Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей
Владельцы патента RU 2682730:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)
Изобретение может быть использовано для электродуговой механизированной сварки под флюсом. Флюс содержит шлак производства силикомарганца, включающий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, и флюс-добавку при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 10-90, флюс-добавка 10-90. Флюс-добавка состоит из пыли газоочистки производства силикомарганца в количестве 59-67 мас. % и жидкого стекла в количестве 33-41 мас. %. Флюс обеспечивает снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и угара легирующих элементов при сварке и наплавке, а также уменьшение стоимости производства флюса и сварочного процесса за счет эффективной утилизации мелкодисперсной пыли газоочистки производства силикомарганца. 2 табл.
Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки сталей.
Известен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, включающий мас. %: SiO2 25-49, Al2O3 4-28, CaO 15-32, CaF2 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20 и P≤0,05, при этом он дополнительно содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40, при этом шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм (RU 2643027 РФ, МПК В23К 35/362, опубл. 29.01.2018).
Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:
- повышенная стоимость флюса в связи с использованием оборудования для дробления и измельчения шлака производства силикомарганца;
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;
- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.
Известен также, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной сварки сталей, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 25-49, оксид алюминия 4-28, оксид кальция 15-32, фторид кальция 0,1-1,5, оксид магния 1,7-9,8, оксид марганца 3-17, оксид железа 0,1-3,5,при этом в качестве примесей флюс может содержать серы не более 0,12%, фосфора не более 0,02% (RU 2579412 МПК В23К 35/362, опубл. 10.12.2015)
Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:
- высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями,
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;
- пониженные показатели твердости наплавляемого слоя,
- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качественных показателей наплавляемого металла, в частности твердости и износостойкости, а также утилизация отходов металлургического производства.
Для решения существующей технической проблемы предложен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, включающий шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, согласно изобретению, он дополнительно содержит флюс-добавку, состоящую из пыли газоочистки производства силикомарганца и жидкого стекла при их соотношении, мас %:
| пыль газоочистки производства силикомарганца | 59-67 |
| жидкое стекло | 33-41 |
а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:
| шлак производства силикомарганца | 10-90, |
| флюс-добавка | 10-90. |
Техническими результатами, получаемыми при использовании изобретения, являются:
- уменьшение стоимости производства флюса и сварочного процесса за счет эффективной утилизации мелкодисперсной пыли газоочистки производства силикомарганца;
- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями;
- снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке;
- повышение твердости и износостойкости наплавляемого изделия.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых сварочно-технологических свойств флюса.
Введение в заявляемых пределах в состав флюса шлака производства силикомарганца и флюс - добавки обеспечивает хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков в процессе сварки и наплавки.
Для изготовления флюса и флюс - добавки использовали следующие компоненты.
В качестве флюса использовался шлак силикомарганца фракции 0,45-2,5 мм производства Западно-Сибирского электрометаллургического завода с химическим составом: Al2O3 - 6,91-9,62%; CaO - 22,85-31,70%; SiO2 - 46,46-48,16%; FeO - 0,27-0,81%; MgO - 6,48-7,92%; MnO - 8,01-8,43%; F - 0,28-0,76%; Na2O - 0,26-0,36%; О - <0,62%; S - 0,15-0,17%; P - 0,01%.
Для изготовления флюс - добавки использовали пыль газоочистки производства силикомарганца с содержанием, мас. %: Al2O3=1,17-3,52; Na2O=0,3-0,93; K2O=0,2-5,6; СаО=5,2-7,6; SiO2=15,7-45,1; ВаО=0,04-0,21; MgO=5,31-10,73; S=0,08-0,47; Р=0,02-0,05; Feобщ=0,5-1,8; Mnобщ=5,7-35,6; Zn=0,1-3,2; Pb=0,1-3,8.
В качестве жидкого стекла использовали калиево-натриевое жидкое стекло с плотностью при 15-25°C - (1,30-1,55) г/см3 и силикатным модулем [SiO2:(K2O+Na2O)⋅1,0323]=2,6-3,0.
Флюс - добавку изготавливали следующим образом: пыль газоочистки производства силикомарганца фракции менее 0,45 мм смешивали с жидким стеклом в различных соотношениях.
При содержании жидкого стекла менее 33% наблюдался недостаток количества жидкого стекла, не удавалось провести связывание частиц пыли с жидким стеклом, причем некоторое количество частиц пыли не соприкасалось с жидким стеклом и находилось в «сухом» состоянии.
При содержании жидкого стекла более 41%, частицы пыли силикомарганца не полностью «впитывали» жидкое стекло и наблюдался избыток жидкого стекла.
Оптимальным с точки зрения внешнего вида состава смеси было выбрано соотношение компонентов: 59-67% пыли газоочистки производства силикомарганца и 33-41% жидкого стекла.
После смешивания компонентов смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов, осуществляли сушку в печи при температуре 300°C, затем охлаждение, дробление и просев с выделением фракции 0,45-2,5 мм.
После изготовления флюс - добавки ее примешивали к основному флюсу (шлак силикомарганца) в различном соотношении (таблица 1).
Наплавку образцов производили на образцах размером 300×150 мм толщиной 40 мм из листовой стали марки 09Г2С. Процесс проводили проволокой Св-08ГА диаметром 4 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250 на различных режимах наплавки. Из наплавленных пластин осуществляли вырезку образцов для проведения исследований: измерение твердости, износостойкости, исследование на наличие неметаллических включений (таблица 2).
Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF-1800 и атомно-эмиссионным методом на спектрометре ДФС-71. Металлографическое исследование микрошлифов проводилось без травления с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 при увеличении ×100 методом сравнения с эталонными шкалами в соответствие с ГОСТ 1778-70. Замеры твердости проводили ультразвуковым твердомером - УЗИТ-3. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, а также на металлографических шлифах. Испытания на износ по схеме «ДИСК-КОЛОДКА» проводили на машине 2070 СМТ-1.
Для сравнения результатов наплавки так же был использован флюс, выбранный в качестве прототипа на основе шлака силикомарганца (RU 2579412 МПК В23К 35/362)
Исследовались 8 различных составов флюса (таблица 1): 1 - прототип; 2 - нижний заграничный состав флюса; 3 - нижний граничный состав флюса; 4-6, - среднее содержание состава флюса; 7 - верхний предел состава флюса; 8 - верхний заграничный состав флюса. Взаимосвязь некоторых исследуемых параметров в зависимости от состава приведена в таблице 2.
Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:
1. - снизить загрязненность наплавки оксидными неметаллическими включениями с баллов 1-36 до баллов 1-26;
2. - снизить угар легирующих элементов при наплавке с 11% до 5-8%;
3. - увеличить твердость наплавляемого слоя от ПОИВ до 130 НВ,
4. - повысить уровень износостойкости наплавляемого слоя металла с 0,19 г/об*10*4 до 0,13-0,15 г/об*10-4.
Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, включающий шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца и оксид железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит флюс-добавку при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| шлак производства силикомарганца | 10-90 |
| флюс-добавка | 10-90, |
при этом флюс-добавка состоит из пыли газоочистки производства силикомарганца и жидкого стекла при их соотношении, мас %:
| пыль газоочистки производства силикомарганца | 59-67 |
| жидкое стекло | 33-41 |
