Шихта порошковой проволоки Советский патент 1992 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к материалам для сварки низколегированных атмосферокоррозионно-стойких сталей.

Известна шихта порошковой проволоки (типа ППВ-5 ТУ 36-1904-76), содержащая плавиковый шпат, алюминиевый порошок, ферротитан, ферросилиций, окись никеля, ферромарганец, карбонаты, калиево-натри- евую глыбу, силикобарий, железный порошок и магнезит.

Однако порошковая проволока с известной шихтой не позволяет производить сварку атмосферокоррозионно-стойких сталей с хромом, никелем и медью. Наличие большого количества плавикового шпата (60-70%) и наличие пылевидной части снижает коэффициент заполнения порошковой проволоки и ухудшает ее сварочно-техноло- гические свойства.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является шихта порошковой проволоки, содержащая плавиковый шпат, феррохром, медный и алюминиевый порошок, ферротитан, ферросилиций, окись никеля, ферромарганец, карбонаты, калиево-натри- евую глыбу, силикобарий и железный порошок.

Указанные компоненты взяты в следующих соотношениях, мас,%:

Плавиковый шпат55-60

Феррохром2,5-3,0

Медный порошок0,8-1,0

Алюминиевый порошок1,5-1,8

Ферротитан3,0-3,7

Ферросилиций0,1-0,5

Окись никеля2,0-2,5

Ферромарганец1,0-1,6

Карбонаты12-1.15.

IV

00

сл

|Јь

чэ

Калиево-натриевая

глыба1,4-2,0

Силикобарий0,4-0,6

Железный

порошокОстальное

Недостатком известной шихты является трудность равномерного заполнения ею оболочки проволоки вследствие наличия в ней большой (55-6гО%) количества флюори- тового концентрата, обогащаемого из природного сырья.

Гранулометрический состав плавикового шпата в значительной мере определяют сыпучесть шихты и тем самым равномерность коэффициента заполнения проволоки, Вследствие истощения запасов плавиково-шпатовой руды плавиковый шпат (ГОСТ 4421-73, марки ФКС и ФФС) поставляется с нерегламентированным гранулометрическим составом, содержание в котором фракции 0,07 0 25 мм, необходимой для изготовления порошковой проволоки с известной шихтой, составляет 20 30% Таким образом, при использовании плавикового шпата для изготовления порошковой проволоки в отсев его уходит около 75%. что обусловливает необходимость дополнительных поставок плавикового шпата. Кроме того, проволока с известной шихтой не обеспечивает порог хладноломкости ею металла при -20° С, предел допустимых колебаний рабочего напряжения дуги в процессе сварки узок и не превышает 3В.

Целью изобретения является улучшение качества порошковой проволоки за счет снижения порога хладноломкости наплавленного металла, расширения диапазона допустимых колебаний рабочего напряжения дуги в процессе сварки, а также снижение себестоимости, сбережение ресурсов полезных ископаемых, более полное использование фторсодержащего материа - ла.

Поставленная цель достигается тем, что в шихту, содержащую феррохром, медный и алюминиевый порошок ферротитан, ферросилиций, окись никеля, ферромарганец, карбонаты и железный порошок, введен шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония при следующем соотношения компонентов мас.%:

Шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тетрафторида

циркония40-45

Феррохром2,5-3.0

Медный порошок0,8-1 О

Алюминиевый

порошок1,5-1,8

Ферротитан2,0-3,5

Ферросилиций0,5-1,3

Окись никеля2,0-2,5

Ферромарганец1,0-1,6

Карбонаты12-15

Железный порошокОстальное

0 Шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония, в виде отходов химического производства имеет низкое содержание вредных примесей серы и фосфора (менее

5 0,003 и 0,002% соответственно), высокие концентрации фторида кальция (93-96%), а также содержит легирующие элементы металлического кальция (0,5-0,7%), циркония (0.6-1.0%) и оксида кальция (2,0-4,895%).

0 Восстановление циркония, в результате чего образуется и фторид кальция, протекает по реакции ZrF i-2 Ca 2CaF2+Zr. Поставляется этот шлак в виде кусков различного размера, при помоле которого на оптималь5 ном режиме обеспечивается 75% фракции размером 0,07-0,25 мкм. Наличие в шлаке полученном при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония, металлического кальция и циркония позволяет

0 вывести силикобарий и калиево-натриевую глыбу, не снижая при этом устойчивость горения дуги. Присутствие в используемом шлаке циркония (0,6-1,0%) благотворно влияет на сварочно-технологические свой5 ства проволоки, облегчает защиту зоны сварки от азота воздуха позволяет снизить нижний предел содержания ферротитана до 2,0%. Содержание шлака, полученного при кальциетермическом восстановлении тет0 рафторида циркония, в сердечнике порошковой проволоки менее 40% не способствует в наплавленном металле снижению неметаллических включений, более 45% - снижает устойчивость горения дуги и ухуд5 шает санитарно-гигиенические условия труда за счет большего выделения фторсо- держащих газов. Уменьшение содержания в шихте феррохрома и медного порошка до количеств, меньших нижнего предела, при0 водит к недопустимому уменьшению перехода в металл шва хрома и меди, а повышение - к снижению ударной вязкости металла шва до значений, меньших 0.40 МДЖ/м2 при-40° С.

5 Надежность защиты зоны сварки обеспечивается введением в состав шихты как алюминиевого порошка и ферротитана, так и ферросилиция, которые, находясь в небольшом количестве в шихте, оказывают комплексное воздействие на азот и кислород, проникшие в жидкий металл, благодаря которому соединения алюминия, титана и кремния с азотом и кислородом в подавляющем большинстве удаляются в шлак, что обеспечивает высокие сварочно-технологи- ческие свойства проволоки. Введение их в шихту в количествах, меньших нижнего предела, не улучшает механические свойства металла шва, а повышение выше верхних пределов ухудшает механические свойства металла шва за счет наличия нитридов железа. Содержание окиси никеля выбрано таким, чтобы образовавшийся при плавлении шлак как можно более полно способствовал извлечению из жидкого металла оксидных и нитридных соединений, в которые связаны азот и кислород воздуха. Уменьшение содержания в шихте окиси никеля до количеств, меньших нижнего предела, не приводит к стабилизации никеля в металле шва, а повышение - к снижению механических свойств металла шва,

Ферромарганец относится к стабилизирующим и раскисляющим материалам. Уменьшение в шихте ферромарганца меньше нижнего предела не способствует стаби- лизации марганца в металле шва и уменьшению пористости шва. Повышение ферромарганца выше верхнего предела приводит к недопустимому повышению марганца в металле шва.

Карбонаты в шихте присутствуют в качестве шлакообразующего, а также газообразующего материала для создания защитной газовой среды в зоне плавления. Защитное действие проявляется в снижение парциального давления вредных с металлургической точки зрения газов (азот, водород) путем их оттеснения от поверхности расплавленного металла или связывания в нерастворимые в металле соединения (например, фторводород). Образование сварочного шлака при сварке порошковой проволоки имеет, кроме обычных металлургических функций, и технологический характер, так как шлак участвует в образовании сварного шва. Содержание карбоната в количестве меньше нижнего предела не обеспечивает покрытие жидкого металла капель и ванны образовавшимся шлаком, что снижает качество сварных соединений, а содержание карбоната в шихте выше верхнего предела способствует образованию пористости металла шва.

Железный порошок, являющийся обязательным компонентом большинства порошковых проволок, участвует в образовании сварного шва, повышая производительность процесса.

В лабораторных условиях изготовлена по серийной технологии опытно-промышленная партия порошковой проволоки марки ППВ-5К с предлагаемой и известной

шихтами. Оболочка проволоки профилировалась из ленты размером 0,3 х 12 мм, конструкция оболочки - однозагибная, коэффициент заполнения 28± 2%. Состав шихты приведен в табл. 1.

0 Выбор состава шихты обусловлен технологией сварки низколегированных атмос- ферокоррозионно-стойких сталей.

При использовании в качестве фторсо- держащего материала шлака, полученного

5 при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония, в предлагаемой шихте для изготовления порошковой проволоки просев его с фракцией 0,07-0,25 мм составил 75%, тогда как при использовании

0 плавикового шпата в известной шихте просев его с указанной фракцией составил всего 25%.

В идентичных условиях проведены сопоставительные испытания порошковой

5 проволоки марки ППВ-5К с предлагаемой шихтой по вариантам 1-5 и известной шихтой при сварке стали 8ХНД.

Содержание серы и фосфора более низкое и составило соответственно 0,008-0,010 и

0 0,012-0,016%, а порог хладноломкости наплавленного металла ниже - (-35)-(45° С), Предел допустимых колебаний рабочего напряжения дуги в процессе сварки для проволоки с предлагаемой шихтой шире, чем у

5 прототипа, и составлял не менее 4В, что способствует предотвращению пористости в металле шва.

Основные показатели испытания приведены в табл. 2.

0 Таким образом, положительный эффект от использования изобретения заключается в сбережении ресурсов полезных ископаемых, более полном использовании фторсо- держащего материала, улучшении качества

5 порошковой проволоки за счет снижения порога хладноломкости наплавляемого ею металла и расширения диапазона допустимых колебаний рабочего напряжения дуги в процессе сварки,

0 Формула изобретения

Шихта порошковой проволоки, включающая фторид капьция, феррохром, медный и алюминиевый порошки, оксид никеля, ферросилиций, ферротитан, ферромарга5 нец, карбонаты, железный порошок, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества наплавленного металла за счет снижения порога его хладноломкости, расширения диапазона допустимых колебаний рабочего напряжения дуги, а также снижения себестоимости порошковой проволоки, и сбережения ресурсов полезных ископаемых, фторид кальция введен в виде шлака, полученного при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония, при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:

Шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония40-45Феррохром2.5-3,0 Медный порошок0.8--1.0 Алюминиевый порошок1.5-1,8 Ферротитан 2,0-3,5 Ферросилиций 0,5-1,3

Оксид никеля Ферромарганец Карбонаты Железный порошок

причем шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тетрафторида циркония, имеет следующий состав, мас.%:

0

5

Кремнезем

Фторид кальция

Металлический кальций

Оксид кальция

Цирконий

Фосфор

Сера

0,5-0,8 93,0-96,0 0,5-0,7 2,0-4,895 0,6-1.0 Менее 0,002 Менее 0,003

Изобретение относится к сварке, а именно к материалам для сварки низколегированных атмосферокоррозионно-стойких сталей. Цель изобретения -улучшение качества наплавленного металла за счет снижения порога его хладноломкости, расширения диапазона допустимых колебаний рабочего напряжения дуги, а также снижения себестоимости порошковой проволоки и сбережения ресурсов полезных ископаемых. Шихта содержит следующие компоненты, мас.%: шлак, полученный при кальциетермическом восстановлении тет- рафторида циркония 40-45; феррохром 2,5- 2,0; медный порошок 0,8-1,0; алюминиевый порошок 1,5-1,8; ферротитан 2,0-3,5; ферросилиций 0,5-1,3; окись никеля 2,0-2,5; ферромарганец 1,0-1,6; карбонаты 12-15; железный порошок остальное, Шлак имеет следующий состав, мас.%: кремнезем 0,5- 0,8; фторид кальция 93,0-96,0; металлический кальций 0,5-0,7; оксид кальция 2,0-4,895; цирконий 0,6-1,0; фосфор менее 0,002; сера менее 0,003. 2 табл. сл

Таблица 1

Таблица 2