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-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

(RU 2623982 МПК В23К 35/362, опубл. 15.06.2017)

Недостатками данной флюс - добавки для сварки и наплавки являются: повышенная загрязненность наплавляемого металла неметаллическими включениями в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака.

- высокая окисленность (содержание оксидов железа) приводящая к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях, а также к снижению физико-механических свойств в связи с загрязненностью наплавляемого металла 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, где упомянутые компоненты флюс содержит в виде шлака производства силикомарганца при следующем их соотношении, 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, который согласно изобретению дополнительно содержит флюс-добавку, состоящую из стронций-бариевого карбонатита и жидкого стекла при следующем их соотношении, мас %:

стронций-бариевый карбонатит 70-80; жидкое стекло 20-30,

при этом компоненты флюса взяты в следующем соотношении, мас. %:

шлак производства силикомарганца 90-98, флюс-добавка 2-10.

Техническими результатами, получаемыми 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.

Введение во флюс на основе шлака силикомарганца флюс - добавки, состоящей из стронций-бариевого карбонатита и жидкого стекла позволяет:

- снизить количество вредных примесей в наплавленном металле (сера, фосфор);

- снизить количество неметаллических включений (силикаты недеформирующиеся, оксиды точечные);

- повысить твердость наплавленного металла;

- повысить износостойкость наплавленного металла;

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

Для изготовления флюса и флюс - добавки использовали:

- в качестве основы флюса 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 изготовления флюс - добавки использовали модификатор БСК-2 по ТУ 1717-001-75073896 - 2005 ООО «НПК Металлтехнопром» с содержанием, мас. %: 13,0-19,0 % ВаО, 3,5-7,5 % SrO, 17,5-25,5 % СаО, 19,8-29,8 % SiO₂, 0,7-1,1 % MgO, 2,5-3,5 % K₂O, 1,0-2,0 % Na₂O, 1,5-6,5 % Fe₂O₃, 0,1-0,4% MnO, 1,9-3,9 % Al₂O₃, 0,7-1,1 % TiO₂, 16,0-20,0 % CO₂.

Флюс - добавку изготавливали следующим образом: смесь барий-стронциевого модификатора смешивали с жидким стеклом в соотношении 75% и 25% соответственно. После чего смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов, затем осуществляли сушку в печи при температуре 300°С, затем охлаждение, дробление и просев с выделением фракции 0,45-2,5 мм.

После изготовления флюс - добавки ее примешивали к основному флюсу (шлаку силикомарганца) в различных соотношениях (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).

В результате проведенных исследований было установлено, что использование заявляемого флюса для наплавки по сравнению с прототипом позволяет:

1. снизить загрязненность наплавки оксидными неметаллическими включениями;

2. снизить угар легирующих элементов при наплавке;

3. увеличить твердость наплавляемого слоя,

4. повысить уровень износостойкости наплавляемого слоя металла.

Изобретение может быть использовано при электродуговой механизированной сварке и наплавке сталей под флюсом. Флюс содержит шлак производства силикомарганца, включающий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, и флюс-добавку, состоящую из стронций-бариевого карбонатита 70-80 мас.% и жидкого стекла 20-30 мас.%. Компоненты флюса взяты в следующем соотношении, мас.%: шлак производства силикомарганца 90-98, флюс-добавка 2-10. Флюс обеспечивает снижение загрязненности стали неметаллическими включениями и снижение угара легирующих элементов при сварке и наплавке, увеличение твердости наплавляемого слоя, а также повышение уровня износостойкости наплавляемого слоя металла. 2 табл.

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

шлак производства силикомарганца 90-98 флюс-добавка 2-10,

при этом флюс-добавка состоит из стронций-бариевого карбонатита и жидкого стекла при следующем их соотношении, мас.%:

стронций-бариевый карбонатит 70-80 жидкое стекло 20-30