Способ изготовления синтетического флюса для дуговой сварки Советский патент 1991 года по МПК B23K35/40 

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке металлов и сплавов.

Целью изобретения является создание технологии изготовления синтетического флюса с высокой прочностью частиц и низким содержанием вредных примесей, обеспечивающего хорошие сварочно-техно- логические свойства шлака, повышенную стойкость металла швов против образования трещин и пор и высокие физико-механические свойства сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый способ производства флюса предусматривает твердофазный синтез исходных шахтовых компонентов, основу которых составляют оксиды различных металлов и плавиковый шпат с добавками

химически активного минерализатора в виде кремнефтористого натрия.

При этом происходит образование ак; тивной парогазовой минерализующей фазы при более низкой температуре (Т 450°С):

+ SiF4tra3(1)

SiF4 + 2H20 Si02 + 4Fjra3(2)

аэрозоль

и образование комплексной кремнефтори- стоводородной кислоты,

2HF + SIF4 (3)

которая активно реагирует с основными оксидами шихты:

MgO + Н20|пар (4) СаО + Н2 SIFe - Са SJFe + H20fnap (5)

Образующиеся при этом соединения (соли кремнефтористоводородной кислоты)

разлагаются при температуре Т 500°С восстановления израсходованного количества кремнефторида по реакциям (2) и (3)

MgF2 + SfF4 t

(6)

+ SiF4 t(7)

Фториды магния MgF2 и натрия NaF по реакции (1) образуют с плавиковым шпатом CaF2 легкоплавкую эвтектическую смесь примерного состава, вес.%: 1 - NaF; 2 - CaF2, 1 - MgF2 с температурой плавления Тпл 900°С.

Образование большого количества кремнефторида SiF4 при низких температурах ( 450°С) обеспечивает протекание реакции

SiF4 + 3H20 + (8) Кремнефтористая кислота обеспечивает протекание химических превращений, описанных реакциями (4), (5), (6) и (7), с пополнением зоны реакции кремнефторидом. Скорости протекания этих реакций высокие, а продукты превращения являются исходными компонентами начала цикла. Поэтому реакция (2) может иметь цепной характер

При сравнительно низких температурах (Т 500°С) образуются различные силикаты за счет взаимодействия кремниевой кислоты с оксидами шихты

МдО + Н23Юз Мд510з + Н20|паР (9) СаО + Н2ЗЮз - СаЗЮз + Н20 fnap (10)

СаО + МдО н 2НЗЮз - СаМд (ЗЮзЬ +

+ 2H2Of(11)

в том числе цепочечные силикаты - энстатит

Мд2(ЗЮз)2(12)

волластенит

Саз(ЗЮз)з(13)

ленточные силикаты - диопсид

Са Мд (ЗЮз)2(14)

Мелкие кристаллы полученных силикатов образуют центры кристаллизации соответствующих минералов, максимальная скорость роста которых происходит при более высоких температурах Т 700 - 1000°С.

При этом происходит также прямое воздействие кремнезема с о-ксидами металлов с образованием минералов: энстатит

MgO + Si02 - МдЗЮз(15)

волластенит

CaO + Si02 - СаЗЮз(16)

диопсид

MgO + CaO + 2Si02 - CaMg (SlOafe (17) гранат

ЗМдО + А|20з + ЗЗЮ2 - (18)

В результате протекания описанных физико-химических процессов общая минерализация готового флюса составит 40 - 60%

от первоначального веса исходной шихты. Такое количество минералов существенно уменьшает гигроскопичность флюса, а большое содержание в готовом продукте соединений фтора способствует эффективному

связыванию паров воды, насытившихся в процессе хранения флюса

CaF2 + Si02 + H20 - СаЗЮз + 2Hf (19)

Введение в состав шихты кремнефторида натрия до 20% позволяет получить минерализацию флюса в два раза большую, чем при введении стеклобоя тарного стекла в количестве 50%. Кроме того, при добавке

кремнефторида натрия образуется эвтектика состава NaF-CaF2-MgF2, уменьшающая вязкость массы и увеличивающая коэффициенты диффузии исходных компонентов и продуктов реакций (15) - (19),

При высокихтемпературах также интенсивно идет реакция:

2CaF2 + Si02 + SIF4 t

(20)

что обеспечивает поступление большого количества кремнефторида для связывания воды по реакции (2) и снижает количество кремнезема, снижение количества свободного кремнезема способствует торможению кремневосстановительного процесса при сварке и, как следствие, уменьшению содержания кислорода и неметаллических включений в наплавленном металле.

Таким образом, предлагаемый способ производства синтетического флюса позволяет изготавливать высокотехнологические флюсы для сварки и наплавки с повышенной стойкостью против образования холодных трещин и пор, обеспечивающие высокую ча- стоту по вредным примесям (Р 0,01 %; S 0,01%) и требуемые свойства металла шва, что способствует повышению качества и надежности сварных соединений.

Пример производства флюса для сварки среднелегированной корпусной стали атомного машиностроения.

Состав шихты (на 100 кг флюса), кг: Кремнефторид натрия Na2SiFe20

Кремнезем Si0220

Глинозем А120з20

Флюорит CaF220

Магнезит обожженный MgO14

Известь СаО4

Марганцевая руда МпО2

После совместного помола компонентов без их предварительной сушки шихта подвергалась нагреву в печи ОКБ 220А при 950°С и выдерживалась в течение 1 ч. Изготовленный флюс обладает высокими сва- рочно-технологическими свойствами.

Конечным продуктом способа является синтетический флюс, минерализация которого составляет 50% от первоначального веса исходной шихты. Зерна флюса имеют поликристаллическое строение. Флюс обладает очень низкой гигроскопичностью и вы- сокими сварочно-технологическими свойствами шлака без предварительной прокалки перед сваркой и имеет низкое содержание вредных примесей(фосфор и сера).

Изготовленный предлагаемым способом флюс обладает очень низкой гигроскопичностью и после изготовления и длительного времени хранения не требует прокалки перед сваркой. По сравнению с прототипом предлагаемый способ позволяет изготавливать сварочные и наплавочные флюсы с низким содержанием вредных примесей (Р 0,01 %; S 0,01%) и обеспечивает высокую стойкость сварных соединений к образованию холодных трещин и пор, что способствует повышению качества и эксплуатационной надежности сварных соединений узлов ответственного назначения. В таблице приведены свойства флюса, полученного по предлагаемому способу (синтетический кремнефторидный флюс СКФ испытан при сварке сталей марок 09Г2 и 15ХН2МФА).

Сварка производилась проволокой диаметром 3,0 мм на постоянном токе обратной полярности (св 460 - 500 А). Для испытаний использовался флюс СКФ следующего химсостава, %: 22,4; МпО 5,6; 23,0; МдО 16,8; СаО 6,7; CaF2 21,4; Na20 4,0; S 0,008; Р 0,009. Грануляция флюса 0,25 - 2,5 мм. Испытания флюса показали: горение дуги стабильно, плавное; формирование металла шва при сварке отличное; отделимость шлаковой корки легкая.

Испытания на пористость проводились при сварке по ржавчине. При засыпке на 100 мм длины шва 3,0; 3,5; 4,0 гр ржавчины пор не обнаружено. Единичные поры появляются при 4,3 гр на 100 мм шва. Содержание водорода в готовом флюсе определялось через 2-3 дня после изготовления и через 6 месяцев вылеживания в открытой таре в условиях цехового помещения. В первом случае содержание водорода во флюсе составляло 27,7 - 29,4 мл/100 гр, во втором 28,2 - 32,4 мл/100 гр (приведены

минимальные и максимальные данные из 3-5 анализов).

Содержание диффузионного водорода в металле шва, при испытании карандаш- 5 ных проб в глицерине составляет 0,9; 1,12; 1,30 мл/100 гр.

Предлагаемый флюс по содержанию водорода во флюсе после длительной выдержки на воздухе и диффузионного водорода в 10 металле сварного шва, выполненного под соответствующим флюсом, превосходит флюс СФ. По показателям технологичности флюс СКФ не уступает флюсу СФ, а по некоторым превосходит. Чувствительность к 5 образованию пор при сварке под предлагаемым флюсом гораздо ниже, чем у противо- поставляемого. Одним из важных преимуществ предлагаемого флюса является низкое содержание вредных примесей. 0Для оценки совместного влияния концентраций вредных примесей S; P и кислорода применяется эквивалент вредных примесей

0 + 0, + 0,, 5 где 0, S, Р - концентрации кислорода, серы и фосфора, %.

Этот показатель позволяет сравнивать охрупчивающее воздействие вредных примесей на металл сварных швов. 0В случае предлагаемого флюса максимальный эквивалент Рэ макс 0,047, а в противопоставляемом даже минимальный значительно 0,068. Приведенные показатели подтверждают, что кремне- 5 фторидный флюс СКФ обеспечивает значительно меньше охрупчивание сварных швов, что повышает надежность сварных соединений, и соответственно, конструкций. Общее содержание неметаллических 0 включений в металле сварных швов также показывает преимущество кремнефторид- ного флюса.

Для ответственных конструкций атомной энергетики, а также сварных конструк- 5 ций, работающих в условиях низких климатических температур, очень важным показателем работоспособности является критическая температура хрупкости (Т«о) металла сварных швов, определяемая по на- 0 личию 50%-ной волокнистой составляющей в изломе образцов с V-образным острым надрезом (Шарли) при испытании на ударный изгиб. При испытании образцов с V-образным острым надрезом МИ-50 (тип IX) 5 Шарпи Тко составляет для флюса СФ минус 20°С, а для флюса СКФ минус 40°С.

Кроме того, процесс изготовления синтетического флюса имеет преимущество перед способом плавления флюсов и по

экологическим показателям за счет снижения пылевыделения и газообразования. Формула изобретения Способ изготовления синтетического флюса для дуговой сварки и наплавки, при котором производят совместный помол шихты, содержащий оксиды металлов, плавиковый шпат и интенсификатор минерало- образования, после чего шихту нагревают и осуществляют твердофазный синтез и из0

мельчают полученную массу, отличающийся тем, что, с целью повышения качества и эксплуатационной надежности сварных соединений изделий ответственного назначения за счёт уменьшения гигроскопичности флюса, а также улучшения сварочно-технологических свойств и снижения вредных примесей во флюсе, в качестве интенсификатора минералообразования в шихту вводят кремнефтористый натрий,

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке различных сталей и сплавов, а также при наплавке. Цель изобретения - получение сварочных флюсов с очень низкой гигроскопичностью, минимальным содержанием вредных примесей и улучшенными свароч- но-технологическими свойствами, что способствует повышению качества и эксплуатационной надежности сварных соединений конструкций ответственного назначения из среднелегированных и низколегированных сталей. Способ состоит в совместном помоле шихты флюса и интен- сификатора минералообразования. После помола флюс нагревают и осуществляют твердофазный синтез с последующим измельчением полученной массы. В качестве интенсификатора минералообразования в шихту вводят кремнефтористый натрий. 1 табл.