ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ СТАЛЕЙ Российский патент 2019 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности, к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки сталей.

Известен флюс для сварки и наплавки, содержащий диоксид кремния, оксид марганца, оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа, фторид кальция и жидкое стекло, где в качестве упомянутых оксидов и фторидов использован ковшевой шлак производства рельсовой стали содержащий, мас. %: SiO₂=20,7-28,6, MnO=0,01-2,0, СаО=45,6-54,8, MgO=0,1-10, Al₂O₃=0,1-7,0, K₂O=0,1-4, Na₂O=0,1-4, FeO=0,01-1,5, CaF₂=0,01-1,5, С_общ=0,1-0,6, причем использован пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали и жидкое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Пылевидный ковшевой шлак

производства рельсовой стали 30,0-50,0 Жидкое стекло 50,0-70,0,

(RU 2566236 МПК В23К 35/362, опубл. 20.10.2015).

Недостатками данного флюса для наплавки являются:

- высокая стоимость в связи с использованием материалов, требующих дробления и измельчения;

- повышенная загрязненность сварного шва и наплавляемого металла неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака;

- высокая окисленность флюса (содержание оксидов железа) приводящая к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях, а также к снижению механических свойств сварных конструкций в связи с загрязненностью сварного шва оксидными неметаллическими включениями.

Известен также, выбранный в качестве прототипа флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 25-49, оксид алюминия 4-28, оксид кальция 15-32, фторид кальция 0,1-1,5, оксид магния 1,7-9,8, оксид марганца 3-17, оксид железа 0,1-3,5, при этом в качестве примесей флюс может содержать серы не более 0,12%, фосфора не более 0,02% (RU 2579412 МПК В23К 35/362, опубл. 10.12.2015).

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются: высокий уровень загрязненности стали неметаллическими включениями,

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке;

- пониженные показатели твердости наплавляемого слоя,

- низкий уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении качественных показателей наплавляемого металла, в частности твердости и износостойкости.

Для решения существующей технической проблемы предложен флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, включающий шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, согласно изобретению он дополнительно содержит флюс-добавку, состоящую из пылевидного ковшевого шлака производства рельсовой стали и жидкого стекла при следующем их соотношении, мас %:

пылевидный ковшевой шлак

производства рельсовой стали 60,0-64,0 жидкое стекло 36,0-40,0,

а компоненты взяты в следующем соотношении, мас. %:

шлак производства силикомарганца 50-95, флюс - добавка 5-50.

Техническими результатами при использовании изобретения являются:

- снижение загрязненности стали неметаллическими включениями;

- снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке;

- увеличение твердости наплавляемого слоя;

- повышение уровня износостойкости наплавляемого слоя металла.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемой наплавки, стабильности процесса наплавки и требуемых механических свойств.

При содержании жидкого стекла менее 36% наблюдался недостаток количества жидкого стекла, не удавалось провести связывание частиц пылевидного ковшевого шлака производства рельсовой стали с жидким стеклом, причем некоторое количество частиц шлака не соприкасалось с жидким стеклом и находилось в «сухом» состоянии.

При содержании жидкого стекла более 40%, частицы пылевидного ковшевого шлака рельсовой стали не полностью «впитывали» жидкое стекло и наблюдался избыток жидкого стекла.

Для изготовления флюса для сварки и наплавки использовали:

- в качестве основы использовался шлак силикомарганца фракции 0,45-2,5 мм производства Западно-Сибирского электрометаллургического завода с химическим составом: Al₂O₃ - 6,91-9,62%; СаО - 22,85-31,70%; SiO₂ - 46,46-48,16%; FeO - 0,27-0,81%; MgO - 6,48-7,92%; MnO - 8,01-8,43%; F -0,28-0,76%; Na₂O - 0,26-0,36%; О - <0,62%; S - 0,15-0,17%; P - 0,01%.

- для приготовления флюс - добавки использовали пылевидный ковшевой электросталеплавильный шлак производства рельсовой стали ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» с химическим составом, мас. %: 1,31% FeO, 0.22% MnO, 36.19% Са, 36.26% SiO₂, 6.17% Al₂O₃, 11,30% MgO, 0,28% Na₂O, 0% K₂O, 3,34% F, <0,12% С, 1.26% S, 0.02% Р и жидкое стекло со значением силикатного модуля 2,0-3,5 при плотности раствора 1,30-1,60 г/см³.

Флюс - добавку изготавливали следующим образом: пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали фракции менее 0,2 мм смешивали с жидким стеклом в различных соотношениях: от 55 до 65% шлака и 45 - 35% жидкого стекла. Оптимальным с точки зрения внешнего вида смеси было выбрано, что оптимальным составом компонентов является 62% шлака и 38% жидкого стекла. После подбора состава компонентов флюс - добавки смесь выдерживали в течение 24 часов при комнатной температуре, с последующей сушкой в печи при температуре 250-350°C в течение 4 часов, далее смесь охлаждали, дробили и просевали с выделением фракции 0,45-2,5 мм.

После изготовления флюс - добавки ее примешивали к основному флюсу (шлак силикомарганца) в различном соотношении (таблица 1).

Наплавку образцов производили на образцах размером 300×150 мм толщиной 40 мм из листовой стали марки 09Г2С. Процесс проводили проволокой Св-08ГА диаметром 4 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250. На различных режимах наплавки. Из наплавленных пластин осуществляли вырезку образцов для проведения исследований: измерение твердости, износостойкости, исследование на наличие неметаллических включений (таблица 2).

Химический состав наплавленного металла определяли рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре XRF-1800 и атомно-эмиссионным методом на спектрометре ДФС-71. Металлографическое исследование микрошлифов проводилось без травления с помощью оптического микроскопа OLYMPUS GX-51 при увеличении ×100 методом сравнения с эталонными шкалами в соответствие с ГОСТ 1778-70. Замеры твердости проводили ультразвуковым твердомером - УЗИТ-3. Наличие трещин в процессе наплавки оценивали визуально, а также на металлографических шлифах. Испытания на износ по схеме «ДИСК -КОЛОДКА» проводили на машине 2070 СМТ-1.

Для сравнения результатов наплавки так же был использован флюс, изготовленный в соответствии с прототипом (RU 2579412 МПК В23К 35/362).

Использование заявляемого флюса для наплавки по сравнению с прототипом позволяет:

- уменьшить стоимость сварочного процесса за счет утилизации отходов производства;

- снизить угар легирующих элементов на 10-12%;

- повысить твердость и износостойкость свойства наплавленного слоя.

Изобретение может быть использовано при электродуговой механизированной сварке под флюсом. Флюс включает шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, и флюс-добавку, состоящую из пылевидного ковшевого шлака производства рельсовой стали в количестве 60,0-64,0 мас.% и жидкого стекла в количестве 36,0-40,0 мас.%. Компоненты флюса взяты в следующем соотношении, мас.%: шлак производства силикомарганца 50-95, флюс-добавка 5-50. Флюс обеспечивает снижение загрязненности стали неметаллическими включениями, снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке, увеличение твердости наплавляемого слоя и повышение уровня его износостойкости. 2 табл.

Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, включающий шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца и оксид железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит флюс-добавку при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шлак производства силикомарганца 50-95 флюс-добавка 5-50

при этом флюс-добавка состоит из пылевидного ковшевого шлака производства рельсовой стали и жидкого стекла при следующем их соотношении, мас.%:

пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали 60,0-64,0 жидкое стекло 36,0-40,0