Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей Российский патент 2021 года по МПК B23K35/362 

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

Известен [1] плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелегированных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, окислы железа, фосфор, отличающийся тем, что флюс содержит компоненты при следующем соотношении, масс. %: окислы железа 2-4, окись кремния 9-12, окись кальция 18-24, окись алюминия 36-48, окись марганца 5-7, окись магния 5-7, фтористый кальций 5-8, сумма окислов калия и натрия 1-2,5, фтористый натрий 1,0 -2,5, фосфор 0,007-0,010, при этом массовое соотношение окиси кремния, кальция и алюминия составляет 1:2:4, а отношение фосфора к сумме окислов железа менее 0,004.

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанных с подготовкой шихты к плавке и выплавкой флюса в специальных плавильных агрегатах;

- высокая окисленность (содержание оксидов железа) приводящая к загрязнению сварного шва оксидными неметаллическими включениями и снижению механических свойств сварной конструкции, а также к значительному окислению легирующих элементов в свариваемых сталях.

Известен [2], выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной сварки сталей, 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 1,7-9,0, 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 0,05%.

Существенными недостатками данного способа являются:

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке,

- высокая загрязненность стали неметаллическими включениями,

- пониженные значения твердости и износостойкости наплавленного слоя металла.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в обеспечении низкого угара легирующих элементов при наплавке, а так же требуемой твердости и скорости износа наплавляемого слоя.

Для решения существующей технической проблемы в известный флюс для механизированной наплавки стали, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, дополнительно введены углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:

- в снижении угара легирующих элементов при наплавке за счет увеличение жидкотекучести и повышение укрывных свойств шлака, образованного из флюса;

- в снижении загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, за счет снижения окисленности шлаковой системы;

- в повышении твердости и увеличении износостойкости наплавленного слоя металла.

Для этого предлагается флюс для механизированной наплавки сталей, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, отличающийся тем, что в него дополнительно введены углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, масс. %:

диоксид кремния 19-48,

оксид алюминия 3-28,

оксид кальция 10-29

фторид кальция 0,1-1,7,

оксид магния 0,7-9,8

оксид марганца 2-19,

оксид железа 0,1-2,5,

углерод 0,02-0,8,

оксид титана 0,15-0,6,

оксид хрома 0,01-0,5,

при этом флюс содержит серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при наплавке валиков, стабильности процесса наплавки и требуемых физико-механических свойств.

Содержание FeO и MnО выбрано исходя из обеспечения низкого окисления легирующих элементов.

Концентрации CaO, SiO₂, CaF₂, Al₂О₃, MgO, Cr₂О₃, ТiO₂ выбраны исходя из условий обеспечения хороших укрывных свойств и оптимальной рафинирующей способности образующегося шлака по отношению к неметаллическим включениям, а так же хорошей когезией шлака (отслоением) от наплавляемого слоя металла. Выбранные пределы обеспечивают хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.

Повышение концентрации серы и фосфора во флюсе повышают жидкотекучесть и укрывные свойства шлака, образованного из флюса, в связи с чем увеличивается количество серы и фосфора в наплавляемом слое и повышаются твердость и износостойкость наплавленного слоя.

Для изготовления флюса для сварки использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом. Шихта состояла из марганцевой руды, кварцита и коксика. Выпуск ферросплава (силикомарганца) осуществляли вместе со шлаком в ковш. После разливки силикомарганца шлак при сливе из ковша сливался и подвергался охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Шлак содержал, масс. %.: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, при этом флюс содержал серы не более 0,40%, фосфора не более 0,40%.

Изготовление заявляемого флюса для механизированной наплавки стали проводили путем дробления, грохочения и просева через сито. Заявляемый флюс для сварки использовали на образцах из стали марок 60-65, 65Г, наплавку осуществляли проволокой ПП-Нп-35 В9ХЗСФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. Наплавку проводили с использованием сварочного трактора ASAW-1250. После наплавки проводили замер твердости и на отдельных образцах испытания на износостойкость.

Для сравнения использовали плавленый сварочный флюс марки АН-348А с химическим составом, масс. %: SiO₂=44; Al₂O₃=12; СаО=10; CaF₂=3; MgO=6; MnО=34; FeO=2,0.

Использование заявляемого флюса для сварки по сравнению с прототипом позволяет:

1. Снизить угар легирующих элементов при наплавке за счет увеличение жидкотекучести и повышение укрывных свойств шлака, образованного из шлака силикомарганца на 28-35%, кремния на 12-18%, хрома на 5-13%, вольфрама на 3-8%.

2. Снизить уровень загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями на 0,2-0.3%, за счет снижения окисленности шлаковой системы.

3. Повысить уровень твердости на 4-7% и увеличить износостойкость наплавленного слоя металла на 0,8-3,4%.

Список источников, принятых во внимание при экспертизе:

1. Пат. СССР 1685660 В23К 35/362.

2. Пат РФ 2579412 В23К 35/362.

Изобретение относится к электродуговой механизированной наплавке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для наплавки сталей. Флюс состоит из шлака производства силикомарганца и содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: диоксид кремния 19-48, оксид алюминия 3-28, оксид кальция 10-29, фторид кальция 0,1-1,7, оксид магния 0,7-9,8, оксид марганца 2-19, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-0,8, оксид титана 0,15-0,6, оксид хрома 0,01-0,5, сера - не более 0,40, фосфор - не более 0,40. Флюс обеспечивает снижение угара легирующих элементов при наплавке за счет увеличения жидкотекучести и повышения укрывных свойств шлака, образованного из флюса, снижение загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями за счет снижения окисленности шлаковой системы, повышение твердости и увеличение износостойкости наплавленного слоя металла.

Флюс для механизированной наплавки стали, состоящий из шлака производства силикомарганца, отличающийся тем, что он содержит шлак, включающий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана и оксид хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%:

диоксид кремния 19-48 оксид алюминия 3-28 оксид кальция 10-29 фторид кальция 0,1-1,7 оксид магния 0,7-9,8 оксид марганца 2-19 оксид железа 0,1-2,5 углерод 0,02-0,8 оксид титана 0,15-0,6 оксид хрома 0,01-0,5 сера не более 0,40 фосфор не более 0,40