 20, происходило значительное окисление ферротитана и ферробора и поэтому наличие этих компонентов в составе флюса не оказывало требуемого влияния на повышение уровня ударной вязкости металла швов. B тех случаях, когда соотношение (2) было менее 10, швы содержали повышенное количество титана и бора, что отрицательно сказывалось на хладостойкости металла швов.
В табл. 1 приведены варианты состава предлагаемого флюса (испытания в ИЭС им. Е.О.Патона АН УССР). Под этими флюсами были получены сварные соединения из сталей класса Х-70 толщиной l7 мм с Х-образной разделкой кромок и притуплением 7 мм с использованием сварочной проволоки марки Са-08ГНМ. Сварка проводилась на трехдуговом автомате А-1373 на режиме, приведенном в табл, 2.
Все три дуги были запитаны от источников переменного тока, скорость сварки 135 м/ч.
Результаты определения сварочно-технологических характеристик флюсов и критической температуры перехода к хрупкому разрушвнию образцов металла швов, полученных под различными вариантами флюса и их химический состав приведены в табл, 3 — 6, Как видно из приведенных данных, предлагаемый флюс имеет хорошие сварочно-технологические характеристики и позволяет получить высокую ударную
1773650 вязкость металла швов при отрицательных температурах, Флюс должен найти широкое применение при сварке в заводских условиях газо- и нефтепроводных труб большого диаметра, предназначенных для эксплуатации в районах Крайнего Севера. Применение заявляе.. мого флюса даст возможность повысить качество труб, выпускаемых на отечественных трубосварочных заводах и сократить за счет этого обьем импортных поставок подобных труб, Применение предлагаемого флюса даст значительный экономический эффект в народном хозяйстве за счет сокращения импорта газопроводных труб большого диаметра.
Формула изобретения
Керамический флюс для сварки низколегированных сталей, содержащий электрокорунд, обожженный магнезит, плавиковый шпат, металлический марганец, ферротитан, ферробор, силикат натрия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью улучшения csaрочно-технологических свойств флюса и повышения ударной вязкости наплавленного металла при температуре до -60 С, при многодуговой сварке на скоростях до 135 м/ч, флюс дополнительно содержит высоко30
Таблица 1
Массовая доля компонентов (в мас.$) в предлагаемом флюсе
П е агаемый люс, по ва иан
Компоненты, их соотношения
7 8
11 12
15
27 35
15 15
10 7
15 7
32,8 30
24 20
7 15
7 9,6
33 36
22 14
35
24
31,9
20
15
15,5
9 10
10
11,5
16
10
9,6
9,6
7 6
1 10,5
7 4
10 1
7 6
7,5
0,5
15 20
15
0,7
0,8
0,5 3
2 1,7
0,5 0,1
2,6
0.4
1,3 0,7
3 1,3
0,8 0,4
0,5
0,5
2
0,5
0,7
1,3
0,4
t,0
1,0
0,4
1,2 2,0
3,0 0,7
0,8 0.8
3.0
4,0
0,5
2,1
2,0
0,0
0,4
0,6
0,05
10,1 10
10
5 10,2
0,96 0,87
10
10 16
0,90 1,19
1,2
0,8 1,2
1,24 t,04
Ш+Р+Ц
0,87
1,28
0,84
0,93
1,00
16 20
19,4
19,7
15,6
14,1
23,5
19,4
9,47 9,93
8,9
Т+Б
14,2
68,0
Электрокорунд
Шлак синтетический
Магнезит обожженный
Плавиковый шлат
Концентрат цирконовый
Концентрат рутиловый
Марганец металлический
Ферротитан
Ферробор
Сухой остаток жидкого стекла
М +Ф +05k кремнистый высокомарганцовистый синтетический шлак, рутиловый концентрат и цирконовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.$.
5 электрокорунд 25-35; синтетический шлак 15-25; обожженный магнезит 7-15; плавиковый шпат 1 — 1 5; цирконовый концентрат 1 — 10;
10 рутиловый концентрат 5-20: металлический
- марганец 0,5 — 3; ферротитан 0,7 — 3; ферробор- 0,1-0,8;
15 силикат натрия 5-15, при этом синтетический шлак содержит 5055 диоксида кремния, 38.43 ф моноксида марганца, фторид кальция — остальное, отношение суммы содержаний обожженного
20 магнезита плавикового шпата и половины содержания электрокорунда к сумме содержаний синтетического шлака. рутилового концентрата и цирконового концентрата составляет 0,8-1,24, а отношение суммы со25 держаний синтетического шлака, рутилового и цирконового концентратв к сумме держаний ферротитана и ферробора составляет 10-20.
Таблица 2
Режим сварки
Таблица 3 а
Влияние состава синтетического шлака на сварочно-технологические свойства флюса и критическую температуру хрупкости металла швов
П р и м е ч а н и е. Остальные компоненты во флюсах по вариантам 16...20 взяты в соответствии с вариантом 8 (табл.1), Таблица 4
Сварочно-технологические характеристики некоторых вариантов флюса (в баллах по 5-бальной системе) 10
1773650
Таблица 5
Критическая температура хрупкости PC) предлагаемого флюса (критический уровень вязкости А = 40 дж/см ) Ва иант
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
-63 -65 -65 -62 -66 -66 -68 -62 -55 -61 -64 -62 -65 -47 -63
Таблица 6
Химический состав металла швов, полученных под различными вариантами состава флюса
Химический состав металла шва, мас, Вариант
Т1
Мо
Составитель Т.Арест
Редактор M.Kóçíåöîâà Техред М.Моргентал Корректор Л,Лукач
Заказ 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
2
5
7
9
11
12
13
14
0,07
0,13
0,10
0,13
0,09
0,08
0.10
0,12
0,09
0,11
0,10
0,08
0,09
0,07
0,09
1,31
1,41
1,35
1,48
1,47
1,16
1,32
1,18
1,20
1,17
1,20
1,27
1,36
1,16
1,32
0,27
0,37
0,29
0,46
0,40
0,32
0,38
0,38
0,40
0,37
0,35
0,28
0,45
0,26
0,34
0,45
0,47
0,50
0,44
0,46
0,50
0,47
0,45
0,49
0,47
0,46
0,47
0,48
0,49
0,46
0,36
0,38
0,40
0,41 . 0,39
0,38
0,40
0,38
0,37
0,38
0,39
0,36
0,38
0,39
0,37
0,018
0.025
0,027
0,020
0,027
0,026
0,030
0,019
0,014
0,018
0,030
0,018
0,034
0,016
0,019
0,008
0,013
0,010
0,012
0,012
0.008
0,010
0,009
0,011
0,009
0,008 . 0.007
0.012
0,008
0,009
0,016
0,020
0,018
0,019
0,016
0,017
0,018
0,017
0,019
0,018
0,016
0,016
0,020
0,018
0,017
0,040
0,045
0,041
0,046
0,041
0,040
0,045
0,042
0.043
0.042
0,041
0,040
0,044
0,041
0,043
