АКТИВИРУЮЩИЙ ФЛЮС ДЛЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СВАРКИ Российский патент 2003 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено, например, при ручной и автоматической электродуговой сварке высокопрочных, теплоустойчивых и жаропрочных сталей в инертном газе.

Известен активирующий флюс для электродуговой сварки нержавеющих и высокопрочных сталей (Авторское свидетельство СССР 1342649, от 18.11.85 г., МКИ В 23 К 35/362). Этот флюс содержит (вес.%) гексафторалюминат лития 20-30, двуокись титана 20-30, тугоплавкое соединение, выбранное из группы: двуокись кремния, двуокись германия, двуокись теллура 40-60. Такой состав флюса обеспечивает высокую проплавляющую способность дуги и позволяет сваривать за один проход листы толщиной до 20 мм. Однако частицы этого флюса недостаточно хорошо сцепляются с поверхностью детали. При сварке частицы флюса перед дугой могут отслаиваться и выдуваться струей дуговой плазмы. Количество флюса в таких местах уменьшается, его влияние на проплавляющую способность дуги снижается, что ухудшает стабильность формирования шва.

Известен также активирующий флюс для дуговой сварки, принятый за прототип (Заявка 200010210225/02 (0022192) RU, по которой 27.11.2000 г. принято решение о выдаче патента на изобретение). Этот флюс состоит из 17-25% гексафторалюмината лития, 17-25% двуокиси титана, 35-40% тугоплавкого соединения, выбранного из группы: двуокись кремния, двуокись германия, двуокись теллура и 20-30% хлорида кальция. Такой состав флюса повышает стабильность формирования шва, обеспечивая лучшую сцепляемость слоя флюса с поверхностью свариваемой детали. Однако проплавляющая способность сварочной дуги при сварке с этим составом флюса уменьшается. Причиной этого является чрезмерное увеличение электропроводности жидкого шлака на поверхности сварочной ванны, поскольку хлорид кальция, так же как и оксиды кремния, теллура или германия, обладает высокой электропроводностью в расплавленном состоянии. В результате диаметр анодного пятна дуги расширяется, плотность тока в нем падает, что и вызывает уменьшение проплавляющей способности дуги. Этот недостаток прототипа существенно сказывается при сварке деталей с толщиной кромок больше 10-15 мм.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение проплавляющей способности дуги при сохранении стабильности формирования сварного шва.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что активирующий флюс для электродуговой сварки содержит гексафторалюминат лития, оксид титана и хлорид кальция. В отличие от прототипа в состав флюса дополнительно введен оксид алюминия, а компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Гексафторалюминат лития - 20-30
Двуокись титана - 20-30
Оксид алюминия - 10-30
Хлорид кальция - 20-30
Такая совокупность известных и новых признаков позволяет получить высокую проплавляющую способность сварочной дуги при хорошей стабильности формирования сварного шва. Это становится возможным, поскольку хлорид кальция при плавлении в зоне анодного пятна дуги обеспечивает достаточное для повышения плотности тока увеличение электропроводности. В то же время оксид алюминия, обладая высоким электросопротивлением, обуславливает относительно низкую электропроводность остальной части поверхности ванны. Повышенная адгезионная способность хлорида кальция обеспечивает хорошее сцепление флюса с поверхностью свариваемой детали, что сохраняет целостность слоя флюса и стабильность формирования проплава.

Предлагаемый активирующий флюс содержит гексафторалюминат лития LiAlF₆, двуокись титана TiO₂, оксид алюминия Al₂O₃ и хлорид кальция CaCl₂. Компоненты флюса взяты в следующем соотношении, вес.%:
Гексафторалюминат лития - 20-30
Двуокись титана - 20-30
Оксид алюминия - 10-30
Хлорид кальция - 20-30
Такой состав активирующего флюса обеспечивает высокую проплавляющую способность сварочной дуги при стабильном формировании сварного шва. Хлорид кальция обеспечивает хорошее сцепление флюса с поверхностью свариваемой детали. Это препятствует выдуванию флюса потоком дуговой плазмы, слой флюса перед дугой остается равномерным по толщине, его воздействие на сварочную дугу одинаково по всей длине стыка деталей, что обуславливает равномерное формирование сварного шва. Наличие в составе флюса оксида алюминия частично нейтрализует резкое уменьшение электрического сопротивления слоя расплавленного шлака на поверхности ванны. При сварке деталей с большой толщиной кромок, когда требуется повышенная сила сварочного тока, это способствует концентрации тока в зоне действия анодного пятна. В результате повышается проплавляющая способность сварочной дуги. Гексафторалюминат лития и двуокись титана, испаряясь в зоне дуги, способствуют сжатию столба дуги, что также повышает ее проплавляющую способность. Предложенное количественное соотношение компонентов флюса обеспечивает наиболее эффективное их воздействие на концентрацию тепловой мощности дуги, обеспечивающее повышение ее проплавляющей способности, при сохранении стабильности формирования шва.

Для проверки эффективности предложенного состава флюса аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом без присадки наплавляли швы на пластины толщиной 10 мм, длиной 150 мм и шириной 80 мм из стали 12Х1МФ. На поверхность пластин наносили слой предлагаемого флюса, содержащего 25% гексафторалюмината лития, 25% двуокиси титана, 25% хлорида кальция и 25% оксида алюминия. На другую партию образцов наносили слой флюса - аналога, содержащего 25% гексафторалюмината лития, 25% двуокиси титана и 50% двуокиси кремния. На третью партию образцов наносили флюс, выбранный в качестве прототипа и содержащий 20% гексафторалюмината лития, 20% двуокиси титана, 35% двуокиси кремния и 25% хлорида кальция. Во всех случаях флюсы готовили путем смешивания компонентов, измельченных до размера частиц 50 мкм. Эту смесь прокаливали при 15-200^oС в течение 1,5-2,0 часов. Смесь порошков разводили этиловым спиртом в соотношении 1:1 и наносили на поверхность образцов в виде пасты слоем толщиной 0,1 мм. Четвертая партия образцов наплавлялась без флюса. Наплавку производили при силе сварочного тока 150 А, скорость сварки составляла 2,5 мм/с, длина дуги устанавливалась равной 1 мм. После наплавки пластины разрезались по оси шва и измерялась глубина проплавления с шагом 10 мм по длине шва.

Оказалось, что предложенный состав флюса по сравнению с прототипом увеличивает проплавление на 25%. Стабильность формы шва более чем вдвое выше, чем при сварке с флюсом - аналогом, она сохраняется примерно такой же, как и при сварке с флюсом - прототипом и при сварке без флюса (см. таблицу).

Результаты испытаний показывают, что предлагаемый состав активирующего флюса обеспечивает по сравнению с прототипом технический эффект, заключающийся в повышении проплавляющей способности сварочной дуги при сварке деталей с большой толщиной кромок, при сохранении высокой стабильности формирования шва. Предлагаемый флюс содержит известные и применяющиеся в технике компоненты и может быть изготовлен и применен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый активирующий флюс обладает промышленной применимостью.

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено, например, при ручной и автоматической электродуговой сварке высокопрочных, теплоустойчивых и жаропрочных сталей в инертном газе. Предлагаемый активирующий флюс содержит, вес.%: гексафторалюминат лития - 20-30; двуокись титана - 20-30; оксид алюминия - 10-30; хлорид кальция - 20-30. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой проплавляющей способности сварочной дуги при стабильном формировании сварного шва. 1 табл.

Активирующий флюс для электродуговой сварки в среде защитных газов, содержащий гексафторалюминат лития, двуокись титана и хлорид кальция, отличающийся тем, что в него дополнительно введен оксид алюминия Al₂O₃, а компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Гексафторалюминат лития - 20-30
Двуокись титана - 20-30
Оксид алюминия - 10-30
Хлорид кальция - 20-30в