Керамический флюс для сварки сталей Советский патент 1984 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к составам керамических флюсов для механизированной сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытием.

Известен керамический флюс для сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытйем 11, содержащий следующие компоненты, мас.%:

1,2-2,9 0,5-0,6

1,5-9,0 11,5-17,7

кальция 0,3-0,6

ния 0,6-0,75

коний 1,2-2,25

титана 0,36-0,75

0,09-0,15 Остальное

Известен также керамический флюсС2, содержащий следующие компненты, мас.%:

Ферросилиций 0,2-2,0 Ферромарганец 0,2-2,0 Ферротитан 0,2-2,5 Марганцевая

руда2,0-5,0

Гематит10,0-12,0

Магнезит22,0-40,0

Плавиковый шпат 20,0-30,0 Глинозем14,0-20,0

Мрамор3,0-8,0

Алюминиевый порошок2,0-5,0 Рутил 3,0-9,0 Полевой шпат 3,0-8,0 Известные флюсы не обладают неоходи Ф1ми сварочно-технологическими свойствами при сварке сталей с алюминиевым покрытием из-за значительного перехода алюминия из покрытия сварной шов, в результате чего уху ются пластично-вязкие свойства сва ного шва и отделимость шлака. I

Известен керамический флюс 3, держащий компоненты при следующем отношении , мае .%:

Волластонит 10-40 Ферросилиций 0,2-5,0 Марганцевая руда 2,0-8,0 Гематит (окись

железа)

1,0-3,0 30-50 Магнезит 7-20 Плавиковый шпат 6-20 Глинозем

5-12 Мрамор

Алюминиевый порошок 0,5-3,0

Ферротитан 0,2-5,0

Ферромарганец 0,2-5,0

Этот флюс обеспечивает более высокую пластичность металла шва, однако также не способствует выведению алюминия из металла шва.

Целью изобретения является повышение пластичности и вязкости свойст металла шва за счет окисления алюминия покрытия последующим удалением окисла алюминия в шлак, а также повышение сварочно-технологичеких свойств флюса при сварке стальных конструкций, покрытых слоем алюминия толщиной 200-300 мкм.

Поставленная цель достигается тем, что керамический (Ьлюс для сварки стальных конструкций содержащий окись железа, ферросилиций, ферромарганец, марганцевую руду, плвиковый шпат, мрамор, волластонит, дополнительно содержит окись хрома, никель, кремнефтористый натрий и рутил, а окись железа введена в виде железной окалины при следующем соотношении компонентов, мае.Г

0,4-2,0

Ферросилиций 0,6-3,0

Ферромарганец

2-8

Марганцевая руда 20-30

Плавиковый шпат 4-8

Мрамор 5-10

Рутил

Железная

12-16

окалина 11-30

Волластонит

4-8

Окись хрома

5-9

Никел

Кремнефтористый

4-8

натрий

Процентное содержание вводимой во флюс окалины (12,0-16,0) определено из расчета, чтобы ее масса составляла с расплавляемым алюминиевым покрытием отношение в диапазоне 3:1-4:1 (отношение массы прореагровавшего флюса к массе наплавленного металла примерно равно единице Такое соотношение позволяет в полной мере осуществить экзометрическую реакцию ЗРеОг2А1 А120з+ЗРе

Fe-O.) и, та(аналогично с Fe20j и

э КИМ образом, вывести алюминий из сварного шва путем окисления его и удаления получаемого окисла в шла Это дает возможность избежать ухудшния пластично-вязких свойств сварного шва и отделимости шлаковой корки из-за значительного перехода алюминия из покрытия в сварной шов.

выполненный на металлоконструкциях, покрытых алюминием.

Выбор окалины по сравнению с другими окислителями, например гематитом, произведен исходя из значительно более низкого содержания в ее составе серы (не более 0,0414) и фосфора (не более 0,052%), являющихся вредными примесями в металле сварного шва (концентрация серы и фосфора в гематите до 0,15% каждого) . Кроме того, железная окалина является отходом производства стальных заготовок, она дешевая и недефицитная.

Введение волластонита и кремнефтористого натрия позволяет получить необходимые соотношения между СаО и 5i02 J N«2О и SiF, улучшить плавление флюса в результате снижения температуры его плавления, повысить жидкотекучесть, уменьшить опасность образования пор и получить плотный металл. При содержании волластонита менее 11,0% и кремнефтористого натрия менее 4,0% эффект от их введения проявляется незначительно. Верхний предел содержания волластонита 30,0% и кремнефтористого натрия 8,0% выбран из соображений ограничения количества газошлакообразующих компонентов флюса.

Введение во флюс свыше 5% никеля способствует повышению ударной вязкости металла сварного шва при низких температурах.

Окись хрома, как и окислы железа, вводимые в виде окалины, и окислы марганца, вводимые в виде марганц вой руды, восстанавливаются алюминие вым покрытием в процессе сварки, легируя металл шва и увеличивая коэффицие 1т наплавки. Восстановленный хром способствует повышению прочностных характеристик сварного соединения. При содержании окиси хрома менее 4,0% эффект от ее введения проявляется незначительно. Повьшение содержания никеля во флюсе при неизменном или меньшем содержании окиси хро ма может привести к появлению горячих трещин сварного шва.

Пределы содержания ферромарганца 0,6-3,0% и ферросилиция 0,4-2,0% выбраны из расчета, чтобы соотношение марганца и кремния во флюсе бьшо близким к 3:1, что является оптимальным для получения необходимых пластично-пязких свонстп сварного

соединения. Верхняя граница содержания ферросилиция во флюсе (2,0%) ограничена по причине увеличения количества неметаллических включений в сварном шве с увеличением содержания кремния. Нижний предел содержания ферромарганца (0,6%) и ферросилиция (0,4%) ограничен заданными значениями характеристик прочности металла шва, которые с уменьшением содержания в нем марганца и кремния снижаются.

Наличие в составе флюса окислов марганца создает окислительную атмосферу в зоне ДУГИ, что снижает парциальное давление водорода в газевой фазе и тем самым способствует предотвращению пористости в наплавленном металле. Одновременно обеспечивается связывание водорода фтором за счет наличия в составе флюса фтористого кальция. Все это дает возможность получить сварной шов без пор. Пределы содержания марганцевой руды 2,0-8,0% выбраны из расчета, чтобы суммарное содержание марганца, вводимое в сварной шов через марганцевую руду и ферромарганец было в диапазоне 0,7-1,1%.

При содержании плавикового шпата во флюсе менее 20% не обеспечивается требуемая вязкость шлака, а при содержании его более 30% шлак становится сильно жидкотекучим, плохо покрывающим валик. Кроме того, дальнейшее повышение содержания плавиксв го шпата ограничено условиями устойчивого горения дуги и выделением вредных газов при сварке.

Пределы содержания мрамора во флюсе 4,0-8,0% выбраны из расчета обеспечения эффективной газовой защиты металла сварного шва.

Пределы содержания рутила 5,010,0% выбраны из условий хорошего формирования сварного щва.

Конкретные составы флюсов приведены в табл.1.

Для изготовления флюса применялос жидкое стекло плотностью 1,30 в количестве 20% от массы сухой смеси. Уменьшение плотности жидкого стекла ниже указанной снижает механическую прочность зерен флюса. Повьш1ение же плотности затрудняет выполнение последующей операции гранулирования, а также ведет к увеличению количе тва силиката натрия во флюсе, что является нежелательным. $110 Количество жидкого стекла следует корректировать в зависимости от ряда факторов, .таких как степень измельчения компонентов, температура материалов и окружающей среды, модуль жидкого стекла и др. Признаком достаточного количества жидкого стекл во флюсовой массе может служить появление при перемешивании массы комочков с выступившим наружу жидким стеклом. Недостаточное количество введенного в сухую шихту жидкого стекла приводит к образованию при гранулировании бол зшого количества мелкой фракции во флюсе и недостаточной прочност его зерен. Слишком большое количество жидкого стекла затрудняет процесс гранулирования. Операция 1 ранулирования должна обеспечить максимальный вы ход фракции с величиной зерен 1-3 мм. Температура прокалки флюса 650-680 С. Флюс при сварке стали с алюминие- вым покрытием толщиной 200-300 мкм обеспечивает устойчивое протекание дугового процесса, хорошее формирование шва и отделимость шлаковой корки. Сварку выполняли аппаратом АБС постоянным током обратной полярности от выпрямителя ВС-600. Сваривали плас тины 200x100x12 мм из стали СтЗсп состава, %: С 0,15%; Мп 0,55; Si 0,2 Р 0,02; 5 0,03j покрытой Методом элек родугового напыления слоем алюминия 200-300 мкм, стыковым швом. Испытывали три состава керамически флюсов (табл.1, составы 2- 4) в соответствии с изобретением,а также два. состава флюсов, состоящих из тех же компонентов, но в процентном отношении, выходящем зй пределы, установленные изобретением (составы 1 и 5). А Исследования проводили в следующем диапазрне режимов: сварочный ток 380-420 А, напряжение на дуге 25-35 В, скорость сварки 13,5-24,5 м/ч. Химическим анализом определяли содержание алюминия, серы, фосфора в металле сварного шва. Ударную вязкость при температуре определяли на образцах типа У1 (ГОСТ 9454-78Х Отделимость шлака определяли путем приложения ударной нагрузки со стороны корня шва сваренной пластины и отнесения площади отделившегося шлака к работе удара. Температура сварного шва при определении отделимости составляла около 450°С. Усредненные результаты испытаний сведены в табл.2. Таким образом, флюс обладает доста-точной окислительной способностью по отношению к алюминию покрытия, о чем свидетельствует снижение в 4-8 раз содержания алюминия в свар- ном шве, что обеспечивает увеличение более чем в 3 раза ударной вязкости при температуре 40С. Кроме того, снизилось количество вредных примесей (серы и фосфора) в металле сварного шва. Улучшилась отделимость шлаковой корки. Пониженные показатели, выходящие за допустимые пределы по ударной вязкости, полученные для составов 1 и 5, позволяют сделать вывод о правильноети выбранных пределов содержания компоней Ьв. Предлагаемый флюс может,,применяться для сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытием, обеспечивая хорошие свойства сварных соединений. Таблица 1

1107994

8 Продолжение таблицы 1

КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ, преимущественно гшакированных алюминием, содержащий ферросилиций, ферромарганец, марганцевую руду, плавиковый шпат, мрамор, волластонит, окись железа, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и вязкости мгталла шва за счет окисления алюминия покрытия с последующим удапенией окисла алюминия в шлак, а также улучшения сварочно-технологических свойств флюса, он дополнительно содержит окись хрома, никель, кремнефтористый натрий и рутил, а окись железа введена в виде железной окалины при следующем соотношении компонентов,мае.%: Ферросилиций 0,4-2,0 Ферромарганец 0,6-3,0 Марганцевая руда 2-8 Плавиковый шпат20-30 Мрамор4-8 Рутил5-10 Железная окалина 12-16 Волластонит 11-30 Окись хрома 4-8 Никель5-9 Кремнефтористый натрий4-8