ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРОЧНОГО ПЛАВЛЕННОГО ФЛЮСА Российский патент 2012 года по МПК B23K35/362 B23K35/40 

Изобретение относится к сварочной отрасли, а именно к составам шихты для получения сварочного плавленого флюса, и может быть использовано при механизированной сварке и наплавке углеродистых сталей общего назначения низколегированной сварочной проволокой.

Известна шихта для получения сварочного плавленого флюса (Технологическая инструкция на изготовление плавленого флюса марки ФЦ-16 ТИ-30-03-80, М., НПО ЦНИИТМаш, 01.07.80), содержащая, мас.%:

Кварцевый песок 27-32 Мрамор (CaO) 16-20 Марганцевый концентрат 4,5-9 Окись алюминия безводная (18-20) Магнезит 7-9 Флюоритовый концентрат 11-15 Фтористый натрий 3-7,5

Эта шихта предназначена для получения сварочного плавленого флюса, который применяется при многослойной автоматической сварке кольцевых швов корпусных конструкций.

Недостатком шихты является то, что в ее составе используются дорогостоящие компоненты (марганцевый концентрат, глинозем, магнезит). Помимо этого, марганцевый концентрат, входящий в состав шихты, является основным загрязнителем флюса серой (содержание достигает до 0,25%) и фосфором (до 0,3%). При этом состав шихты не обеспечивает как снижение серы, так и уменьшение концентрации фосфора в исходных материалах в связи с сильными химическими связями фосфора с минералами в марганцевой руде, что приводит к распространению серы и фосфора как в шлаковой корке, так и в металлической ванне во время сварки. Высокое содержание серы и фосфора в сварных швах приводит к образованию трещин, т.е. влияет на качество сварного шва.

Кроме того, использование в составе шихты окиси алюминия приводит к удалению легких частиц глинозема в процессе плавки, причем величина окиси алюминия достигает 3%, что затрудняет получение флюса стабильного химического состава и требует дополнительной операции по контролю состава выплавляемого флюса.

Наиболее близкой к предлагаемой шихте по составу и технологическим свойствам является шихта (А.С. №1098731, МПК 5 В23K 35/362, 1984), состоящая, мас.%:

Глиноземистый побочный продукт 26-33 Марганцевый шлак ферросплавного   производства с окислителем   рафиниратором 10-34 Магнезитовый порошок 7-8,5 Мрамор 3-11 Кварцевый песок 7-17 Фтористый натрий 6-7,5 Флюоритовый концентрат 14-16

Недостатком шихты является то, что она содержит шлаковые материалы, которые имеют нестабильный состав и высокое содержание вредных примесей по содержанию серы (0,1-1,2%), что влияет (снижает) на качество получаемого флюса и соответственно на качество сварных швов. В составе шихты используется дорогостоящее сырье, что обуславливает высокую себестоимость получаемого плавленого сварочного флюса.

Задачей изобретения является снижение себестоимости флюса, получение высококачественного сварочного плавленого флюса, расширение минерально-сырьевой базы Пермского края для производства сварочных материалов.

Поставленная задача была решена за счет того, что в качестве шихты сварочного плавленого флюса была использована горная порода габбро-диабаз Ломовского месторождения Пермского края.

Габбро-диабаз Ломовского месторождения Пермского края содержит оксиды, приведенные в табл.1.

Таблица 1 Элементы SiO₂ MnO CaO MgO Al₂O₃ Na₂O K₂O TiO₂ Fe₂O₃ P₂O₅ S_oбщ Содержание, мас.% 48,56 0,22 8,33 3,71 12,44 2,37 1,23 4,42 8,55 0,47 <0,03

Габбро-диабаз Ломовского месторождения Пермского края с некоторым приближением соответствует составам флюсов ФЦ-16, ФЦ-16А, АН-47 и АН-15. Область этих флюсов на трехкомпонентной диаграмме состояний системы CaO-MgO-SiO₂ лежит между изотермами 1400 и 1500°С, но температура плавления этих флюсов составляет 1300-1350°С благодаря введению в состав шихты дополнительных оксидов MnO, Na₂O, K₂O и фторидов CaF₂ и NaF. Габбро-диабаз на диаграмме состояния находится выше области сварочных флюсов между изотермами 1300-1500°С, но температура его плавления из-за низкого содержания оксида магния (3,71%) не превышает 1400°С. То есть температура плавления предлагаемого флюса и вышеперечисленных флюсов, в которые вводится дополнительное дорогостоящее сырье (CaF₂, MnO и др.), одинакова.

Использование габбро-диабаза в качестве шихты позволяет исключить из состава шихты дорогостоящие и дефицитные компоненты - магнезитовый порошок, глинозем, кварцевый песок, мрамор, так как оксиды кремния, алюминия, кальция и магния, которые в достаточных количествах входят в состав габбро-диабаза Ломовского месторождения Пермского края. Стоимость габбро-диабаза в 8-12 раз меньше стоимости глинозема, марганцевого концентрата и мрамора, что позволяет значительно снизить материальные затраты на производство сварочного плавленого флюса.

Преимуществом габбро-диабаза также является низкое содержание в нем примесей серы (<0,03%) и фосфора (до 0,61% пятивалентного оксида фосфора). Низкое содержание вредных примесей позволяет улучшить качество получаемого флюса и соответственно качество сварных швов.

Преимуществом предлагаемого однокомпонентного состава шихты является и улучшение экологии, так как в составе шихты нет искусственных химических компонентов, магматическая горная порода габбро-диабаз не выделяет вредных веществ при плавлении. Во время плавки не требуется вводить дополнительные рафинирующие компоненты, так как габбро-диабаз обладает низким содержанием вредных примесей. А перед плавкой нет необходимости рассчитывать рецептурный состав шихты.

Кроме того, использование габбро-диабаза Ломовского месторождения Пермского края позволит расширить минерально-сырьевую базу Пермского края для производства сварочных материалов.

Известно использование габбро-диабаза Ломовского месторождения Пермского края в строительстве в качестве строительного материала (Данилевич И.С., Захаров Л.И., Козлов А.С., Пушкин С.А. Облицовочные и поделочные камни Пермской области. Справочник. Пермское государственное геологическое предприятие "Пермгеолнеруд", Пермь, 1998).

Использование габбро-диабаза Ломовского месторождения Пермского края в сварочной отрасли, а именно в качестве шихты сварочного плавленого флюса, неизвестно из уровня техники. Впервые были выявлены такие свойства этой породы как стабильный химический состав, низкое содержание вредных примесей, стабильная температура плавления, которые позволяют уменьшить себестоимость получаемого сварочного флюса, улучшить экологию производства, повысить качество получаемого флюса и соответственно качество сварных швов.

Пример конкретного выполнения.

В лабораторных условиях были получены опытные образцы плавленого сварочного флюса в графитовом тигле. В качестве шихты был использован габбро-диабаз Ломовского месторождения Пермского края, состав которого приведен в табл.1.

Габбро-диабаз дробили до фракции не более 4 мм, после чего плавили. Режим плавки: I=150-160 А, время 30 мин. После плавки осуществляли сухую грануляцию до фракции 0,4-2 мм. В результате был получен высококремнистый безмарганцовистый флюс, темно-коричневого цвета.

С использованием полученного флюса была проведена сварка стальных пластин марки Ст3сп толщиной 14 мм, которая показала: флюс обладает хорошей отделимостью шлаковой корки с поверхности шва, что обеспечивается меньшим окислительным действием флюса на твердеющий металл шва, т.к. образование окисной пленки на поверхности шва происходит медленнее и сцепление шлака с этой поверхностью затрудняется.

По РД 03-613-03 установлено, что предлагаемый плавленый сварочный флюс обладает 5-балльной оценкой по следующим сварочным свойствам: отделимость шлаковой корки, качество формирования шва и стабильность горения дуги.

Изобретение может быть использовано при механизированной сварке и наплавке углеродистых сталей низколегированной сварочной проволокой. В качестве шихты при изготовлении сварочного плавленого флюса использована горная порода габбро-диабаз Ломовского месторождения Пермского края следующего состава, мас.%: SiO₂ - 48,56, MnO - 0,22, СаО - 8,33, MgO - 3,71, Аl₂O₃ - 12,44, Na₂O - 2,37, K₂O - 1,23, TiO₂ - 4,42, Fe₂O₃ - 8,55, Р₂О₅ - 0,47, S_общ - менее 0,03. В результате использования габбро-диабаза был получен высококремнистый безмарганцовистый флюс. Флюс обладает хорошей отделимостью шлаковой корки с поверхности шва, обеспечивает качественное формирование шва и стабильность горения дуги. 1 табл., 1 пр.

Применение габбро-диабаза Ломовского месторождения Пермского края в качестве шихты для получения сварочного плавленого флюса.