Способ изготовления сварочного плавленого флюса Советский патент 1991 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к технологии изготовления плавленых флюсов, применяемых для сварки металлов и сплавов.

В настоящее время для сварки металлических изделий широко применяются плавленые флюсы в Том числе флюсы окислительного типа, т.е. способные в зоне сварки выделять определенное количество свободного кислорода. Такие флюсы хотя и приводят к некоторому выгоранию легирующих элементов в металле сварного шва, однако повышают стойкость последнего к преобразованию пор при сварке, а также улучшают отделимость шлаковой корки от поверхности шва.

В сварочных флюсах ограничивается содержание таких вредных примесей как фосфор и сера, приводящих при попадании в металл сварного шва к ухудшению его механических свойств. В последние годы значительно увеличилась потребность во флюсах с особо низким содержанием вредных примесей ввиду появления высокочистых свариваемых металлов и сплавов, в частности в области атомного энергомашиностроения.

О5 GO ГО

J

со

2

2

Флюсы окислительного типа, изготавливаемые известными способами, обладают повышенным содержанием фосфора- и серы по сравнению с неокислительными флюсами. Причиной является то, что при изготовлении .плавленого флюса интенсивное рафинирование шлакового расплава от вредных примесей возможно только после полного его J раскисления.

Цель изобретения - одновременное снижение содержания вредных примесей серы и фосфора до 0,01% в окислительных флюсах без применения при этом 1 особо чистых дефицитных шихтовых материалов и соответственно повышение- качества наплавленного металла при сварке.

Отличием предлагаемого способа является разделение плавки на два этапа - окислительный и восстановительный. На первом этапе, когда вводится железосодержащий компонент, расплав приобретает окислительные свойства, что ведет к интенсивному выжиганию серы. На втором этапе, после введения раскислителя, происходит восстановление высших окислов железа и марганца. С одной стороны, -j это ведет к образованию металлической ванны, а с другой стороны, - к превращению шлака из окислительного в восстановительный. Оба этих фактора способствуют восстановлению фосфора, Причем, если в известном способе фосфор захватывается образующимися в массе расплава восстановленными капельками марганца, а железо, вводимое с лигатурой, фактически сразу ока-л зывается на дне, не пронизывая расплав, то в предлагаемом способе из расплава в первую очередь выпадают капельки восстанавливаемого железа, которое термодинамически более прочно д связывает фосфор и поэтому более интенсивно рафинируют расплав. Таким образом, если, в предлагаемом способе получают флюс только с низким фосфором, то в предлагаемом спосо- ,

;,бе - с особо низкими фосфором и серой.

5

При окислительной прокалке флюса - происходит реакция55.

4 МпО + Ол 2 ,, 4 FeO + OQ 2 Feu03

(1) (2)

Прокалку ведут до тех пор, пока флюс не приобретет темно-коричневый цвет,. Для сильно окисленных флюсов, а также для титансодержащих прокалку ведут до черного цвета.

Способ позволяет более глубоко проводить раскисление расплава, восстанавливая и выжигая вредные примеси При этом, в случае выплавки стекловидного окислительного флюса отпадает необходимость в строгом контроле по ходу плавки за цветом флюса и за- браковке перераскисленного флюса.

Пример. Проводят опытные плавки флюса системы

MnO-CaO-CaFgj-Al ф 3-S iO

по известной технологии и по предлагаемому способу. По известной технологии производят загрузку и расплавление шихты при 1300-1750 С, загрузку железо-алюминиевой лигатуры, выдержку при 1700-1750°С до полного раскисления, загрузку кокса, грануляцию сушку и прокалку при 700-750°С в течение 3 ч. По предлагаемой технологии проводят загрузку и расплавление шихты при 1300-1400°С, загрузку окислителя (гематит), выдержку, подъем температуры на 150-200dC, загрузку раскислителя (алюминий), выдержку до полного раскисления, при необходимости получения пемзы - загрузку кокса, грануляцию, сушку и прокалку при различных температурах и времени. Опыты по высокотемпературной прокалке проводят как в муфельной печи на противнях, так и в электрической вращающейся печи.

Результаты опытов в муфельной печи представлены в табл.1.

Как видно из табл.1, оптимальным режимом для муфельной печи является прокалка флюса в течение 2-4 ч при 800-850 С. Превышение температуры более приводит к спеканию зерен флюса, а при 750°С и ниже не удается достичь необходимого цвета.

При прокалке флюса в электрической вращающейся печи время прохождения через высокотемпературную зону практически постоянно, поэтому степень окисления регулируют только температурой.

Результаты опытов в электрической печи представлены в табл. 2.

51 ,

В данном случае оптимальным режимом является прокалка флюса при 800- 850Г С. Таким образом, установлено, что необходимой степени флюса можно достичь его прокалкой при 800-1ООО С.

Полученные пробы флюсов сдают на анализ. При этом установлено полное соответствие всем требованиям нормативно-технической документации для данного флюса. По содержанию вредных примесей получены следующие данные: во флюсе, изготовленном по известной технологии, содержания фосфора 0,018%, серы 0,023%т во флюсе, изготовленном по предлагаемой технологии, содержание фосфора 0.007%, серы 0,006%. Отсюда можно сделать вывод, что по сравнению с известной использование предлагаемой технологии изготовления флюсов позволит снизить в несколько раз содержание вредных примесей как в самом флюсе, так и в металле шва, сваренного под этим флюсом.

В табл.3-4 приведены результаты опытов по влиянию окислительной выдержки и температуры расплава на содержание примесей.

Как видно из табл.З. выдержка расплава менее 5 мин ведет к недостаточному обессериванию и обесфосфориванию а выдержка более 10 мин ведет к недостаточному обесфосфориванию и чрезмерному восстановлению железа.

Как видно из табл.4, подъем температуры расплава менее 150°С недостаточен для снижения содержания фос- фора во флюсе менее 0,01%. повышение температуры расплава выше не ведет к дальнейшему снижению содержания фосфора и серы, чрезмерно восстанавливает железо и ведет к неоп- равданному р.осту энергетических затрат.

Проводят опыты по выплавке следующих стекловидных окислительных флюсов: АН-43, АН-17М, АН-42, НФ-18М, PieZOUp;

Проводят опытно-промышленные плавки флюсов АН-43, АН-42, НФ-18М. В настоящее время осваивается промышленное производство флюса АН-43.

После окончательной отработки технологии их выплавка была следующей: загрузка и расплавление шихты 3,0- 35 мин; загрузка окислителя.и после

5 0 5

0

5

й

0

5

36

дующая- выдержка 5-10 мин; подъем температуры на 5-10 мин; слив - и грануляция 5 мин. Температура плавки 1500-1580°С. После просушки, рассева и магнитной сепарации флюсы подвергают доокислению во вращающейся электрической печи при 840-860|ЭС и времени прохождгния через зону нагрева 40-45 мин. Для сравнения - обычная технология получения данных флюсов: загрузка и расплавление ших ты 30-35 мин; выдержка до получения необходимого цвета прЪб расплава 5- 10-мин при 1350-1420°С; слив и грануляция 5 мин; сушка, рассев и магнитная сепарация.

Сравнительные данные химического анализа флюсов приведены в табл.5.

Как видно из табл.5, применение предлагаемой технологии получения стекловидного окислительного флюса по сравнению с известной технологией позволяет резко снизить содержание серы и фосфора. Также упрощается процесс контроля за ходом плавки за счет снижения риска забраковки t флюса по цвету.

Кроме того, появляется возможность более широкого применения для выплавки флюсов дешевых видов сырья, в том числе - отходов других произ- ,, водств, за счет глубокого протекания рафинирующих процессов при плавке флюса. Для проверки такой возможности проводят дополнительные опытные плавки. Выплавляют флюсы марок АН-48 и НФ-1.8М. Для выплавки флюса АН-48 применяют боксит, а в качестве раскислителей - силикокальций, ферромарганец, карбид кремния, карбид кальция и алюмомагниевый сплав Электрон. Для выплавки флюса НФ-18М применяют ильменит и боксит, а в качестве рас- кислителя - ферротитан и силикомарга- нец. Технология выплавки и высокотемпературной прокалки такая же, как из предыдущих примеров. Все флюсы, полу- ченные в проведенных опытах, подвергают химическому анализу, определяют их физико-химические и сварочно-тех- нологические свойства. По всем параметрам данные флюсы отвечают предъявляемым требованиям.

Данные химического анализа на содержание серы и фосфора приведены в табл.6.

Как видно из табл.6, во всех случаях достигается необходимая степень рафинирования флюсов от серы и фосфора - не выше 0,01%.

Флюсы, изготовленные по предлагаемому способу, по всем параметрам не уступают стандартным флюсам, а по наличию вредных примесей серы и фосфора, сниженных до уровня не более 0,01%, находится на уровне и выше лучших мировых образцов.

Флюсы могут быть рекомендованы для сварки ответственных конструкций, и, в первую очаредь, атомного энер- гомашиностроения.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварочного плавленого флюса, включающий опера- ции подготовки шихты, ее плавления в печи, наведения металлической ванны на дне расплава, выдержки расплава с добавкой раскислителя, грануляции, сушки и окисления путем прокалки в окислительной газовой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения качества металла шва при

сварке за счет снижения содержания во флюсе серы и фосфора ниже 0,01% каждого и придания флюсу окислительных свойств, после расплавления шихты в расплав вводят окислы железа и выдерживают расплав в течение 5- 10 мин, затем температуру расплава повышают на 150-200 С и подают в печь раскислитель, выдерживая затем расплав до полного восстановления высших окислов марганца и железа, определяемого по цвету отбираемых проб, окисление прокалкой производят при 800-1000 С до получения темно- коричневых зерен, а для сильноокис-.- ленных и титанродержащих флюсов - до получения черных зерен.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислы железа вводят в расплав в виде гематита, боксита, окалины или ильменита, взятыми отдельно или в сочетании, а в качестве раскислителя используют алюминий, магний, кальций, углерод, кремний, марганец, титан, из сплавы и химические соединения, взятые отдельно или в сочетании.

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к техно- логии изготовления плавленых сварочных флюсов высокой чистоты и м.б. использовано преимущественно для сварки изделий в атомном энергомашиностроении. Цель изобретения - снижение со- держания вредных примесей (серы и фосфора) как в самом флюсе, так и в металле шва, сваренного этим флюсом, для повышения его качества. Это достигается путем разделения процесса плавки флюса на два этапа - окислительный и восстановительный - и последующего доокисления флюса после грануляции и сушки. После расплавления шихты в расплав вводят окислы железа с выдержкой 5-10 мин. Затем температуру расплава повышают на 150-200°С и подают в печь раскислитель. Доокисле- ние флюса, производят прокалкой при температуре 800-1000°С. 1 з.п.ф-лы, 6 табл. (О (Л

Цвет за вЕемяд,ч

1

iriilLlZiJZI

500 Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый

. .. ( -. -,11.-. -..-

600

Темно- зеленый

Темно- Темно- Темно- Темно- зеленый зеленый зеленый зеленый

650 Темно- Тем но Бурый БГрЫЙ К%Г Коричневый зеленый

700 Темно- Темно- Бурый Корнчне- бурый бурыйвый

Коричне- вый

800 Корич- ТеМН°- Темно-Черный

невый

коряч- коричневый невый

Темно- Темно- Черный - корич- коричневый невый

- Черный

Спекание зерен

Т а б л я ц а 1

8

||

.

Темно- Темно-ко- коричяе- ричневый вый

Цвет при температуре, С

550 |600 I 650 I 700 I 750 800 850 I 90095

500

Зеленый Зеленый Зеле-Темно- Бурый Корич- Темно- Темно- Черный Черный ный зеленый невый корич- коричневый невый

Таблица2

Примечание. 1- флюс, изготовленный по известной технологии. 2 - по предлагаемой технологии.

ТаблицаЗ

Таблицаб