ФЛЮС ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ СТАЛЕЙ Российский патент 2022 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 сварочный плавленый флюс, содержащий компоненты в следующем соотношении, масс. %: оксид кремния 16-28, оксид алюминия 14-22, оксид железа 2-6, оксид кальция 2-7, оксид магния 11-16, оксид марганца 10-20, оксид титана 16-21, фторид кальция 2-8, оксиды калия и/или натрия 0,5-4, причем количество частиц флюса размером до 1 мм составляет 40-65%, а размером более 2,5 мм - 3-15% от массы флюса, а отношение суммарного содержания оксидов калия и натрия к содержанию фторида кальция составляет не менее 0,11, (SU 1754377 МПК В23К 35/362 опубл. 15.08.1992 г.).

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;

- низкое качество поверхности сварного шва.

Известен также флюс для сварки низколегированных и среднелегированных сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, пылевидные отходы производства алюминия и жидкое стекло, при этом шлак производства силикомарганца включает, масс. %: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, СаО 15-32, CaF₂ 0,1-1,5, MgO 1,7- 9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S ≤ 0,20 и Ρ ≤ 0,05, а пылевидные отходы производства алюминия содержат, мас. %: Al₂O₃ 21-38,27; F 18-27; Na₂O 8-13; K₂O 0,4-6,6, СаО 0,7-2,1; SiO₂ 0,5-2,48; Fe₂O₃ 2,1-2,3; С_общ 12,5-27,2, MnO 0,03-0,9, MgO 0,04-0,9, S 0,09-0,46 и Ρ 0,1-0,18, при этом что флюс выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм, а шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0; пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0; калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0 (RU 2643027 МГЖ В23К 35/362, опубл. 29.01.2018 г.).

Существенными недостатками известного флюса для сварки являются:

- повышенный угар легирующих элементов при наплавке, связанный с неоптимальной фракцией используемого флюса и проникновением атмосферных газов в зону сварки,

- высокий расход электроэнергии в связи с крупной фракцией и низкими «укрывными» свойствами флюса.

Известен, выбранный в качестве прототипа, флюс для механизированной наплавки стали, состоящий из шлака производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 17-48, оксид алюминия 2-27, оксид кальция 6-29, фторид кальция 0,1-3,8, оксид магния 0,7- 10,8, оксид марганца 2-35, оксид железа 0,1-2,5, углерод 0,02-3,0, сера не более 0,12%, фосфор не более 0,05%. Флюс выполнен в виде гранул, имеющих фракцию до 0,45 мм в количестве до 10%, свыше 0,45 до 2,5 мм в количестве до 90%, 2,51-3,00 мм - до 1%.

Существенными недостатками данного флюса являются:

- высокая загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями и повышенный угар легирующих элементов при наплавке за счет высокой концентрации оксидов марганца и железа;

- низкое качество поверхности наплавляемого слоя и сварного шва.

- повышенный расход флюса в связи потерями мелкой фракции при проведении наплавочных работ.

Техническая проблема, решаемая заявляемым изобретением, заключается в уменьшении уровня загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижении угара легирующих элементов, повышении качества поверхности наплавляемого валика и снижении расхода сварочного флюса.

Для решения существующей технической проблемы в известный флюс на основе шлака производства силикомарганца, содержащего диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана, оксид хрома, серу и фосфор, при этом флюс выполнен в виде гранул, имеющих фракции до 0,45 мм, свыше 0,45 до 2,5 мм и фракцию от 2,51 до 3,00 мм в количестве до 1%, согласно изобретению, он дополнительно содержит оксиды натрия, калия и бария, при следующем соотношении компонентов, масс. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6,оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,5,углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40, причем количество флюса фракции до 0,45 мм составляет до 5%, а количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%.

Технические результаты, получаемые в результате использования изобретения, заключаются:

- в снижении загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижение угара легирующих элементов при наплавке, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе;

- в повышении физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария;

- в улучшении качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия;

- в снижении расхода флюса при наплавке за счет использования более крупного фракционного состава.

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

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

Концентрации K₂O, Na₂O выбрано исходя из обеспечения стабилизации горения дуги. Концентрации CaO, SiO₂, CaF₂, Al₂O₃, MgO, Cr₂O₃, TiO₂, ВаО 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.

Оптимизация фракционного состава обеспечивает снижение расхода флюса при сварке и наплавке.

Для изготовления флюса для сварки и наплавки 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 из ковша сливался в формы и подвергался охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Шлак содержал, масс. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,5, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, 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, 09Г2С, наплавку осуществляли проволокой ПП-Нп-35 В9Х3СФ, 60Г, 35ХГСА Св-08ГА. В опытах использовали шлак с граничными и заграничными заявленными пределами. Наплавку и сварку проводили с использованием сварочного трактора ASAW-1250. После проведения сварочных и наплавочных работ изучался химический состав полученных образцов, проводился металлографический анализ, механические испытания сварных стыков по ГОСТ 6996.

Использование заявляемого флюса для сварки и наплавки по сравнению с прототипом позволяет:

1. Снизить длину строчки оксидных включений до 0,3 мм и угар легирующих элементов на 2-3% при наплавке, за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе.

2. Повысить физико-механические свойства (твердость наплавленного слоя) на 2-6%) за счет увеличения рафинирующей способности флюса при введении оксидов бария.

3. Снизить брак по качеству поверхности на 0,3%) за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с введением оксидов натрия и калия.

4. Снизить расход сварочного флюса на 1,2-2%) на 1 кг израсходованной проволоки.

Изобретение относится к флюсам, предназначенным для электродуговой механизированной сварки и наплавки сталей. Флюс получен из шлака производства силикомарганца, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,5, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40. Количество во флюсе фракции до 0,45 мм составляет до 5%, количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%, а количество фракции от 2,51 до 3,00 мм составляет до 1%. Технический результат заключается в снижении загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями, снижении угара легирующих элементов при наплавке за счет снижения концентрации оксидов железа и марганца в шлаковой системе, улучшении физико-механических свойств за счет увеличения рафинирующей способности флюса при наличии в нем оксидов бария, а также в улучшении качества поверхности наплавляемого валика и сварного шва за счет стабилизации процесса горения дуги в связи с наличием во флюсе оксидов натрия и калия.

Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, состоящий из шлака производства силикомарганца, отличающийся тем, что в нем использован шлак, содержащий диоксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, фторид кальция, оксид магния, оксид марганца, оксид железа, углерод, оксид титана, оксид хрома, оксид натрия, оксид калия, оксид бария, серу и фосфор, при следующем соотношении компонентов, масс. %:

диоксид кремния 18-47 оксид алюминия 3-27 оксид кальция 9-28 фторид кальция 0,1-1,6 оксид магния 0,3-8,9 оксид марганца 1-13 оксид железа 0,1-1,5 углерод 0,01-0,9 оксид титана 0,01-0,6 оксид хрома 0,01-0,8 оксид натрия 0,01-0,6 оксид калия 0,01-0,5 оксид бария 0,01-3,0 серы не более 0,40 фосфора не более 0,40,

при этом флюс выполнен в виде гранул, имеющих фракцию до 0,45 мм, в количестве до 5%, свыше 0,45 до 2,5 мм - до 95% и фракцию от 2,51 до 3,0 мм в количестве до 1%.