Плавленный флюс для наплавки

Плавленный флюс для наплавки

Реферат

 

Изобретение может быть использовано при нанесении высоколегированных плакирующих слоев путем автоматической электродуговой наплавки ленточным электродом под слоем флюса. Установлены следующие соотношения компонентов в составе флюса, мас. %: SiO₂ 10,5-15; СаО 24-32; Al₂O₃ 27-34; CaF₂ 25-33. При этом должны выполняться соотношения: 0,9 Al₂O₃/CaO <1,4; 0,9 CaF₂/Al₂O₃ <1,2. Такой состав флюса позволяет повысить качество наплавляемого слоя и эксплуатационную надежность конструкций. 2 табл.

Изобретение относится к сварочному производству и предназначено для использования при нанесении высоколегированных плакирующих слоев путем автоматической электродуговой наплавки ленточным электродом под слоем заявляемого флюса.

Для механизированной дуговой наплавки ленточным электродом высоколегированных сталей в атомной энергомашиностроении широко используется флюс ОФ-10 (ОСТ5.9206-75, табл.1). Однако при наплавке лентой с повышенным содержанием Ni, при наличии в ее составе Nb и/или остаточного Ti на поверхности наплавленного металла остается трудноотделяемая корочка шлака (пригар), образование которой связывается с образованием на границе затвердевающих металла и шлака соединений типа шпинели MgOAl₂O₃. Это способствует повышению трудоемкости наплавки антикоррозионного покрытия и увеличивает возможность появления в нем неметаллических и шлаковых включений.

Известен сварочный флюс марки ОФ-6 (ОСТ5.9206-75, табл.1), применяемый в судостроении и в атомном энергомашиностроении с 1957 года для автоматической сварки и наплавки проволокой из высоколегированных сталей. Однако для наплавки ленточным электродом он оказался непригодным из-за перехода дугового процесса в электрошлаковый с нарушением формирования наплавляемого металла и появления в нем дефектов типа несплавлений и западаний, подлежащих механическому удалению и повторной наплавке удаленной части плакирующего слоя. Кроме этого, повышенная склонность к гидратации флюса ОФ-6, обусловленная возможностью образования в нем легко гидратируемых минералов 3CaOSiO₂, CaO, 5CaO3Al₂O₃, CaOAl₂O₃ также способствует появлению упомянутых дефектов.

Известны флюсы марок ОФ-17 и АН-70 (табл.1), которые относятся к той же шлаковой системе, что и флюс ОФ-6 (СaO-Al₂O₃-SiO₂-CaF₂), перспективной для сварки и наплавки высоколегированных сталей.

Флюс ОФ-17 и АН-70 не приняты Госатомнадзором для наплавки плакирующего слоя на конструкции атомного энергомашиностроения из-за следующих недостатков: флюс ОФ-17 из-за повышенного содержания фтористого кальция и возможности перехода дугового процесса в электрошлаковый, а флюс АН-70 преимущественно из-за неустойчивости сварочно-технологических свойств, обусловленной образованием в его составе легко гидратируемых минералов (подобно флюсу ОФ-6) таких как 3СаOSiO₂, CaO, 5CaO3Al₂O₃, CaOAl₂O₃, а также возможным переходом дугового процесса в электрошлаковый.

Химический состав флюса АН-70 наиболее близок к заявляемому составу (см. табл.1) и является его прототипом.

Изложенные выше недостатки флюса марки АН-70, отражающиеся прежде всего на технологичности его использования при наплавке плакирующего слоя, преимущественно определяются сравнительно низким содержанием в нем диоксида кремния.

Задачей изобретения являлось повышение технологичности наплавки плакирующего слоя на конструкции атомного энергомашиностроения ленточным электродом.

Поставленная задача достигнута установлением следующих соотношений компонентов в составе флюса, мас.%: SiO₂ 10,5-15; CaO 24-32; Al₂O₃ 27-34; CaF₂ 25-33, при этом должны выполняться соотношения: 0,9 Al₂O₃/CaO < 1,4; 0,9 CaF₂/Al₂O₃ < 1,2, а допускаемые примеси, регулируемые в соответствии с назначением наплавляемых конструкций, должны быть: MgO 2; MnO 0,3; Fe₂O₃ 1; S 0,025; P 0,025.

Пределы содержания кремнезема установлены таким образом, чтобы, с одной стороны, обеспечить наиболее высокую стойкость флюса против гидратации и устойчивость дугового процесса (нижний предел) и, с другой стороны, обеспечить требования по содержанию кремния в наплавленном металле (верхний предел).

Соотношение CaF₂/Al₂O₃ ограничено для обеспечения устойчивости дугового процесса и качества формирования наплавленного металла без подрезов, западаний, наплывов. Увеличение этого соотношения или повышение содержания СаF₂ более 33%, особенно при снижении содержания кремнезема менее 10% (как это имеет место во флюсе марки АН-70), способствует переходу дугового процесса в электрошлаковый и ухудшению формирования наплавляемого металла.

Ограничение соотношения Al₂O₃/CaO исключает образование во флюсе Al₂O₃ в свободном состоянии и Al(OH)₃, способствующих загрязнению металла наплавки неметаллическими включениями.

Флюс изготавливается методом, применяемым повсеместно для изготовления плавленных сварочных флюсов, т.е. сплавлением исходного сырья (мрамор, глинозем, кварцевый песок, плавиковый шпат) во флюсоплавильных печах с последующей грануляцией расплава водой.

Сущность изобретения, выраженная в представленном выше составе, заключается в том, что установление новых пределов по содержанию SiO₂ в составе флюса (10,5-15% SiO₂, вместо 3-10% SiO₂ во флюсе АН-70) и соотношений между другими компонентами обеспечивает в отличие от прототипа: - полное предотвращение перехода дугового процесса в электрошлаковый и тем самым надлежащее формирование наплавляемого металла без дефектов; - образование в зернах флюса преимущественно геленита 2СaOAl₂O₃SiO₂ - соединения, практически не склонного к гидратации, что предотвращает самопроизвольное повышение содержания воды в зернах флюса и соответственно высокое выделение паров воды в процессе наплавки, сопровождаемое ухудшением формирования наплавляемого металла, появлением пригара шлака на поверхности наплавляемого металла и ухудшением отделения шлаковой корочки.

Эти отличия заявляемого флюса, реализованные в установленном марочном составе (флюс ОФ-40, табл. 1), позволяет получить и гарантировать высокую технологичность применения флюса при наплавке плакирующего слоя в промышленных масштабах в количествах до 100 т наплавленного металла в год.

Для лабораторных испытаний были изготовлены опытные плавки флюса. Наплавка производилась лентой марок Св-04Х20Н10Г2Б и Св-08Х15Н35Г7М6Б сечением 0,75 х 50 мм на сталь марки 22К в режиме I_н = 700 A, U_g = 32 B, V_н = 10-18 м/ч под флюсом с различным содержанием основных компонентов: SiO₂, Al₂O₃, CaO, CaF₂ (табл.2). При испытаниях оценивались следующие параметры: формирование наплавленного валика, отделимость шлаковой корки, наличие пригара и остатков шлака на поверхности наплавленного металла, пористость в шлаковой корочке. Результаты приведены в табл.2.

Результаты подтверждают ухудшение формирования наплавляемого металла при снижении содержания SiO₂ в составе флюса и повышении в нем СаО или СаF₂ как следствие частичного перехода дугового процесса в электрошлаковый. При этом также ухудшалось отделение шлаковой корочки, и на поверхности наплавленного металла прочно удерживались мелкие остатки шлака ("пригар", "березовая кора"). Отмечалось также повышенное выделение газов, что приводило к появлению множества крупных пор в шлаковой корочке.

С увеличением содержания Al₂O₃ выше установленного предела также отмечалось появление пригара шлака на поверхности валиков.

По результатам лабораторных испытаний нового флюса было принято решение о сравнении в промышленных условиях применяемого флюса марки ОФ-10 и заявляемого состава флюса при наплавке сварочными лентами марок Св-07Х25Н13, Св-04Х20Н10Г2Б и Св-08Х19Н10Г2Б, широко применяемыми для наплавки конструкций атомного энергомашиностроения.

Результаты сравнительных испытаний, выполненных на ПО "Ижорские заводы", подтвердили высокие технологические свойства нового флюса, при этом химический состав и механические свойства наплавленного металла полностью соответствуют требованиям технологической документации на наплавку специального энергетического оборудования (ОСТ5.9660-76).

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого флюса выразится в повышении качества наплавленного металла и эксплуатационной надежности конструкций за счет уменьшения образования дефектов и неметаллических включений в наплавленном металле, улучшении формирования наплавленного валика и снижении трудоемкости процесса наплавки вследствие сокращения дополнительных затрат времени на зачистку валиков от пригара шлака и ремонтных работ по исправлению дефектов.

Формула изобретения

Плавленный флюс, преимущественно для антикоррозионной наплавки ленточным электродом, высоколегированных плакирующих слоев, содержащий SiO₂, Al₂O₃, CaO и CaF₂, отличающийся тем, что содержание компонентов в составе флюса установлено в следующих пределах, мас.%: SiO₂ - 10,5 - 15 CaO - 24 - 32 Al₂O₃ - 27 - 34 CaF₂ - 25 - 33 при этом должны выполняться соотношения: 0,9 Al₂O₃ / CaO < 1,4 0,9 CaF₂ / Al₂O₃ < 1,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2