Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей
Владельцы патента RU 2772822:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" (RU)
Изобретение относится к флюсам, предназначенным для электродуговой механизированной наплавки и сварки сталей. Флюс выполнен из шлака производства силикомарганца, содержащего, мас. %: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40. Использование флюса обеспечивает снижение загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижение угара легирующих элементов при наплавке за счет снижения окисленности шлаковой системы, повышение физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при наличии оксидов бария, улучшение качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с наличием оксидов натрия и калия. 2 табл.
Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной наплавке и сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для наплавки и сварки сталей.
Известен сварочный плавленый флюс, содержащий оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, магния, марганца, титана, калия, натрия, фторид кальция, при следующем соотношении компонентов, 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).
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.
Известен, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной наплавки стали, состоящий из шлака производства силикомарганца, включающего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40 (RU 2749735 МПК В23К 35/362, опубл. 16.06.2021).
Существенными недостатками известного флюса являются:
- высокая загрязненность стали неметаллическими включениями за счет высокой концентрации оксидов марганца и железа;
- повышенный угар легирующих элементов при наплавке за счет высокой окисленности шлака;
- низкие физико-механические свойства;
- низкое качество поверхности наплавляемого слоя и сварного шва.
Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении повышенных значений физико-механических свойств сварного соединения, снижения угара легирующих элементов, снижением загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и повышения качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва.
Для решения существующей технической проблемы в известный флюс для механизированной наплавки и сварки стали, на основе шлака производства силикомарганца, содержащего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана и оксид хрома, согласно изобретению, в него дополнительно введены 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, при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.
Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения:
- снижение загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;
- снижение угара легирующих элементов при наплавке за счет снижения окисленности шлаковой системы;
- повышение физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;
- улучшение качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия.
Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при наплавке валиков, стабильности процесса наплавки и требуемых физико-механических свойств.
Содержание FeO и MnO выбрано исходя из обеспечения низкого окисления легирующих элементов.
Концентрации K2O, Na2O выбраны исходя из обеспечения стабилизации горения дуги. Концентрации CaO, SiO2, CaF2, Al2O3, MgO, Cr2O3, TiO2, 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.
Для изготовления флюса для сварки 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 и подвергали 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-35В9Х3СФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. В опытах использовали шлак с граничными и заграничными заявленными пределами (таблица 1). 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. Характеристики исследуемых параметров приведены в таблице 2.
Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:
1. Снизить уровень загрязненности сварного соединения, наплавленного слоя оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;
2. Снизить угар легирующих элементов на 2-5% при наплавке за счет снижения окисленности шлаковой системы;
3. Повысить физико-механические свойства на 5-10% за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;
4. Улучшить качество поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия
Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, состоящий из шлака производства силикомарганца, отличающийся тем, что в нем использован шлак, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана, оксид хрома, оксид натрия, оксид калия, оксид бария, серу и фосфор, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
| 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 |
