Плавленный флюс для механизированной сварки

 

(72) Авторы изобретения

Б. А. Кох, Ю.. В. Фролов и В. Л. ссо „-:.,*;.

/ с

Ленинградский ордена Ленина корабфстроительйый, институт (7 l ) Заявитель (54) ПЛАВЛЕНЫЙ ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ

СВАРКИ

Изобретение относится к сварке, а именно, к сварочным флюсам, и предназначено для электродугфвой сварки йа повышенных скоростях углеродистых и среднелегированных сталей с пределом прочности менее 60 кгс/мм2.

Для сварки названных сталей используются 5 либо высококремнистые марганпевые флюсы, либо ниэкокремнистые флюсы, не содержащие окислов железа.

Флюсы первой группы не позволяют улуч- 1о шить вязкие свойства сварных швов и не пригодны для сварки на повышенных скоростях из — за образования в металлае шва пор.

Флюсы второй группы, хотя и улучшают вязкие и пластические свойства шва, но обла- 15 дают неудовлетворительными сварочно-технологическими свойствами и вызывают повышенную склонность к образованию пор вследствие возрастания содержания водорода в сварном шве. Повышенное содержание водорода в ме20 галле шва способствует также образованию холодных трещин в сварных соединениях низколегированных улучшенных сталей и при-;

2 водит к необходимости подогрева стали и удорожанию технологии.

Известен плавленый флюс для сварки сталей (1), содержащий следующие компоненты,%: Ti0> 5 — 30; ЕгОр 5 — 30; S10q 15-35:

МпО 15 — 40 А1гОЭ с 20; СаО 10;

FeO 4 10; СаЕр, < 10; МцО < 10.

Однако сварочный флюс, который содержит одновременно около 35% SiO> и до 30%

Ti0 не позволяет улучшить вязкие свойства шва из — за окисления металла и засорения сварного шва оксидными неметаллическими включениями. Кроме того, термодинамическая активность SiOq во флюсах, содержащих до

40% двуокиси кремния и одновременно.. ие содержащих окись кальция (что является одним из вариантов этого флюса) черезвычайно высока, что также приводит к падению вязких свойств шва. Поэтому, с тем, чтобы ис. ключить образование пор водородного происходжения при использовании для сварки флюсов, относящихся к шлаковой системе > ОЙ СаО (более 30%), необходимо Увеличить верхйий предел по содержанию $10т.

3 988504

Известен также флюс (21 следующего сос тава, вес.%:

SiO 35,5-39,5

А1 Оз 14-16

FeO 1,5 5

TiO>+ZrOq 4

СаО+ВаО 21-24

CaFq 4,5 — 8,25

Мп0 6,25 — 8,25 .

MgO 10 125 10

Na@O + КзО 0,5

Этот флюс также обладает пониженной стойкостью против водородных пор, особенно при увеличении скорости сварки.

Целью изобретения является повышение

15 производительности эа счет увеличения скорости сварки при одновременном уменьшени содержания водорода в сварном .шве и улучшении ударной вязкости металла шва.

Указанная цель достигается тем, что в состав флюса, содержащего двуокись кремния, O окись кальция, фтористый кальций, окислы . железа, двуокись 1циркония, дополнительно введены фториды меди, железа, никеля и нитриды кремния и —:циркония при следующих соотношениях компонентов, вес.%:

Двуокись кремния 50,5 — 57

Двуокись циркония 0,5-2,5

Окись кальция 20 — 30

Окислы железа 45 6 ЗО

0,5 — 3

0,5 — 1

Фтористый кальций

Фторцды меди, железа, никеля

Йитриды кремния и пиркония

При этом фториды меди, железа, никеля введены вместе или порознь и при совмест-. ном введении фторидов между ними должно соблюдаться соотношение CuF> .FeF : NiF>=

1:1,4:3,5.

Нитриды кремния .и циркония введены в его состав вместе или порознь s любых соотношениях.

Основным компонентом в предлагаемом

45 флюсе является двуокись кремния. В результате повышения ее. концентрации против прототипа удается резко снизить концентрацию водорода в шве и предотвратить, в итоге, образование пор в сварном шве. Другим основным компонентом является окись кальция. В принятых пределах окись кальция поддерживает на оптическом уровне термодинамическую активность кремнезема — иа уровне, желательном с точки зрения ударной вязкости металла шва и содержания в нем водорода.

Во флюс дополнительно введены фториды и нитриды. В качетсве фторидов необходимо использовать CuF>, FeF>, NiF>. Их основное назначение — интенсифицировать образование тетрафторида кремния SiFq, который разлагает водородсодержащие соединения в атмосфере дуги с образованием нерастворимого в металле фтористого водорода HF, что особенно необходимо при сварке на повышенной скорости сварки. Увеличение скорости сварки вызывает рост скорости кристаллизации металла сварочной ванны, вследствие чего даже относительно низкие содержания водорода

2,5 — 3 см /100 r приводят к образованию пор, Выполненные термодинамические расчеты и эксперименты показывают, что наиболее эффективны для снижения водорода добавки CuFq, а добавки FeFg u Nil- должны находится в отношении к концентрации

СиЕз, равном соответственно 1,4 и 3,5..

В результате проведенных исследований установлено, что увеличение содержания фторидов в предлагаемом высококремнистом флюсе более принятого верхнего предела 3% черезмерно повышает газовыделение при сварке.

Добавки нитридов кремния и циркония в любых соотношениях в количестве до 1% благоприятно сказываются на ударной вязкости сварных швов вследствие измельчения зерна, особенно при сварке сталей, легированных нитридообразующими элементами: ванадием, бором, алюминием, титаном.

Назначение двуокиси циркония в предлагаемом флюсе состоит в том, что этот компонент снижает газовыделение при сварке, в результате чего улучшаются санитарно — гигиенические условия труда сварщиков.

Окислы железа введены в предлагаемый флюс, с целью дополнительного;окисления металла и снижения в результате этого концентрации,растворенного водорода, а также в связи с тем, что они тормозят кремневосстановительный процесс.

Пример. Для определения свойств флюса приготавливают три разных состава, в которых изменяют концентрации ингредиентов.

Каждый состав выплавляют в электрической печи с металлическим водоохлаждаемым кокилем. .

Перед сливом,: расплава в печь добавляют нитриды и фториды. Сушку флюсов производят при 400 С. Составы флюсов приведены в табл. 1.

988504

Таблица -1

Плавка

Компоненты

1 2

50,5

$(Ог

53

ZrO2

0,5

1,5

СаО

25

ЕегОз

4,5

СаЕг

12,5

CuF> + FeF2 + NiFq, 1,3

0,5

0,7

81з 4+

0,5

П р и м е ч а н и е: Соотношение нитридов кремния и циркония в их сумме— равное, а соотношение фторидов меди, железа и никеля— в соответствии с,формулой предлагаемого изобретения.

Под полученными флюсами 1, 2 и 3 про- ки — 35 — 40 м/ч. Данные о содержании в изводятсваркунизколегированнойстали10ХСНД металле шва общего (диффузионио- подвижпроволокой марки Св 08ХН2НМТА диаметр- ного и остаточного) водорода и его ударной ром 5 мм на режиме: ток — 750 — 850 А, на- . зв вязкости при 40 С представлены в пряжение на дуге — 38 — 42 В, скорость свар- табл. 2.

Таблица 2

Плавка флюса

Показатели

8,4 ударная вязкость, кгс, м/смг

9,2

7,9

Содержание водорода, cM3/100 г

1,9 1,7

1,2

Из сравнения результатов, представленных . в табл. 2 следует, что предложенный флюс обеспечивает получение на скорости сварки более 35 м/ч металла шва с высокой ударной

50 вязкостью и низким содержанием водорода.

Дополнительно к описанным испытаниям производят сварку швов тавровых соединений стали 10ХСНД под флюсами 1, 2 и 3 проволокой марки Св — 08Г2С диаметром 2 мм на .:режиме: сварочный ток — 400 — 500 А, напряжение на дуге — 35 — 38 В, скорость сварки— !

75 и 120 м/ч (катеты угловых швов соответственно 4 и 3 мм). Контроль швов т -графи-, рованием показывает отсутСтвие в них пор при использовании предлагаемого флюса.

Таким образом, предлагаемый флюс позволяет повысить производительность сварки и снизить содержание в швах водорода, а значит и температуру предварительного подогрева, если он применяется в целях предотвращения образования холодных трещин по сравнению с базовым объектом (один из вариантов флюса 1).

Предлагаемый флюс можно рекомендовать для использования на высокопроизводительных поточных линиях, предназначенных для сварки.

988504

Составитель М. Саленко

Техред Ж.Кастелевич

Редактор А. Гулько

Корректор Г. ОгаР

Тираж 1103

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ 10959/16

Филипа ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 протяженных швов, в частности стыковых швов полотнищ, угловых ребер жест косп

: и т. и.

Флюс можно применять совместно со сварочными проволоками марок: Св — 08ГСМТ, S

Св — 08ХН21МТА, Св — 08ГА, Св-08Г2С и другими, обязательно легированными марганцем.

Формула изобретения

1. Плавленый флюс для механизированной сварки преимущественно углеродистых, и низ- колегированных сталей, содержащий двуокись кремния, двуокись циркония, окись кальция, !5 фтористый кальций, окислы железа, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения производительности эа счет увеличения скорости сварки и повышения качества сварного соединения за счет уменьшения содержания гО водорода в металле шва и увеличения его ударной вязкости, флюс дополнительно содержит фторнды меди, железа,. никеля и нитриды кремния и цирконня прн следующем соотношении компонентов, весЯ: гр

Двуокись кремния 50,5 — 57

Двуокись циркония 0,5-2,5

Окись кальция 20-30

Окислы железа 4,5 — 6

Фтористый кальций 10-15

Фториды меди, железа и никеля 0,5 — 3

Нитриды кремния и циркония 0,5 — 1

2. Флюс по п. 1, отличающийся тем, что фториды меди, железа, никеля введены вместе или порознь и при совместном введении фторидов между ними должно соблюдаться соотношение CuF> .FeFq.NiF>=1:14:3,5.

3. Флюс по пп. 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что нитриды кремния и циркония введены в его состав вместе или порознь в любых соотношениях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Японии Н 53 26214, кп. В 23 К 35/362, 01.08.78.

2. Патент Великобритании Р 935520,. кл. 82 /а/, 30.04.62(прототип).