Флюс для сварки углеродистых и низколегированных сталей

Флюс для сварки углеродистых и низколегированных сталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование - флюсы для механизированной сварки изделий из углеродистых и низколегированных сталей. Сущность: флюс содержит, мас.%: диоксид кремния 35-45, оксид марганца (II) 25-40, оксид кальция 8-18, оксид магния 1-8, оксид алюминия 1-8, фторид кальция 2-8, сумма оксидов натрия и калия 0,5-3, оксид железа (III) 0,5- 2,5, сумма оксидов марганца (III и IY) о равном соотношении 0,2-4,0. Сумма оксидов железа (III) и марганца (III и IY) должна составлять 1-5 нас.%. Основность флюса 0,76-0,95. Высокий окислительный потенциал флюса позволяет снизить содержание вредных примесей в металле шва, 1 табл.. 1 ил.

СОЮЗ СОБЕ1СКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ (ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4875756/08 (22) 30.07,90 (46) 30.08.92. Бюл. ¹ 32 (71) Научно-производственное объединение но технологии машиностроения, Институт электросварки им. Е.О. Патона и Запорожский завод сварочных флюсов и стеклоизделий (72) С.А, Курланов, Н.Н, Потапов, B,È. Галинич, Н.Я. Осипов, Л.В. Залевский и А.А. Роговский (73) С.А, Курланов, Н.Н. Потапов, Н.Я, Осипов, А.А. Роговский, В.И, Галинич и А.В. Залевский (56) Сварочные материалы для дуговой сварки./ Под ред, Н.Н. Потапова. M.: Машиностроение. т. 1, 1989, с. 270.

Справочник по сварке./Под ред. F.Â, Соколова. M,: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, т, 2, 1961, с. 131.

Потапов Н.i(. Основы выбора флюсов при сварке сталей. M.: Машиностроение, 1979, с. 94 — 97.

Авторское свидетельство СССР № 323294, кл, В 23 К 35/362, 1970.

Изобретение относится к сварке и касается составов плавленых флюсов, которые могут использоваться для механизированной сварки изделий из углеродистых и низколегированных сталей в различных областях машиностроения и строительстве.

Известен флюс марки АН-348-А, применяемый для механизированной дуговой сварки иэделий иэ углеродистых и низколегированныx сталей, содержащий. мас. :

Диоксид кремния 4l 44

Оксид марганца (ii) 34-38

5U„„1759229 A 3 (54) ФЛ!ОС ДЛЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ

И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ (57) Использование — флюсы для механизированной сварки иэделий из углеродистых и низколегированных сталей. Сущность; флюс содержит. мас.%: диоксид кремния

35-45, оксид марганца (II) 25 — 40, оксид кальция 8 — 18, оксид магния 1 — 8, оксид алюминия 1-8, фторид кальция 2-8, сумма оксидов натрия и калия 0 5 — 3, оксид железа (III) 0,52,5, сумма оксидов марганца (III и IY) в равном соотношении 0,2-4,0. Сумма оксидов железа (Ill) и марганца (ill и IY) должна составлять 1 — 5 мас,%. Основность флюса

0,76-0,95. Высокий окислительный потенциал флюса позволяет снизить содержание вредных примесей в металле шва, 1 табл..

1 ил.

Оксид кальция Не более G 5

Оксид магния 5,0-7,5

Оксид алюминия Не более 4,5

Оторид кальция 4,0-5,5

Оксид железа (III) Не более 2

Однако отсутствие в составе флюса оксидов калия и натрия снижает его стабилизирующие свойства и не позволяет применять его при сварке на переменном токе при использовании в качестве источников питания сварочных трансформаторов.

Кроме того, при сварке флюсом марки

1759229

АН-348-И высоки содержание мелкодисперсных Включений (До 0,1 ) и концентрация серы и фосфора. что отрицательно сказывается на величине ударноЙ вязкости, трещиностойкости и не позволяет использовать 5 этот флюс для сварки конструкций, работающих в условиях Севера и при температуре ниже -30 С.

Известен также флюс для электродуговой сварки, содержащий. мас. : 10

Диоксид кремния 42 — 46

Оксид марганца (11) 35-40

Оксид кальция 3 — 11

Оксид магния 0,5-3,0

Оксид алюминия 1,5-5,5 15

Фторид кальция 2 — 4

Сумма оксидов натрия и калия 0,5 — 2,0

Оксид железа (I И) Не более 1 5

Оксид титана (II, IИ) 2 — 6 20

Недостатком флюса является повышенная кислотность. Его основность, подсчитанная по формуле

NCaO + o.6 ЙМ90 +0,5 NCaF2 +0.5 NMnp 25

В

NSIO2 + 0,5 Мд!2ОЗ где N — мольная доля соединения, составляет 0,4-0,75;

Высокая кислотность флюса вызывает интенсивный переход кремния из флюса- 30 шлака, засорение металла шва оксидными силикатными включениями, что отрицательно сказывается на величине ударной вязкости, особенно при отрицательных температурах. Так, например, ударная вяэ- 35 кость металла шва при температуре испытаний -70 С должна быть не менее 28 Дж/см, Проведенные испытания показали, что флюс-прототип указанных требований не обеспечивает. 40

Кроме того, из-за недостаточной окислительной способности флюса нельзя добиться снижения содер>кания серы в наплавленном металле, что в случае применения сварочных проволок с повышенным содержанием серы может вызвать образование горячих трещин.

Цель изобретения — повышение качества наплавленного металла при сварке углеродистых и низколегированных сталей.

Поставленная цель достигается тем, что флюс, содержащий диоксид кремния, оксиды марганца (II), кальция, магния, алюминия, калия, натрия и железа (III), фторид кальция, дополнительно содержит оксиды 5 -> марганца (И! и IY) при следующем соотношении компонентов, мас. :

Диоксид кремния 35-45

Оксид марганца (И) 25-40

8 — 18

1 — 8

1 — 8

2-8

Оксид кальция

Оксид магния

Оксид алюминия

Фторид кальция

Сумма ОксидОВ натрия и калия 0,5-3,0

Оксид железа (111) 0,5-2,5

Сумма оксидов марганца (I I I и 1Y) 0,2 — 4,0 при этом сумма оксидов железа (ill) и марганца (Ill и IY) должна составлять 1-5 мас, и при значениях этой суммы до 2,5 мас. содержание оксида марганца (IY) должно составлять не менее 50 общего количестВа оксидов марганца (IИ и IY), а основность флюса должна отвечать следующему соотношению;

NCap + 0,6 Mgp + 0,5 CaF2 + 0,5 МпО

NS O2 + 0.5 NAl2Pa

-0,76-0,95, где !ч — мольная доля соединения.

Введение оксидов марганца (Ill и IY) при содержании оксида марганца (IY) не менее

5, от их общего количества в совокупности с окси цом железа (1 И) вызывает рост концентрации свободного кислорода как в атмосфере сварочной дуги, так и на межфазной граница за счет их диссоциации по реакциям

2Мпз04 6МпО+02;

2МпгОз 4Мп0+02;

2Fe20s 4РеО+Ог.

Свободный кислород окисляет серу (02+ SS02), что способствует уменьшению концентрации легкоплавкой эвтектики FeS, разупрочняющей границы зерен кристаллизующегося металла.

Склонность металла шва к образованию горячих трещин оценивают по допустимой скорости деформации при различных температурах нагрева по методике НПО ЦНИИТМАШ, При содержании оксидов марганца (Ш и

lY) менее 0,2 мас., содержании оксида марганца (IY) л1енее 50 от их общего количества и их суммы с оксидом железа (И!) менее 1,0 мас.7; флюс теряет окислительную способность, позволяющую обеспечивать окисление серы и сни>кать ее концентрацию в металле шва по сравнению с содержанием в сварочной проволоке.

1759229

10

25

55

При содержании оксидов apra Iqa(III и

IY) более 4 мас. и глх суммы с оксидом железа (Ill) более 5 мас, происходит черезмерное повышеггие когщентрации кислорода в металле шва, что отрицательно сказывается как на стойкости к образованиго горячих трещин, так и на увеличение ударггой вязкости металла шва.

При концентрации диоксида кремния ниже 35 глас. ухудшаются формирующие свойства флюса, особеггно при сварке угловых (пристеночных) швов. В дополнение к этому возрастает склонггость флюса к гидратации, а следовательно, склонность к образованиго пор наплавленного металла.

При концентрации диоксида металла креглгщгг больше 45 глас.% весьма иггтеггсивно протекают кремггийвосстановительные процессы по реакциям: (ЯгО )1, + 2Fex2 (FeO) + (Si); (SiOg)y+ (Ме)-(Ма02) + (Si), где Me — легирующие элементы стали.

Следствием протекания этих реакций является не только черезмерное возрастание концентрации кремния в металле шва, Ho u засорение последнего мелкодиспесными включениями кварца. Это приводит к падению пластичности и ударной вязкости металла шва, Присутствие оксида маргаггца (II) в заявляемых пределах обеспечивает получение плавной температурной зависимости вязкости, влияющей гга укрывающую способность шлака, Дополнительно оксид гларгаггца (II) взаимодействует с жидким мегаппог в сварочной ванне по реакции: (Ми 0)Ф + Ее -(FeO) + (Ми) .

Оксид марганца (II), как и SION, создает мелкодисперсные оксидные включения в металле шва, которые, соединяясь с мелкодисперсггыми вклгочениями кварца, коагулируют, имея пониженную температуру плавления, и лучше удаляются иэ металлической сварочной ванны, очищая металл шва. Кроме того, IIa таких вклгочениях с пониженной температурой плавлеггия кондеггсируется сера и фосфор, что повышает стойкость металла шва как к образованию горячих тре.цин, так и к хладоломкости.

При концентрации ниже 25 мас,% оксид марганца (II) не влияет эффективно как на физические характеристики шлака в температурном интервале сварки, TBK и на процесс очищения металла шва от наметалЗО

45 лических вклю-гений, в том числе серы и фосфора.

С увеличением концентрации оксида марганца (!!) сверх 40;лас.% жидкотекучесть флюса в расплавленном состоянии увеличивается, в результате чего ухудшается укрывающая способность шлака, особенно при сварке угловых (пристеночных) швов.

Оксид кальция, являясь поверхностноа-,тивным компонентом в составе флюса, способствует улучшению формирования сварного шва, в частности получению плавного перехода от краев шва к основнолгу металлу, без крутых кромок, являющихся нишами для залегания шлаковых включений, Он также способствует образованию шва с вопгутым мениском при сварке угловых швов, особенно при сварке в горизонтальном положении. Обладая повышенным сродством к сере и фосфору, оксид кальция улучшает металлургические свойства флюса, способствуя повышению чистоты металла по сере и фосфору, При снижении концентрации оксида кальция ниже 8 мас. его воздействие на формирование шва, а также его металлургическая активность в отношении примесей серы и фосфора снижаются.

Увеличеггие содержания оксида кальция сверх 18 мас.% отрицательно сказывается на стойкости флюса к гидратации и требуег повышения температуры прокалки флюса перед сваркой пропорционально увеличениго концентрации оксида кальция в его составе. Кроме того. возрастает жидкотекучасть шлака в расплавленном состоянии, что отрицательно влияет на его укрывагощую способность, Оксид магния, являясь термически стойким и тугоплавким компонентом, придает флюсу высокую температуру размягчения и повышает коэффициент теплового расширения его шлаковой корки, препятствуя тем самым ее механическому удержанию на поверхности шва, т.е. способствует удалению поверхности шлака с металла шва.

При содержании оксида магния меньше

1 мас. j уменьшается коэффициент термического расширения шлака пр» 20-600 С и ухудшается удален:-;е шлака с поверхности металла шва. При этом возрастает температурный интервал разглягчения шлака, что также отрицательно сказывается на отделимости шлаковой корки, Введение сверх 8 мас,% оксида магния отрицательно воз,,ействует на стойкость флюса и гидратации и требует повышения температуры прокалки флюса парад сваркой пропорционально увеличениго концентрации оксида магния; в его составе, Это

1759229 связано с тем, что частично замещая в кремнеалюмокислородных каркасных анионах оксид кальция, оксид магния способствует повышению его активности, в результате чего возрастает сродство флюса к поглощению влаги в процессе мокрой грануляции.

П рисутствие оксида алюминия в заявляемых пределах способствует получению плавной температурной зависимости вязкости флюса в расплавленном состоянии. Он снижает межфазное натяжение между жидкими флюсом-шлаком и металлом, в результате чего поверхность сварных швов гладкая, без "ряби". При снижении содержания оксида алюминия (меньше 1 мас.%) его влияние на величину межфазного натяжения не проявляется исварные швы име1от неровную поверхность.

С увеличением концентрации оксида алюминия {больше 8 мас.%) ухудшается отделимость шлаковой корки. Относительная масса ее возрастает, и она легче заклинивается в разделке кромок.

Фторид кальция в указанных пределах повышает стойкость флюса к образованию пор в сварных швах. Взаимодействуя с парами воды, фторид кальция препятствует насыщению металла водородом, Снижение концентрации фторида кальция (меньше 2 мас.%) приводит к снижению стойкости жидкого металла к образованию пор при кристаллизации, Увеличение содержания фторида кальция улучшает промывающу1о способность шлака по отношению к жидкому металлу и приводит не только к активной коагуляции неметаллических включений, но и к захватыванию их шлаком и удалению из сварочной ванны, Это благоприятно сказываемся на повышении пластичности и ударной вязкости металла шва.

Однако при больших концентрациях диоксида металла кремния во флюсе и содержании более 8 мас.% фторида кальция флюс становится токсичным, поскольку образуется большое количества ядовитых паров фторида кремния.

Ведение оксидов калия и натрия в указанных пределах способствует повышению устойчивоСти горения дуги, что позволяет вести сварку как на постоянном, так и на переменном токе, в том числе при низком напряжении на дуге (27-30 Б), При указанных значениях напряжения обеспечивается повышенная интенсивность кремне- и марганцевовосстановительного процесса и, следовательно, повышается ударная вязкость и пластичность металла шва, что особенно важно при сварке конструкций иэ углеродистых и низколегированных сталей, в20 NCao + ОЛ NMgo + 0,5 Ncaf=> + 0,5 1, ИМПО + NFeo ) 25

f10

55 предназначегп1ых для работы при отрицательных температурах и в условиях Севера, Снижение содержания смеси оксидов калия и натрия (меньше 0,5 мас.%) приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств флюса и результате понижения стабильности горе11ия дуги, особенно на переменном токе.

Увеличение концентрации оксидов калия и натрия сверх 3 мас,% снижает стойкость фл1оса к образовгп1ию пор в наплавляемом металле, требует применения повышенных температур его прокалки в ре3 ультате повышения Fèãðoñêoïè÷fiocòi,f фл 1оса, Co5fIIofleiiHe требова гия к ocl!OB!IocTI1 флюса

NSIOZ + 0"> 11Л 203 ,- 0,7Г> — 0,95 обеспечивает стойкость флюса к гидратации и образованию "побитости" на поверх11ости металла шва. Когда указа11ное соотношение больше 0,95, то для уменьшения гидратации фл1оса требуется повышенная температура его прокалкн после выплавки и грануляции и тем больше, чем выше указанное соотношение. Содержание влаги во флюсе после установлен11ой для флюсов данно10 типа прокэлки превышает предельно допустимую концентрацию

0,1%, Когда соотношение меньше 0,76, инте11сифицируется кремневосстановительный

f)poIIecc, вызыва1ощий увеличение содержания окисных включений B наплавлеifном металле "1, как следствие, снижение пластических свойств сварных соединений, Г1 р i1 M е р. Быплавля от флюсы в газопламенной печи с регулируемым составо::1 газовой атмосферы, что позволяет регулировать степень восстановле ills марганца пз марганцевой руды и достигать заданного содержания оксидов марга11ца (III, IY) и жеfIe3B. После грануляции расплавов в воде флюсы прокаливают при 400 С в течение

2 ч, Б табл, 1 приведен состав флюсов. Содержание D/IQI Bo флюсе определяют по потере массы.

Опытные флюсы испытыва>от при MHQ гослойной сварке стали марки 0972С проволокой марки Св-10Г2. Б табл. 2 приведены содержание серы B наплавленном металле и значения ударной вязкости металла шва, Образцы типа 11ЧЕТ-1 из металла шва использованы для определени", склонности

1759229

10 к образованию горячих трещин. Полученные данные представлены на чертеже, где заштрихованная область характеризует составы, склонные к образованию трещин, Предлагаемый флюс прошел и ромы шленные испытания, он обеспечивает высокое качество получаемых сварных соединений, Оксид магния 1-8

Оксид алюминия 1 — 8

Фторид кальция 2-8

Сумма оксидов калия

5 и натрия

Оксид железа (111)

Сумма оксидов марганца(!1! и IY) 0,2 — 4,0 при этом сумма оксидов железа (111) и мар10 ганца (lll и!У) должна составлять 1 — 5 мас.% и при значениях этой суммы до 2,5 мас. )( содержание оксида марганца (IY) должно составлять не менее 50% общего количества оксйдов марганца (III и IY), а основность

15 флюса должна отвечать следующему соотношению.

0.5-3,0

0,5-2,5

Формула изобретения

Флюс для сварки углеродистых и низколегированных сталей, содержащий диоксид кремния, оксид марганца(11), оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа (III), фторид кальция, отличающийся тем, что, с целью повышения качества наплавленного металла, он дополнительно содержит оксиды марганца (lll и IY) при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Диоксид кремния 35-45

Оксид марганца (II) 25-40

Оксид кальция 8-18

NCaO +0,6 1!МдО +0,5 МСаР +0.5йупО

NS1O2 + 0,5 NAI2P>

20 -076-О,05 где N — мол ьная доля соединения.

Таблица 1

Химический состав флюса, мас.ь

Номер флюса

Оксид магния

Оксиды Окснд марганца титана (III и IV) (II и III) Сумма ок- Оксид силов нат- железа рия и ка- (III) пия фторид кальция

Оксид алюминия аиоксид Оксид Оксид кремния марганца кальция (II) 1 3

2 1

2 1

1 2,3 г.3

1 2.3 е 8

5 4

5 4

9 1

3 2

Таблица 2 ударная вл кость при

-7а с, дж/смз одержание лаги во люсе, Ф

Содержание серы в неталле шва, Сумма оксидое железа (III) и марганца (III и

IV) Основность флюса

Соотношение оксид марганца (I II): оксид марганца (1Ч) Номер флюса о„а5

0,06

0,06 о,06 о,ое о,ае о,09 о,о9

0,09

o,оЭ о,о7

0,07

0,07

0,12 . 0,07

o,î7

«Ф

0,04 l 18 о о39 гЭ

0,041 19

0,036 32

0,029 35

0,030 28

0,026 3Э а ° 021

o,0z4 )и

o,0zo 46 о,о37 33 о 041 1S

0,035 27

0,040 52 а,o4z 33 о,ozo г1

Прототип—

1 50:50 г 50: 40

3 4o:6а

4 50:50

5 60;40

6 40:60

7 50:50

8 60:40

9 40: 60

10 50: 50

11 60:40

12 40:60

l3 50:50

14 50:50

15 50:50

Прототип

2

4

6

8

l0

11

1Z

13

14

44

33

36

40 г7

27

27

33

33

33

41

3о

1 !

2,7 г,7

2,7

5

2,5

2,5

2,5

О,с

18

1е

18, 8

8

14

14

14

13

13

13

16

0,54 о,76 о,76

0,76

0,84

0,84

0,S4

0,95

0,95

0,95

О ° 94

0 ° 94

Q,94 о,98

9,85 о,ez

7,5

7,5

7,5

8

2

2

4,5

4,5

4,5

Э

1

0,5

0,5

3

1

1

3

1

1,2

0,5 о,5

0,5 015

0,5 0,5

2,5 0,2

2,5 0,2

2,5 0,2

1

l,5

l 1,5

1 1,5

0,5 0,5

0,5 0,3 2,5 3,5

1759229

О, ОЯ9

0,97

Редактор М.Циткина

Заказ 3015 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

10 4 Ъ к о

>Ц<

Составитель B.Ëåáåäåâà

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор С,Патрушева

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