Керамический флюс для сварки сталей Советский патент 1993 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к керамическим флюсам для механизированной сварки и наплавки высоколегированных аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей.

В настоящее время в СССР для автоматической сварки под флюсом высоколегиро- ванных аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей применяются как плавленые флюсы марок АН-26С, ФЦ-17, ОФ-6, АН-18 и др., так и керамические флюсы марок ФЦК, ФЦК-С. АНК-45 и др. Несмотря на большое количество марок флюсов, среди них не удается найти какой- то один флюс, который обеспечивал бы выполнение всего комплекса требований

.металлургического и технологического характера, возникающих при сварке высоколегированных аустенитных нержавеющих хромоникелевых и других подобных сталей, особенно сталей больших толщин. Так, например, низкокремнистые плавленые флюсы марок АН-26С, АН-20С содержат чрезмерные количества SiOj (от 19 до 33%), что приводит к протеканию кремневосста- новительного процесса, в результате, чего наплавленный металл обогащается оксид- ными включениями, ухудшающими механические свойства металла шва и его стойкость против образования горячих трещин. По этой причине указанные флюсы не рекомендуют применять при сварке метал Ч ю

СЛ

ел о

ы

ла толщиной более 40 мм. Флюс АН-18, содержащий от 13,5 до 16,5% РезОз, требует применения сложнолегированных аусте- нитных проволок, содержащих активные раскислители - алюминий, титан и др., что вызывает дополнительные трудности.

Бескремнистые пассивные плавленые флюсы ОФ-б и ОФ-6М весьма склонны к гидратации и требуют перед применением длительной высокотемпературной прокалки, например, флюс ОФ-бМ при 950°С в течение не менее 5 часов. Кроме того, эти флюсы имеют в большинстве случаев неудовлетворительные сварочно-технологиче- ские свойства (затруднительная отделимость шлаковой корки, дефекты формирования швов). Другие плавленые флюсы, например ФЦ-17. не обеспечивают требуемые механические характеристики металла швов и достаточно высокую стойкость против образования горячих трещин при сварке, например аустенитных хромо- никельмолибденовых сталей больших толщин.

Известны предназначенные для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей керамические флюсы маррк ФЦК, ФЦК- С, АНК-45, имеющие недостаточно высокие сварочно-технологические свойства и не обеспечивающие требуемой стойкости швов против образования горячих трещин при сварке хромоникельмолибденовых сталей больших толщин.

Известен керамический флюс для дуговой сварки нержавеющей стали, содержащий (в %): ТЮ2 5-50; СаР2 5-50; Zr02 5-30; СэСОз 20; AlaOs 30; 3-20; ВаСОз и/или ВаРа и/или LizCOs и/или LIF2 1 0: раскислители, легирующие элементы и примеси 30. Этот флюс не обладает требуемыми сварочно-технологическими свойствами, так как содержит до 30% карбонатов.

Известен керамический флюс следующего состава (%): СаР2 40-55; 16-20; Zr 7-16: NasAIFg 4,5-8; РезОл 2,5-4; Мп 0,8- 1,8; сплав N1 с 40-60% Nb - 1,8; сплав Сг с Мо 0,2-1,8; оксиды металлов, поташ и LI 1,5-3, двуокись кремния 4-8; С 0,6. Данный флюс при сварке аустенитных хромоникельмолибденовых сталей больших толщин не обеспечивает достаточной стойкости металла швов против образования горячих трещин.

Известен принятый в качестве прототипа керамический флюс для сварки сталей, содержащий плавленый флюс типа АНФ-6, фтористый барий, гематит, ферробор.

Однако этот флюс не обеспечивает достаточно высокого качества наплавленного металла при сварке высоколегированных

аустенитных нержавеющих хромоникелевых сталей, особенно для эксплуатации при температуре минус 190°С, так как флюс не производит необходимого модифицирова- ния наплавленного металла.

Целью изобретения является разработка керамического флюса для сварки высоко- легированных аустенитных нержавеющих хромоникелевых и хромоникельмолибдено- вых сталей больших толщин (до 60 мм), обладающего отличными сварочно-технологическими свойствами в условиях многопро- ходной сварки в узкую разделку и обеспечивающего в сочетании со стандарт- ной аустенитной проволокой, например, типа Св - 04Х19Н11МЗ получение металла швов без трещин и имеющего следующие минимальные механические свойства: Oi, 560 МПа, 0&.2 S400 МПа, 55 35%, угол загиба , KCV 5: 40Дж/см2при температуре минут 190°С.

Эта цель достигается дополнительным введением в шлаковую систему достаточных количеств фтористого бария, гематита, алюмомагниевого порошка, а также ферро- бора или феррохромбора при следующем соотношении компонентов (мае. %): Плавленый флюс АНФ-6 ............................86,1-95,0

Барий фтористый ............................................2,0-5,0

Гематит ....................................1,0-5,0

Порошок алюмо- магниевый (50% AI, 50% Мд) .......................1,5-3,5Ферробор или

феррохромбор (20% В) ...„..,...„„0,1-0,4 причем отношение процентного содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6 к барию фтористому должно быть в пределах от 17,2 до 46,6, а гематита к алюмомагние- вому порошку в пределах от 0,285 до 3,33.

Применение в заявляемом флюсе плавленого флюса АНФ-6 обеспечивает сниже- ние содержания вредных примесей, так как содержание серы и фосфора во флюсе АНФ- 6 обычно не превышает 0,010% каждого из этих элементов.

Введение во флюс фтористого бария и гематита полностью подавляет кремневос- становительный процесс, который мог бы происходить при сварке из-за наличия во флюсе около 6% 5Ю2(из сухого остатка жидкого стекла и примеси SI02 во флюсе АНФ-6 vt в гематите).

Алюмомагниевый порошок и ферробор (феррохромбор) во флюсе служат раскисли- телями и модификаторами, позволяющими

измельчать структуру металла шва и тем самым достигать высокую стойкость швов против образования горячих трещин, а также получать требуемую хладостойкость сварных швов (KCV 40 Дж/сма при температуре минус 190°С).

Наличие в заявляемом флюсе, состоящем в основном из плавленого флюса АНФ- 6, добавок фтористого бария, гематита и алюмомагниевого порошка позволяет получить отличные сварочно-технологические свойства флюса, несмотря на то, что заявляемый флюс относится к группе пассивных флюсов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемый флюс обладает свойствами, не присущими ранее известному, т.е. обладает существенными преимуществами.

В табл. 1 приведены варианты состава заявляемого флюса. Опытные партии этих флюсов изготавливались по обычной технологии с применением натриевого или натрий-калиевого жидкого стекла, имеющего модуль 2,5 и плотность 1,40 г/см3, в количестве 120 мл на 1 кг сухой шихты. Прокалка флюсов производилась в садочной печи при температуре (640 ± 15)°С в течение 1,5 ч.

- Первоначальная оценка сварочно-тех- нологических свойств вариантов заявляемого флюса производилась путем наплавки валиков на пластину стали типа 18-8 при сварочном токе до 900 А. Далее с применением этих флюсов были получены сварные соединения из стали Х17Н13М2Т толщиной 60 мм при использовании сварочной проволоки марки Св-04Х19Н11МЗ диаметром 4 мм. Сварка производилась на режиме: A, UA 32-34 В, м/ч, суммарный угол разделки кромок - 40°. Для оценки склонности металла швов к образованию горячих трещин выполняли заварку первого прохода в строганую V-образную канавку на стали Х17Н13М2Т толщиной 60 мм. Глубина канавки 15 мм, угол раскрытия 40°. При этом сварку выполняли на токе 380-400 А, при В и при различных значениях VCB. Критерием стойкости металла шва против образования горячих трещин являлась максимальная скорость сварки, при которой не наблюдается образование трещин.

В табл. 2, 3 и 4 приведены химический состав и механические свойства металла

Формула изобретения Керамический флюс для сварки сталей, содержащий плавленый флюс АНФ-6, фторид бария, гематит, ферробор, отличающийся тем, что. с целью повышения

швов, в табл. 3 дана также оценка некоторых сварочно-технологических свойств флюсов и результаты испытаний на стойкость швов против межкристаллитной коррозии, вы- полненных по методике АМУ (ГОСТ 6032- 89).

Как видно из данных, приведенных в табл. 1, 2, 3, 4 и прилагаемого акта испытаний, требуемые механические свойства ме- талла швов (ав 560 МПА, оь.2 400 МПа, (, угол загиба 180°, KCV 40 Дж/см при температуре минус 190°С), отсутствие горячих трещин в швах при сварке хромоникельмолибденовой ста- ли толщиной 60 мм. достаточная стойкость швов против межкристаллитной коррозии, а также отличные сварочно-технологические свойства флюса могут быть получены при следующих соотношениях компонентов в заявляемом флюсе (мае. %):

Плавленый

флюс АНФ-686,1-95,0

Барий фтористый2,0-5,0 Гематит 1,0-5,0

Порошок алюмомагниевый

(AI50%, Mg50%)1,5-3,5

Ферробор или

феррохромбор()0,1-0,4, причем отношение процентного содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-6 к барию фтористому должно быть в пределах от 17,2 до 46,6, а гематита к порошку элюмо- магниевому в пределах от 0,285 до 3,33.

Заявляемый флюс должен найти широкое применение для сварки металлоконструкцийиз аустемитных высоколегированных хромоникелевых и хромоникельмолибденовых нержавеющих сталей с применением стандартной аусте- нитной проволоки, например, марки Св- 04Х19Н11МЗ, что позволит улучшить качество, надежность и долговечность свар- ных конструкций в криогенной технике, применяющихся, например, в химическом машиностроении и других отраслях промышленности, где использование заявляемого -флюса даст значительный экономический эффект за счет применения более дешевой сварочной проволоки, а также снижения трудоемкости и повышения производительности сварочных работ.

стойкости швов против образования горячих трещин, повышения хла достой кости металлашва и улучшения сварочно-технологических свойств при сварке высоколегированных зустенитных

нержавеющих хромоникелевых и хромони- кельмолибденовых сталей, флюс дополнительносодержит порошок элюминиево-магниевого сплава при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Плавленый

флюсАНФ-б86,1-95,0

Фторид бария2,0-5,0

Гематит1,0-5,0

Порошок алюминиево-магниевого

сплава (50% AI, 50% Мд)1,5-3,5

Ферробор0,1-0,4.

Керамический флюс флюоритно-рснов- ного типа, предназначенный для сварки аустенитных нержавеющих сталей и обеспечивающий в сочетании с аустенитной сварочной проволокой Св-04Х19Н1 ШЗ пол-. учение высоких механических свойств металла швов и сварных соединений, высокую стойкость швов против мегикристаллитной коррозии. Флюс обладает хорошими сва- рочно-технологическими свойствами и содержит ё своем составе плавленый флюс типа АНФ-б (86,1-95,0%), фторид бария (2,0-5,0%), гематит (1,0-5,0%), алюминиево- магниевый порошок (1,5-3,5%) и ферробор (0.1-0,4%). 4 Табл. ел с

Варианты состава предлагаемого флюса

Примечание: АНФ-б, BaF2, гематит и AlMg - процентные содержания во флюсе плавленого флюса АНФ-б, бария фтористого, гематита и алюминиево-магниевого порошка соответственно.

Химический состав металла швэ при сварке стапи Х17Н13М2Т с применением вариантов заявляемого флюса и проволочи Св-0 Ш9Н1ШЭ

Таблица 1

Таблица 2

Механические характеристики металла швов и оценка некоторых сварочно-технологичессих свойств вариантов заявляемого фпюса

Примечание. В таблице даны среди знэчеяия. полученные в резуимзте испытания «менее трех образцовТзбЛИЦЭ 4

Ударная вязкость металла швов при сварке стали Х17Н13М2Т с применением .вариантов заявляемого флюса и проволоки Св-04Х19Н1ШЗ

Таблица 3