Флюс-добавка Российский патент 2017 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам-добавкам, предназначенным для примешивания к сварочным флюсам.

Известен 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, а также больших затрат на дробление;

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

Известен керамический флюс-добавка [2], содержащий мрамор и ферросилиций, который дополнительно содержит соду кальцинированную и калиево-натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас.%:

Мрамор 24-60 Пылевидные отходы производства ферросилиция 20-63 Сода кальцинированная 0,01-11 Калиево-натриевое жидкое стекло 9-13

Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:

- пониженный уровень механических свойств сварного шва за счет повышения загрязненности стали неметаллическими включениями в связи с увеличением вязкости шлаковой системы;

- высокой стоимостью сварочного процесса за счет использования соды кальцинированной и пылевидных отходов ферросилиция.

Известен также, способ выплавки стали в электропечах, включающий проведение окислительного периода со скачиванием шлака, проведение восстановительного периода и раскисление шлака в восстановительный период, отличающийся тем, что в конце окислительного периода после скачивания шлака в печь присаживают стронций-бариевый карбонатит, известь и плавиковый шпат в соотношении (1,0-2,0):(2,5-5,0):(0,1-1,0) соответственно, при этом количество шлака с основностью 1,5-4,0 составляет 1,5-4,0% от массы металла [3].

Данный способ, реализованный при дуговом разряде в электросталеплавильных печах с использованием стронций-бариевого карбонатита, позволяет значительно повысить показатели ударной вязкости при положительных и отрицательных температурах.

Известен выбранный в качестве прототипа флюс-добавка [4], предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе жидкого стекла, который содержит пыль электрофильтров алюминиевого производства и натриевое жидкое стекло при соотношении компонентов, мас.%:

Пыль электрофильтров алюминиевого производства 41,67-60 Натриевое жидкое стекло 58,33-40

Существенными недостатками данного керамического флюса-добавки являются:

- повышенный уровень загрязненности сварного шва неметаллическими включениями и как следствие снижение механических свойств и, в частности, значений ударной вязкости.

Желаемым техническим результатом изобретения является:

повышение общего уровня механических свойств сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня загрязненности неметаллическими включениями.

Для этого предлагается флюс-добавка, предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе натриевого жидкого стекла, который дополнительно содержит стронций-бариевый карбонатит при соотношении компонентов, мас.%:

стронций-бариевый карбонатит 60-75 натриевое жидкое стекло 25-40

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из возможности изготовления флюс-добавки, качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых механических свойств. Для изготовления флюса-добавки использовали стронций-бариевый карбонатит марки БСК, производимый ООО «НПК Металлтехпром» по ТУ 1717-001-75073896-2005, при этом химический состав изменялся, мас.%: SrO=1,41-6,25; BaO=6,29-16,86; TiO₂=0,02-0,05; Cr₂O₃=0,05-0,20; Al₂O₃=1,6-3,05; Na₂O=0,37-3,02; K₂O=0,85-2,69, CaO=13,6-18,9; SiO₂=12,82-41,22; Fe_общ=4,18-14,85; C_общ=1,32-8,45, MnO=0,06-0,33, MgO=0,48-6,24, S=0,20-0,22, P=0,02-0,04.

Натриевое жидкое стекло имело значение силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности растворов 1,30-1,60 г/см³.

Изготовление заявляемого флюса-добавки проводили размолом стронций-бариевого карбонатита до фракции менее 1 мм с последующим смешением с натриевым жидким стеклом. Полученную смесь перемешивали в течение 60 минут до получения однородной массы в смесителе, далее осуществлялась сушка при комнатной температуре в течение 24 часов, после чего производился помол. Далее осуществлялся просев через сито (ячейка 3×3 мм), при этом гранулы большего размера измельчали и направляли на рассев. После чего гранулы прокаливали при температуре 150-300°C в течение 60 мин. Заявляемый флюс-добавку примешивали к сварочным флюсам АН-348А, АН-60, после чего осуществляли сварку образцов с использованием сварочного трактора ASAW-1250. Технологические испытания проводили при сварке шва на образцах из стали марки 09Г2С длиной не менее 500 мм. Для сравнения проводили сварку под флюсами АН-348А, АН-60 с использованием керамического флюса-добавки согласно прототипу. Влияние изменения химического состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами, а также с присадкой керамического флюса-добавки согласно прототипу (столбец 9) на механические свойства сварного шва (временного сопротивления - σ_В, Н/мм², предела текучести - σ_Т, Н/мм², относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°C KCU^{-40 C}, Дж/см², а также длины строчки оксидных неметаллических включений приведено в таблице.

Использование заявляемой смеси по сравнению с прототипом позволяет: повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести σ_т и временного сопротивления σ_В на 2-3 Н/мм², относительное удлинение на 2%, ударной вязкости при отрицательных температурах на 3-4 Дж/см², за счет снижения длины строчки оксидных неметаллических включений.

Список источников

1. А.с. СССР 173588 В23k.

2. Пат. РФ 2467853 кл. В23K 35/362.

3. Пат. РФ 2197539 С21С 5/52.

4. Пат. 2564801 РФ, МПК⁸ В23K 35/362.

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке сталей под флюсом. Флюс-добавка содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: стронций-бариевый карбонатит 60-75, натриевое жидкое стекло 25-40. Флюс-добавка обеспечивает улучшение механических свойств сварного шва, в частности повышение ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня его загрязненности неметаллическими включениями. 1 табл.

Флюс-добавка на основе натриевого жидкого стекла, предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стронций-бариевый карбонатит при соотношении компонентов, мас.%:

стронций-бариевый карбонатит 60-75 натриевое жидкое стекло 25-40