Плавленный флюс для механизированной сварки Советский патент 1983 года по МПК B23K35/362 

Изобретение относится к сварке, а именно, к сварочным флюсам, и предназначено для электродуг вой сварки на повышенных скоростях углеродистых и среднелегированных сталей с пределом прочности менее 60 кгс/мм. Для сварки названных сталей используются либо высококремнистые марганцевые фпюсы, либо низкокремнистые флюсы, не содержащие окислов железа. Флюсы первой группы не позволяют улучшить вязкие свойства сварнь1х швов и не при годаы для сварки на повышенных скорост(х из-за образования в металлае. шва пор. Флюсы второй группы, хотя и улучшают вязкие и пластические свойства шва, но обладают неудовлетворительными сварочно-технологическими свойствами и вызывают повьпиенную склонность к образованию пор вследствие возрастания содержания водорода в сварном шве. Повышенное содержание водорода в металле шва способствует также образованию холодных трещин в сварных соединениях . низколегированных улучшенных сталей и при- ВОДИТ к необходимости подогрева стали и удорожанию технологии. Известен плавленый флюс для сварки сталей 1, содержащий следующие «компоненты,%: TiOi 5-30; ZrOj 5-30; StOj 15-35: MnO 15-40; AljOj 20; CaO 10; FeO 10, CaFs 10; MgO 10. Однако сварочный флюс, который содержит одновременно около 35% SiOi и до 3096 TiOj не позволяет улучшить вязкие свойства шва из-за окисления металла и засорения сварного шва оксидными неметаллическими включениями. Кроме того, термодинамическая активность SiOj во флюсах, содержащих до 40% двуокиси кремния и одновременно... не содержащих окись йальния (что является одним из вариантов этого флюса) чрезвычайно высока, что также приводит к падению вязких свойств шва. Поэтому, с тем, чтобы исключить образование пор водородного происходжения при использовании для сварки флюсов, относящихся к шлаковой системе SiOj-CaO (более 30%), необходимо увеличить верхний предел по содержанию SiOa. 3 Известен также флюс (2 следзтощего со тава, вес.%: SiOj35,5-39,5 AljOj .14-16 FeO1,5 TiOa+ZrO,4 СаО+ВаО21-24 CaFz, 4,5-8,25 MnO6,25-8,25 . MgO10-12,5 N8,0 + KaO Этот флюс также обладает пониженной стойкостью против водородных пор, оснн при увеличении скорости . Целью изобретения является повьиаение производительности за счет увеличения скорости сварки при одновременном уменьшени содержания водорода в сварном .шве и улуч шении ударной вязкости металла щва. Указанная цель достигается тем, что в состав флюса, содержащего двуокись кремни окись кальция, фтористый- кальций, окислы железа, двуокись циркония, дополнительно введены фториды меди, железа, никеля и ни риды кремния и -циркония при следующих соотношениях компонентов, вес. 50,5-57 Двуокись кремния 0,5-2,5 Двуокись циркония Окись кальция Окислы железа Фтористый кальций Фториды меди, железа, никеля0,5-3 Йитриды кремния и циркония0,5-1 При этом фториды меди, Железа, никел введены вместе или порознь и при совмест ном введении, фторидов между ними должн соблюдаться соотношение NiF2 1:1,4:3,5. Нитриды кремния и циркония введены в его состав вместе или порознь в любых соотношениях. Основным компонентом в предлагаемом флюсе является двуокись кремния. В резул тате повьш1ения ее- концентрации против пр тотипа удается резко снизить концентрацию водорода в шве и предотвратить, в итоге, образование пор в сварном шве. Другим ос новным компонентом является окись кальция. В принятых пределах окись кальция поддерживает на оптическом уровне термодинамическую активность кремнезема - на уровне, желательном с точки зрения ударно вязкости металла шва и содержания в нем водорода. Во флюс дополнительно введены фториды и нитриды. В качетсве фторидов необходимо использовать CuF, FeFj, NiFj. Их основное назначение - интенсифицировать образование тетрафторида кремния SiF4, который разлагает водородсодержащие соединения в атмосфере дуги с образованием нерастворимого в металле фтористого водорода HF, что особенно необходимо при сварке на повышенной скорости сварки. Увеличение скорости сварки вызьюает рост скорости кристаллизации металла сварочной ванны, вследствие чего даже относительно низкие содержания водорода 2,5-3 г приводят к образованию пор. Выполненные термодинамические расчеты и эксперименть показывают, что наиболее эффективны для снижения водорода добавки CuF2, а добавки FeFj и Nil-2 должны находится в отношении к концен-фации CuF2, равном соответственно 1,4 и 3,5.. В результате проведенных исследований установлено, что увеличение содержания фторидов в предлагаемом высококремнистом флюсе более принятого верхнего предела 3% чрезмерно повышает газовьоделение при сварке. Добавки нитридов кремния и циркоиия в любьрс соотношениях в количестве до 1% благоприятно йказьюаются на ударной вязкости сварных швов вследствие измельчения зерна, особенно при сварке сталей, легированных нитридообразующими элементами: ванадием, бором, алюминием, титаном. Назначение двуокиси циркония в предлагаемом флюсе состоит в том, что этот компонент снижает газовыделение при сварке, в результате чего улучшаются санитарно-гигиенические условия труда сварщиков. Окислы железа введены в предлагаемый флюс, с целью дополнительного/окисления металла и снижения в результате этого концентрации .растворенного водорода, а также в связи с тем, что они тормозят кремневосстановительный процесс. Пример. Для определения свойств флюса приготавливают три разных состава, в которых изменяют концентрации ингредиеитов.. Каждый состав выплавляют в электрической печи с металлическим водоохЛаждаемым кокилем, i Перед сливом ; расплава в печь добавляют нитриды и фториды. Сушку флюсов производят при 400° С. Составы флюсов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Компоненты

SiOj ZrOz CaO FejOj CaFi

CuFj +FeF2 + NiFj Si3N4-«- ZrN

Примечание : Соотношение нитридов кремния и циркония в их сумме -

равное, а соотношение фторидов мегщ, железа и никеля - в соответствии с j формулой предлагаемого изобретения.

Под полученными флюсами 1, 2 и 3 про-ки - 35-40 м/ч. Данные о содержании в

изводят сварку низколегированной стали ЮХСВД металле шва общего (диффузионно--подвижпроволокой марки Св-08ХН2НМТА диаметр- , ного и остаточного) водорода и его ударной ром 5 мм на режиме: ток -- 750-850 А, на- зо вязкости при 40 С представлены в пряжение на дуге - 38-42 В, скорость свар-табл. 2.

Показатели

Ударная вязкость, кгс. м/см Содержание водорода, см/100 г

Из сравнения результатов, представленных в табл, 2 следует, что предложенный флюс обеспечивает получение на скорости сварки более 35 м/ч металла шва с высокой ударной вязкостью и низким содержанием водорода.

Дополнительно к описанным испытаниям производят сварку швов тавровых соединений стали 10ХСНД под флюсами 1, 2 и 3 проволокой марки Св-08Г2С диаметром 2 мм на режиме: сварочный ток - 400-500 А. напряжение на дуге - 35-38 В, скорость сварки 75 и 120 м/ч (катеты угловых швов соответственно 4 и 3 мм). Контроль швов f -графи-,

Плавка 1I 2

57

53

25 6

20 4.5 15 0.5

12,5 1,3 0,7 0.5

Таблица 2

Плавка флюса

-Т--ГНИ

1

рованием показывает отсут(гвие в них пор при использовании предлагаемого флюса.

Таким образом, предлагаемый флюс позволяет повысгаъ производительность сварки и снизить содержание в швах водорода, а значит и температуру предварительного подогрева, если он применяется в целях предотвращения образования холодных трещин по сравнению с базовым объектом (один из вариантов флюса 1)..

Предлагаемьш флюс можно рекомендовать для использования на высокопроизводительных поточных линиях, предназначенных для сварки протяженных швов, в Частности стыковых цгаов полотнши, угловых ребер жесткости : и т. II. Флюс можно применять .совместно со сварочными проволоками марок: Св-08ГСМТ, СВ-08ХН21МТА, СВ-08ГА, Св-08Г2С и другими, обязательно легированными марган1(ем. Формула изобретения 1. Плавленый флюс для механизированной сварки преимущественно углеродистых. и низколегированных сталей, содержащий двуокись кремния, двуокись циркония, окись кальция, фтористый кальций, окислы железа, о т л и г чающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости сварки и пов1 1Щеш1я качества сварно го соединения за счет уменьшения содержания водорода в металле шва и увеличения его ударной вязкости, флюс дополнительно содержит фториды меди, железа,, никеля и нитриды кремния и циркония при следующем соотношении компонентов, вес.%: 48 Двуокись кремния .50,5-57 Двуокись циркония0,5-2,5 Окись кальция20-30 Окислы железа4,5-6 Фтористый кальций10-15 Фториды меди, железа и никеля0,5-3 Нитриды кремния и циркония0,5-1 2. Флюс по п. 1,отличающийся тем, что фториды меди, железа, никеля введены вместе или порознь и при совместном введении фторвдов между ними должно соблюдаться соотнощение CuF2:FeFi:NiF2 1:1,4:3,5. 3. Флюс по нп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что нитриды кремния и щфкония введены в его состав вместе или порознь в любых соотношениях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Заявки Японии Ц 53-26214, кя. В 23 К 35/362, 01.08.78. 2. Патент Великобритании N 935520, кл. 82 /а/, 30.04.62(прототип).