Плавленый сварочный низкокремнистый флюс

Плавленый сварочный низкокремнистый флюс

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке низкои среднелегированных сталей многослойными швами. Цель изобретения - повышение сварочно-технологических свойств, снижение содержания вредных примесей в направленном металле, повышение стойкости металла шва к образованию пор и трещин и физико-механических свойств сварных соединений. Составляющие компоненты флюса взяты при следующем соотношении, мас.%: сумма окислов железа 2,0...4,0, окись кремния 9,0. .12,0, окись кальция 18,0...24,0, окись алюминия 36,0...48,0, окись маргарина 5,0.. 7.0, окись магния 5,0...7,0, фтористый кальций 5,0.. 8,0, сумма окислов натрия и калия 1,0...2,5, фтористый натрий 1.5 2,5. Массовое соотношение окиси кремния, окиси кальция и окиси алюминия составляет 5Ю2:СаО:А120з 1.24, а отношение фосфора к сумме окислов железа не более 0.004 5 табл. k

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4633278/27 (22) 28.10.88 (46) 23,10.91. Бюл. № 39 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) А.К.Царюк, Б.С.Касаткин, В.И.Гузей, Ю.Н.Вахнин, В.Д.Иваненко, В.И.Галинич, С,И.Шатохин, Н,Ф.Кравченко, Т.Н.Зацерковная и Ю.М.Журавлев (53) 621,791.04(088.8) (56) Подгаецкий В.В. и др. Сварочные флюсы. — Киев: Техника, 1984, с, 100.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1092027, кл. В 23 К 35/362, 02.12.82.

Авторское свидетельство СССР

N- 190188, кл, В 23 К 35/362, 22.11,65.

Производство электроплавленных флюсов. Технологическая инструкция ТИ 146ФЛ-14-87. (54) ПЛАВЛЕНЫЙ СВАРОЧНЫЙ НИЗКОКРЕМНИСТЫЙ ФЛЮС (57) Изобретение относится к производству сварочных материалов и может быть исИзобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при электродуговой сварке в узкую разделку низколегированных и среднелегированных корпусных сталей, используемых для изготовления ответственных изделий атомного и энергетического машиностроения, судостроения, тяжелого машиностроения и других отраслей промышленности, Целью изобретения является создание флюса с хорошими сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающего повышенную стойкость металла шва против образования холодных трещин и пор; снижение содержания фосфора в наплавлен„„Я „„1685660 А1 пользовано при электрод1/гавай сварке низко- и среднелегированных сталей многослойными швами. Цель изобретения повышение сварочно-технологических свойств, снижение содержания вредных примесей в направленном металле, повышение стойкости металла шва к образованию пор и трещин и физико-механических свойств сварных соединений, Составляющие компоненты флюса взяты при следующем соотношении, мас. ; сумма окислов железа 2,0.„4,0, окись кремния 9,0...12,0, окись кальция 18,0...24,0, окись алюминия

36,0...48,0, окись маргарина 5,0...7,0, окись магния 5,0...7,0, фтористый кальций

5,0...8,0, сумма окислов натрия и калия

1,0...2.5, фтористый натрий 1,5...2,5. Массовое соотношение окиси кремния, окиси кальция и окиси алюминия составляет

SiOz.CaO;AlzOg = 1:2:4, а отношение фосфора к сумме окислов железа не более 0,004.

5 табл. ном металле и повышение физико-механических свойств сварных соединений низкои среднелегированных сталей.

При построении шлаковой системы для предлагаемого флюса с повышенными окислительными свойствами флюс должен иметь низкое содержание SION и МпО, так как эти окислы ухудшают его металлургические свойства с точки зрения протекания кремнемарганцевовосстановительного процесса при сварке и получения неблагоприятного химического состава металла шва, а также повышенной загрязненности его неметаллическими включениями. Флюс должен обеспечивать хорошие

1685660 сварочно-технологические свойства шлака при сварке толстого металла в узкую разделку. Для обеспечения хороших сварочно-технологических свойств шлака при ограниченном содержании кремнезема необходимо иметь достаточно высокое содержание глинозема. Ухудшение формирования швов, вызванное снижением содержания SIOz во флюсе, может быть компенсировано содержанием А!гОз. Это обусловлено способностью AlzOz (подобно

5 0 ) придавать флюсу вязкость, С введением во флюс большого количества AlzOg вместе SIOz снижается его химическая активность по отношению к металлу сварочной ванны, уменьшается загрязненность металла шва неметаллическими включениями и улучшаются его механические свойства, Повышение окислительных свойств флюса может достигаться путем дополнительного введения в шлак окислов железа.

Введение в состав низкокремнистых флюсов окислов железа способствует значительному улучшению механических свойств металла шва на низколегированных сталях. Тормозится прохождение кремне- и марганцевовосстановительных процессов, повышается окислительная способность флюса и этим снижается количество водорода в наплавленном металле, улучшаются сварочно-технологические свойства флюса, повышается стойкость швов против образования холодных трещин, снижается содержание вредных примесей (S и P) в металле шва. Флюс должен обеспечивать низкое содержание вредных примесей (фосфор и сера) в наплавленном металле.

Исходя из этих соображений берут глиноземную основу предлагаемого флюса, На основе экспериментальных исследований установлено, что содержание SIOz во флюсе должно быть 9-12 мас.%. Это обеспечивает минимальное содержание кислорода в металле шва и оптимальное содержание Si u

Мп в наплавленном металле.

Для получения хороших сварочно-технологических свойств в предлагаемом флюсе соотношение SIOz/AlzOa должно составлять 1/4, При определении содержания СаО во флюсе исходят иэ положения, что с возрастанием отношения СаО/SIOz повышаются показатели ударной вязкости металла шва, однако, при этом происходит ухудшение технологических свойств флюса, Стабильность дуги и формирование швов зависят от содержания СаО и CaFz во флюсе. Стабилизирующие свойства СаО возрастают по мере увеличения и достигают оптимального уровня при содержании оконаплавленном металле соотношение ком понентов Я!Ог:СаО:АЬОз в предлагаемом

10 флюсе должно составлять 1:2:4.

20

30

35 в виде марганцевой руды вносят в металл

° шва фосфор. Поэтому в предлагаемом флюсе содержание МпО ограничено пределами

55 ло 20%. Опытным путем установлено соотношение SIOz/СаО 1:2, Таким образом, в выбранной шлаковой системе для получения хорошего формирования швов легкой отделимости шелковой корки устойчивого горения дуги, низкого содержания неметаллических включений в

В качестве добавок во флюс вводят определенное количество CaFz, MgO, NazO+

+ КгО, МпО и NaF.

Опытным путем установлено, что для обеспечения высоких стабилизирующих свойств дуги во флюс должно быть введено

5,0 — 8,0 мас.% CaFz, Этого количества CaFz в выбранной основе флюса вполне достаточно для обеспечения стойкости швов против образования пор и холодных трещин.

Для улучшения устойчивости горения дуги во флюс вводят соединения, характериэующиеся малым потенциалом ионизации

К ним в первую очередь относятся К О, NazO и в некоторой степени СаО. Введение во флюс 1,0 — 3,0 мас.% KzO u NazO позволяет значительно улучшить формирование швов в узкой разведке флюсов с низким содержанием SIOz и МпО.

Добавки МпО во флюс увеличивают основность флюса, тормозят кремневосстановительный, процесс и улучшают формирование швов. В то же время, введение значительного количества МпО во флюс

5,0-7,0 мас.%.

Для повышения основности флюса, способствующей при наличии раскислителей снижению содержания в металле серы и несколько фосфора, а также повышению чистоты по неметаллическим включениям, во флюс вводят 5 0-7,0 мас.% MgO, Для торможения кремневосстановительного процесса при сварке, что дает возможность уменьшить кислород и понизить содержание оксидных силикатных включений, во флюс вводят до 4 мас.% NaF, Для придания окислительных свойств вводят окислы железа Х Fe0 в количестве

2,0 — 5,0 мас.%, в таком количестве, как это применяется в окислительных флюсах для сварки низколегированных сталей. Введение окислов железа в таком количестве изменяет не только характер металлургических процессов, но и положительно воздействует на сварочно-технологические свойства, позволяет получить направлен1685660 ныи металл с низким содержанием диффуэ- Укаэанная зависимость сохраняется в ного водорода, низкие концентрации кисло- пределах содержания суммы окислов желерода при использовании проволок с завофлюсе2 — 4мас.g,Ïåðåxo4ôîñôoðàèý раскислителями, а также способствует де- флюса в металл зависит отстепени окисленсульфурации и дефосфорации металла сва- 5 ности флюсового расплава, определяемой в рочных швов. данном случае в основном содержанием в нем окислов железа, Равновесное распреДесульфурация связана с выгоранием деление фосфора между металлом и шлаком серы по мере увеличения во флюсе. Дефос- определяется уравнением (1), Константа форация жидкой металлической ванны 10 равновесия распределения фосфора связана с первоначальным окислением фосфора и дальнейшим переводом ceo îêècëoâ (Гео)5 (P) в шлак. Возможность окисления фосфора в Кр- (2} жидком металле эа счет растворенного в (РОЗ)2 нем кислорода или железистых включений 15 ограничена. Усилие дефосфорации жидкого в значительной степени зависит от со4еРжаметалла способствует развитию процесса ния окислов железа в шлаке и соотношения окисления фосфора на межфазной границе между содержанием в шлаке фосфора и шлак-металл: окислов железа, Флюс обеспечивает высокую стабиль2(PJ+ 5(р 2 j+ 8(p2-) 2(РО 3-j+ 5(О1 (1) ность горения дуги в процессе сварки, хорошее формирование металла шва, легкую

Поглотительная способность шлака по отделимость шлаковой коРки, в том числе отношению к фосфору определяется содер- и при сварке в узкую глубокую разделку жанием в шлаке окислов кальция, чтообьяс- 25 соединений больших толщин, полУчение няется Не каким-то селективным средством ШВОВ с минимальным количеством шлдко их к фосфорному ангидриду, а сле ет из вых включений, без пор и трещин, высокие рое ия оНое е Са О РО4 Дон ме аниче кие свойс ва шва и сваРных созрр4 по размерам почти Равен иону Slp44 единений низколегированных среднелеги(соответственно2,76 и2,79 A), но заряд его 30 Рованных сталей пРи низких и высоких меньше заряда простейшего кремнекисло- темпеРатУРах, низкУю начальнУю кРитичеродного. комплекса. Поэтому в системе со- скУю темпеРатУРУ хРУпкости и низкое содержащей ионы F<2+ g>2+ О2 и РО45- в деРжание диффУзионного водоРо4а в значительной степени проявляется микронеоднородность шлака. Силы связи анио- 35 Таким обРаэом, флюс обладает хоРонов О с катионами Оа значительно шим сваРочно-техноло ическими свойства2+ слабее, чем с катионами Fe2+. При наличии ми, обеспечивает повышеннУю стойкость ионов РО4 последние о„есняются к ионам металла шва пРотив 06РазованиЯ холоДных

32+ а, не способным удерживать в такой же тРещин и поР, низкое содеРжание фосфоРа мере ионы О2- как их удерживают ионы 40 в наплавленном метал е и высокие физикожелеза. Следовательно, как процесс акис- механические свойства сваРных соединеления при сварке, так и выбранный состав ний низко- и сРе4нелегиРованных сталей, шлака способствуют дефосфорации метал- что способствУет повышению качества v ла шва. надежности сварных узлов ответственных

Для повышения ресурса работы энерге- 45 изделий атомного и энеРгетического матических установок необходимо обеспечить шиностроениЯ, т.е. обладае™овыми свойравнопрочность сварного соединения ос- ствами, не присущими ранее известным новному металлу, низкую начальную крити- ре ческую температуру хрупкости и

Пример. Взвешенные исходные комминимальный сдви ее в процессе эксплуа- 50 поненты шихты для выплавки предлагаемотации атомных энергетических установок от го флюса (АН-48) — глинозем, марганцевый воздействия нейтронного облучения и дли- концентрат, кварцевый песок, флюоритотельных тепловых нагрузок, содержание вый концентрат, мрамор. магнезит, полевой фосфора в металле шва не должно превы- шпат загружают в дуговую флюсоплавильшать 0,01 мас. g,, Для обеспечения такого 55 ную печь с водоохлаждаемым кокилем. Посодержания фосфора в металле шва, как сле полного РасплавлениЯ шихты со установлено опытным путем, соотноше- СпеЦиальной технологий в жи4кий шлак 4оние содержания примеси фосфора во флю- пОлнительно вв04Ят окислы железа (гематит се к содержанию в нем суммы окислов или пРокатнУю окалину), затем пРовоДЯт железа должно не превышать 0,004. мокрую грануляцию флюса. ) 1685660

Зкономический эффект от применения предлагаемого флюса получается за счет обеспечения высокого качества сварных соединений и их повышенной эксплуатационной надежности с удлиненным ресурсом времени.

Для испытаний свойств флюса (получившего название АН-48) в опытных партиях проводят ряд плавок, из которых отбирают составы с содержанием компонентов около середины предлагаемых интервалов,. на их границах и заграничных областях.

Химический состав выплавленных флюсов представлен в табл, 1, Данные флюсы подвергают сварочнотехнологическим испытаниям.

Указанные флюсы испытывают при сварке корпусной стали марки 15Х2МФА проволокой Св-10ХМФТУ диаметром 3 мм.

Режим сварки: Ice = 420-450 А, Ug = 36 — 38 В, V<> = 21 м/ч на постоянном токе обратной полярности.

Стойкость к образованию пор определяют по методике Любавского путем заполнения канавок на стальной пластине различным количеством ржавчины на 100 мм длины.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Как видно из приведенных в табл. 2 данных, достаточной стойкостью к образованию пор (выше 0,5 г/100 мм шва) обладают плавки 2, 3 и 4, 6, Содержание вредных примесей серы и фосфора в металле сварных швов определяют на разном уровне многослойного шва при сварке корпусных сталей толщиной 60 мм.

Данные опытов приведены в табл. 3.

Как видно из табл, 3, содержание серы и фосфора в швах сваренных по флюсам 1 и 5 превышает допустимую границу—

0,01 мас ф, Содержание диффузионного водорода в металле сварных швов определяют по "карандашным пробам" глицериновым методом, Флюсы после выплавки, грануляции и прокалки выдерживались 2 месяца в открытой таре. После этого проводилась сварка и определение содержания диффузионного водорода в металле швов. Данные приведены в табл, 4, Как видно из приведенных в табл, 4данных, в швах, сваренных под флюсом плавки

5, превышается допустимое содержание водорода 3 мл/100 r.

Определяют критическую температуру хрупкости, определяемую по величине вязкости (в среднем 15,9 Дж/см при содержат нии волокнистой составляющей на

10 образцах Шарпи не менее 50 P). Данные по ударной вязкости при различных температурах и критическая температура хрупкости сварных швов после требуемой термообработки приведены в табл. 5.

Критическая температура хрупкости

{Тко) является одним из основных показателей склонности металла к хрупкому разрушению. Поэтому снижение ее даже на 1 "С является существенным вкладом в ресурс работы сварных соединений корпусного оборудования атомных энергетических установок. Как видно из табл. 4, критической температурой хрупкости ниже -5" С облара15 ют швы, сваренные под флюсами плавок 2, Зи4,6, Таким образом, исходя из изложенного, видно, что требованиям, предъявляемым к сварочно-технологическим свойствам флю20 са АН-48, удовлетворяют плавки 2, 3. 4 и 6 по своему химическому составу.

Для получения комплексной оценки склонности сварных соединений к образованиях холодных трещин при сварке под

25 предлагаемым флюсом применяют количественную оценку трещиностойкости (по методу "Имплант") и испытания технологических проб (проба "Лихай"). Приводят испытания образцов сварных соединений

30 стали 15Х2МФА при сварке под флюсом АН48. Сварку выполняют проволокой Св10Х2ГМФТАА. Испытания выполняют при сварке без. подогрева и с предварительным подогревом. Результаты испытаний образ35 цов-вставок (по методу "Имплант") показывают, что при сварке беэ подогрева . предлагаемым флюсом сопротивляемость образованию холодных трещин повышается. При этом проявляется существенная

40 разница в показателе уровня критических напряжений для образцов при сварке под предлагаемым флюсом, который составляет (гор. = 260 МПа против Окр= 150 МПа при сварке под флюсом АН-42М, В первом

45 случае максимальное время до разрушения образцов при напряженных . несколько превышающих критические, составляет около 2 ч, во втором — не более 1 ч, что свидетельствует о большей сопротивляемо50 сти образцов. При сварке образцов с предварительным подогревом до 300"С критические напряжения для случая сварки под предлагаемым флюсом ц<г = 500 МПа.

При напряжениях, превышающих критиче55 ские, максимальная длительность до разрушения образцов после нагружения в обоих случаях составляет около 6 ч.

Испытания технологических проб типа

"Лихай" показывают, что для предотвраше10

1685660

Таблица 1

Массовая оля компонентов, Плавка SiOz AlzOz

N320, KzO

FeO;

FezOg

СаО Mg0 МпО

СаГг NaF

0,8

1,0

1,9

2,5

2,8

2,5

8,4 49,7

90 480

10,7 42,1

12,0 39,0

12,8 34,9

12,0 . 36,0

17,4

18,0

21,2

24,0 . 24,8

24,0

8,5

7,0

6,1

5,0

3,9

6,0

0,8 1,0

2,0

2,5

2,8

2,5

4,488

4,99

6,693

7,991

8,993

7,991

0,012

0,010

0,009

0,009

0,007

0,009

2

4

4,5

7,0

6,2

5,0

7,8

7,0

5,5

4,0

3,2

2,0

1,4

2,0

Таблица 2 ния образования холодных трещин при сварке стали 15Х2МФА можно ограничиться предварительным подогревом до 250 С. .Снижение температуры предварительного подогрева является весьма существенным 5 фактором с точки зрения улучшения стойкости сварных соединений против образования трещин.

Таким образом, оценка трещиностойкости сварных соединений показывает, что 10 сварка под новым флюсом обеспечивает более высокие критические напряжения при замедленном разрушении сварных соединений, а также исключает образование холодных трещин при более низкой темпе- 15 ратуре предварительного подогрева.

Формула изобретения

Плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелеги- 20 рованных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, 25 окислы железа, фосфор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стойкости сварных соединений к образованию трещин и пор, снижения содержания вредных примесей в металле шва и повышения физикомеханических свойств сварных соединений, при многослойной сварке флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас. :

Окислы железа 2 — 4

Окись кремния 9 — 12

Окись кальция 18 — 24

Окись алюминия 36-48

Окись марганца 5 — 7

Окись магния 5 — 7

Фтористый кальций 5-8

Сумма окислов калия и натрия 1, — 2,5

Фтористый натрий 1,0 — 2,5

Фосфор 0,007 — 0,010 при этом массовое соотношение окиси кремния, кальция и алюминия составляет

1:2;4, а отношение фосфора к сумме окислов железа менее О,004.

1685660

Таблица 3

Таблица 4

14

Таблица 5

Составитель Т. Арест

Редактор О. Головач Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M. Кучерявая

Заказ 3560 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,-Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101