КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС-ДОБАВКА Российский патент 2012 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам.

Известен, выбранный в качестве прототипа, керамический флюс-добавка, предназначенный для примешивания к плавленым флюсам, содержащий мрамор и ферросилиций в следующем процентном соотношении, мас.%: мрамор 30-70, ферросилиций - остальное [1]. В качестве связующего вещества используется водный раствор силиката натрия.

Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:

- пониженные механические свойства сварного шва из-за высокого уровня содержания газов в сварном шве в связи с использованием для защиты углекислого газа, выделяемого только при разложении мрамора и повышенной загрязненности неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за повышенной температуры плавления последнего;

- высокая стоимость за счет использования дорогостоящих первородных материалов (мрамора и ферросилиция), а не отходов производства;

- низкое качество сварного шва в связи с недостаточной устойчивостью горения дуги из-за содержания в качестве элемента облегчающего горение дуги только натрия.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:

- повышение механических свойств сварного шва за счет снижения загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшения содержания газов за счет создания дополнительной газовой защиты;

- снижение стоимости сварочного процесса за счет использования отходов производства;

- повышение устойчивости горения дуги и качества сварного шва.

Для этого предлагается керамический флюс-добавка, содержащий мрамор и ферросилиций, который дополнительно содержит соду кальцинированную и калиево-натриевое жидкое стекло, а мрамор и ферросилиций использованы в виде пылевидных отходов при следующем соотношении компонентов флюса-добавки, мас.%:

мрамор 24-60 ферросилиций 20-63 сода кальцинированная 0,01-11 калиево-натриевое жидкое стекло 9-13

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов и стабильности процесса сварки. Известно, что при наличии в составе флюса соединений щелочных и щелочно-земельных металлов длина дуги увеличивается, а ее устойчивость повышается [2]. Элементами, облегчающими ионизацию в столбе дуги, является калий и натрий. В связи с этим в состав керамического флюса-добавки введены сода кальцинированная и калиево-натриевое жидкое стекло.

Введение соды кальцинированной обеспечивает дополнительную газовую защиту сварочной ванны углекислым газом СО₂ в результате разложения (Nа₂СО₃=Nа₂O+СО₂) и дополнительного перемешивания сформировавшегося из флюса шлака с зеркалом сварочной ванны расплавленного металла, а увеличение концентрации натрия способствует снижению температуры плавления флюса и в связи с этим улучшению рафинирующей способности сформировавшегося шлака от неметаллических включений.

Введение жидкого стекла обусловлено, с одной стороны, использованием в качестве связующего заявляемого керамического флюса-добавки, а с другой стороны, как материала, повышающего, за счет содержащегося калия и натрия, устойчивость горения дуги.

Для изготовления заявляемого керамического флюса-добавки в качестве ферросилиция использовались пылевидные отходы, образующиеся при дроблении ферросилиция марки ФС75 ГОСТ 1415-78, в качестве мрамора - отходы мрамора марки М92-М97 ГОСТ 4416-73 с содержанием 92-97% СаСО₃, образующиеся при распиловке мрамора, жидкое стекло ГОСТ 13078-81. Жидкое стекло: плотность при 15-25°С - 1,30-1,55 г/см³; силикатный модуль [SiO₂:(K₂O+Na₂O)·1,0323]-2,6-3,0.

Для отделения крупной фракции производили просев пылевидных отходов ферросилиция и мрамора через сито (ячейка 1×1 мм). Крупный отсев повторно мололся и просеивался. Сода кальцинированная также просеивалась через сито (ячейка 1×1 мм).

Далее производилось взвешивание и смешение данных компонентов в заявляемом процентном соотношении. Полученная смесь перемешивалась в течение 15 минут до получения однородной массы серого цвета. Далее при перемешивании мелкими каплями добавлялось жидкое стекло в заявляемом соотношении. Полученную смесь сушили при температуре 100-200°С в течение 10-20 мин, после чего производили помол. Далее осуществляли просев через сито (ячейка 2,5×2,5 мм). Гранулы большего размера отправлялись на перемол. Полученный продукт прокаливали в муфельной печи при температуре 250-350°С в течение 40-60 мин. После чего производили технологическое испытание керамического флюса-добавки при сварке шва под различными флюсами с добавкой в качестве флюса-добавки приготовленного продукта. Так для испытаний производили сварку швов под флюсом АН-348А с добавкой 3-5% заявляемого керамического флюса-добавки на образце из стали марки Ст3сп длиной не менее 500 мм. После сварки производили внешний осмотр шва на образование пор и раковин и испытание на механические свойства.

Влияние изменения состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами на качество сварного шва приведено в таблице.

Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет:

1. Повысить ударную вязкость сварного шва на 3-6 Дж/см² за счет снижения загрязненности стали неметаллическими включениями и уменьшения содержания газов за счет создания дополнительной газовой защиты;

2. Снизить стоимость сварочного процесса за счет уменьшения затрат на дробление и использование отходов производства на 12,78 руб./т.

3. Улучшить формирование шва при сварке за счет стабилизации горения дуги.

Источники информации

1. A.c. СССР 173588 В 23к.

2. Б.П.Конищев, С.А.Курланов, Н.Н.Потапов, В.Д.Ходаков. Сварочные материалы для дуговой сварки: справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1989. - Т.1. - 544 с.

Таблица Влияние соотношения ингредиентов керамического флюса-добавки на отбраковку сварных швов по дефектам сварки   Содержание в керамическом флюсе-добавке, мас.% Вариант 1 2 3 4 5 6 мрамор 23,9 24 42,3 40 60 60,1 ферросилиция 63,2 63 42,3 38 20 19,9 сода кальцинированная 0 0,01 3,4 9 11 6,9 жидкое стекло 12,9 12,99 12 13 9 13,1 отбраковка сварных швов по дефектам сварки, % 0,78 0 0 0 0 2,8

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке под флюсом в качестве добавки к плавленым флюсам. Керамический флюс-добавка содержит мрамор и ферросилиций в виде их пылевидных отходов, а также соду кальцинированную и калиево-натриевое жидкое стекло, при следующем соотношении компонентов, мас.%: мрамор 24-60, ферросилиция 20-63, сода кальцинированная 0,01-11, калиево-натриевое жидкое стекло 9-13. Флюс-добавка обеспечивает повышение механических свойств сварного шва за счет снижения загрязненности стали неметаллическими включениями, уменьшение содержания газов за счет создания дополнительной газовой защиты; снижение стоимости сварочного процесса за счет уменьшения затрат на дробление и использование отходов производства; повышение устойчивости горения дуги и качества сварного шва. 1 табл.

Керамический флюс-добавка, содержащий мрамор и ферросилиций, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соду кальцинированную и калиево-натриевое жидкое стекло, а в качестве мрамора и ферросилиция использованы их пылевидные отходы при следующем соотношении компонентов, мас.%:
мрамор 24-60 ферросилиций 20-63 сода кальцинированная 0,01-11 калиево-натриевое жидкое стекло 9-13