×
09.06.2019
219.017.7a36

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ФЛЮСА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к методам гранулирования флюсов для сварки низколегированных хладостойких сталей и сплавов, широкого диапазона составов и может быть применено во всех отраслях промышленности, производящих сварочные материалы, для сварки сталей и сплавов широкого диапазона составов, в том числе для сварки стали магистральных трубопроводов. Техническим результатом изобретения является повышение прочности гранул, отсутствие в них окисленных металлических компонентов. Согласно способу на поверхность металлической пластины с отражательной способностью не менее 0,65 наносят слой порошка шихты флюса, состоящего из смеси неметаллических и металлических компонентов с размером фракций не более 0,315 мм. Толщина слоя является достаточной для проплавления не менее 90% слоя порошка. Затем воздействуют на порошок шихты флюса потоком световой энергии в виде светового луча с длиной волны излучения более 0,56 мкм. Воздействие осуществляют с плотностью мощности излучения и в течение времени, достаточными для расплавления неметаллических компонентов флюса, и с продольной скоростью перемещения светового луча относительно обрабатываемого порошка 0,01-20,0 см/с. После чего проводят охлаждение капель расплава на поверхности металлической пластины в газовой среде с образованием гранул. 5 з.п. ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к методам гранулирования флюсов для сварки низколегированных хладостойких сталей и сплавов, широкого диапазона составов путем расплавления компонентов флюса, превращения их в жидкое состояние, затем в каплеобразную форму с последующим отвердеванием капель в газовой среде.

Изобретение может быть применено во всех отраслях промышленности, производящих сварочные материалы, для сварки сталей и сплавов широкого диапазона составов, в том числе для сварки стали магистральных трубопроводов.

В настоящее время известны три основные технологии изготовления сварочных флюсов: спечение, плавление и агломерирование. Сварка высокопрочных сталей требует кроме рафинирования еще и микролегирования сварочной ванны для обеспечения требуемого уровня прочностных и пластических свойств металла сварного шва и сварных соединений. Осуществить микролегирование сварочной ванны через флюс при сварке под плавленым флюсом невозможно, поскольку любые ферросплавы и металлические добавки, введенные в шихту флюса при его плавлении в процессе изготовления, окисляются и теряют свою металлургическую активность. Спеченные флюсы сложны в изготовлении и при их изготовлении также возможно окисление металлических компонентов (статья «Как выбрать сварочный флюс» Головко В.В., журнал «Мир техники и технологий». Апрель 4, (54), 2006 г.).

Технология получения гранулируемой массы, имеющей в своем составе рудоминеральные компоненты, позволяет вводить в состав агломерированных флюсов ферросплавы, лигатуры, осуществляющие микролегирование сварочной ванны при сварке. К недостаткам агломерированных флюсов, полученных скатыванием, комкованием или прессованием в различных вариантах, следует отнести их более низкую, по сравнению с плавлеными флюсами, механическую прочность гранул, а также более высокую способность, чем у плавленых флюсов, насыщаться влагой.

Для повышения механических свойств и качества металла сварного шва необходимо легирование ванны расплава металла сварного шва. Для этого необходимо обеспечить введение модифицирующих и раскисляющих компонентов через сварочную проволоку или флюс. Введение добавок через сварочную проволоку приводит к значительному выгоранию их в сварочной дуге. Введение металлических добавок через плавленый флюс невозможно в связи с их полным окислением в процессе изготовления флюса и низкой прочностью гранул. Изготовление синтетических спеченных флюсов связано с высокотемпературным нагревом (до 1100°С), что приводит к значительному окислению металлических компонентов. Низкая прочность гранул приводит к потере сварочно-технологических свойств флюса из-за образования пылевидной фракции.

Известны способы гранулирования расплава, защищенные патентами РФ №№2295431, 2285076, 2242532, 2144424, а также заявки на изобретения №2002106996, 2001127525, позволяющие получить гранулы за счет быстрого затвердевания жидкого расплава. Однако эти методы требуют нагрева компонентов шихты до расплавления, что приводит к химическому взаимодействию и окислению металлических компонентов шихты с потерей их металлургической активности.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения самозащитного гранулированного флюса, включающий измельчение флюсующих ингредиентов и частиц галогенированного полимера с размером частиц 0,1-30 мкм до порошкообразного состояния, смешивание флюсующих ингредиентов с 0,1-5,0 мас.% галогенированного полимера, нагревание до температуры выше температуры плавления полимера для получения агломерированного материала и распыление его для получения гранул флюса (Патент РФ №2086379 С1, опубликованный 10.08.1997 г., МКИ В23К 35/362).

Недостатками указанного выше известного способа получения гранул флюса является то, что в способе прототипа получаемые гранулы обладают низкой прочностью из-за насыщения их элементами хладагента. Кроме того, металлические компоненты флюса, находясь в расплавленном состоянии, окисляются и теряют свою легирующую способность.

Техническим результатом изобретения является получение гранул флюса с повышенной прочностью и содержащих металлические компоненты, обладающие повышенной легирующей способностью.

Технический результат достигается за счет того, что способ гранулирования флюса заключается в том, что на поверхность металлической пластины с отражательной способностью не менее 0,65 наносят слой порошка шихты флюса, состоящего из смеси неметаллических и металлических компонентов с размером фракций более 0,315 мм, толщиной, достаточной для проплавления не менее 90% слоя порошка, при этом содержание неметаллических компонентов должно быть не менее 45 объем.%, затем воздействуют на порошок шихты флюса потоком световой энергии, например лучом лазера с длиной волны излучения более 0,56 мкм, в течение времени менее 20 с и с плотностью мощности излучения 102-106 Вт/см2, с продольной скоростью перемещения луча относительно металлической пластины 0,01-20,0 см/с, после чего проводят охлаждение капель расплава на металлической пластине в нейтральной газовой среде с образованием гранул.

Проблему получения прочных и износостойких плавленых гранул, имеющих в своем составе неокисленные металлические компоненты, можно решить путем расплавления и быстрого затвердевания капель расплава флюса. Добиться такой цели удалось за счет применения в качестве источника нагрева потока световой энергии, например луча лазера или подобных ему источников световых энергий с высокой плотностью мощности излучения.

Металлические компоненты шихты флюса требуют для расплавления значительно большей энергии, чем неметаллические, так как поверхность металлической частицы имеет более высокую отражательную способность световой энергии, а также более высокую теплопроводность, способствующую рассеиванию тепловой энергии по всему объему металлической частицы. В результате этого за время воздействия светового потока с параметрами предлагаемого способа металлические частицы не подвергаются расплавлению.

Луч световой энергии с высокой плотностью мощности излучения наиболее эффективно расплавляют неметаллические компоненты шихты флюса. Это объясняется тем, что поверхность неметаллических частиц флюса имеют меньшую отражательную способность, а также более низкую теплопроводность, чем металлических, что способствует высокой концентрации световой энергии на ее поверхности, которая производит ее послойное расплавление, превращая неметаллические компоненты в жидкое состояние за счет термокапиллярной диффузии. Эта жидкая масса обволакивает нерасплавленные металлические частицы и после завершения воздействия светового потока застывает, образуя гранулы, содержащие внутри нерасплавленные металлические компоненты флюса.

Кроме формирования гранул экспериментально установлено, что процесс сопровождается также очисткой сварочного материала от загрязнений серы, углерода и фосфора.

Исследованиями установлены параметры обработки порошка шихты флюса, позволяющие получать плавленые гранулы, обладающие более высокой прочностью.

Воздействие светового потока на порошок шихты флюса с длительностью более 20 с не позволяет получить флюс, отличный от нейтрального, т.к. в этом случае успевают пройти химико-термические процессы, приводящие к окислению металлических компонентов флюса.

Плотность мощности излучения менее 102 Вт/см2 и скорость перемещения светового луча более 0,01 см/с не позволяют расплавить неметаллические компоненты шихты флюса из-за недостаточного количества подводимой световой энергии, что приводит к появлению нежелательной спеченной корки.

При плотности мощности излучения более 106 Вт/см2 и скорости перемещения светового луча менее 20,0 см/с наблюдается расплавление металлических компонентов, а также усиление процессов испарения других компонентов шихты флюса, что приводит к потере сварочно-технологических свойств флюса.

Длина волны излучения менее 0,56 мкм эффективно нагревает металлические компоненты шихты, что приводит к протеканию в них химико-термических процессов, приводящих к значительному расплавлению и окислению металлической части флюса.

Размер исходной фракции порошка шихты флюса более 0,315 мм приводит к неравномерному распределению элементов внутри одной гранулы, что может создать ликвацию элементов в металле шва.

Использование металлической пластины из материала с отражающей способностью менее 0,65 приводит к поглощению световой энергии и к оплавлению ее и, как следствие, к изменению химического состава гранул и нарушению технологического процесса.

Для получения гранул флюса необходимо и достаточно присутствие в составе компонентов шихты флюса не менее 45 объемн. % неметаллических компонентов.

При содержании неметаллических компонентов менее 45 объемн. % происходит нежелательное более глубокое оплавление металлических частиц компонентов флюса с потерей их металлургических свойств.

Обработка в атмосфере нейтрального газа аргона предохраняет металлические частицы от окисления, сохраняя их металлургическую активность.

Пример конкретного выполнения

На участке подготовки флюсов были изготовлены смеси порошков исходных компонентов флюса с размером фракций менее 0,315 мм. Состав исходной смеси представлен в таблице.

Таблица 1
Состав используемого в примере флюса
п/п Наименование компонента Содержание % по массе Содержание % по объему Вид составляющей флюса
1 Плавиковый шат 27,0 31,0 Неметаллический
2 Электрокорунд 21,7 16,0 Неметаллический
3 Обожженный магнезит 28,0 36,0 Неметаллический
4 Сфеновый концентрат 16,0 13,0 Неметаллический
5 Титаномагнетит 0,5 0,8 Неметаллический
6 Ферротитан 3,1 1,8 Металлический
7 Марганец металлический 3,0 1,0 Металлический
8 Ферробор 0,2 1,0 Металлический
9 Ферросилиций 0,6 0,3 Металлический

На лазерном участке ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей" была проведена обработка компонентов порошка флюса с получением гранул. Лазерная обработка проводилась на лазерной технологической установке Комета-2, работающей в непрерывном режиме с длиной волны излучения до 10,6 мкм. Обработку проводили в атмосфере аргона по следующим режимам:

- Плотность мощности лазерного излучения составляла 102 Вт/см2 с длиной волны 0,56 мкм, время обработки компонентов смеси - 20 с, продольная скорость перемещения светового луча относительно металлической пластины с порошком флюса - 0,01 см/с.

- Плотность мощности лазерного излучения составляла 106 Вт/см2 с длиной волны 10,6 мкм, время обработки компонентов смеси - 0,01 с, продольная скоростью перемещения светового луча относительно металлической пластины с порошком флюса - 20,0 см/с.

- Обработка производилась на полированной алюминиевой пластине, отражательная способность которой составляла 0,67.

Затем произвели сварку под флюсом, изготовленным по предлагаемому и известному способам, низколегированной высокопрочной стали марки 10ГН следующего состава, мас.%: С - 0,092; Si - 0,3; Mn - 1,1; Cr - 0,04; Ni - 0,8; Mo - 0,15; Ti - 0,02; Cu - 0,20; Al - 0,03; S - 0,008; P - 0,008; железо - остальное, неплавящимися электродами. После сварки стали провели химический анализ металла сварного шва, полученного по обоим вариантам технологии сварки. Химический состав приведен в таблице 2.

Таблица 2
Химический состав металла шва после сварки под флюсом
Способ Содержание элементов
Al S С Si Mo Cu Ni P Mn Cr Ti Fe
Заявляемый 0,04 0,006 0,072 0,597 0,021 0,210 0,90 0,007 1,940 0,066 0,024 Оста льное
Известный 0,03 0,007 0,090 0,28 0,013 0,200 0,80 0,009 1,02 0,037 0,016

Затем были проведены испытания механической прочности гранул флюса, полученных известным способом (прототипа) и предлагаемым способом.

Результаты химического анализа металла сварного шва показывают, что химический состав металла шва, полученного при сварке под флюсом, полученным предлагаемым способом, имеет более высокую концентрацию легирующих компонентов, чем сварной шов, полученный при сварке под известным флюсом, что подтверждает факт дополнительного легирования металла сварного шва.

Исследование свойств гранул флюса, полученных по предлагаемому и известному способам, приведены в таблице 3.

Из таблицы следует, что гранулы, полученные предлагаемым способом, обладают повышенной прочностью по сравнению с гранулами, полученными известным способом (прототип).

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом выразится в повышении прочности и надежности сварных соединений труб за счет создания равнопрочного сварного шва путем дополнительного его легирования.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-25 of 25 items.
09.06.2019
№219.017.79a8

Суспензия для получения покрытия

Изобретение относится к области стекломатериалов для функциональных покрытий с необходимыми электрофизическими свойствами. Технический результат изобретения заключается в разработке состава суспензии для получения покрытий для снятия статических электрических зарядов, работающего в диапазоне...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002399595
Дата охранного документа: 20.09.2010
09.06.2019
№219.017.79e4

Смесь для изготовления литейных форм и стержней

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит в мас.%: огнеупорный наполнитель в виде порошка недоплава производства электротехнического периклаза 40,0-50,0, связующее в виде жидкого стекла 5,0-12,0 и порошок лома использованных литейных форм из недоплава 45,0-48,0....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002312732
Дата охранного документа: 20.12.2007
09.06.2019
№219.017.7ab0

Титановый сплав для трубопроводов и трубных систем теплообменного оборудования атомной энергетики

Изобретение относится к металлургии титановых сплавов, содержащих в качестве основы титан с заданным отношением легирующих и примесных элементов, и предназначено для использования в судовом и энергетическом машиностроении при производстве трубопроводов и сварных трубных систем, отвечающих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002351671
Дата охранного документа: 10.04.2009
09.06.2019
№219.017.7c90

Способ сварки плавлением меди и ее сплавов со сталями

Изобретение может быть использовано в машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности при изготовлении различных узлов и конструкций, включающих соединения медных сплавов со сталями, кроме деталей или изделий из оловянных бронз. Предварительно на кромку стальной детали наплавляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002325252
Дата охранного документа: 27.05.2008
10.07.2019
№219.017.ad15

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипсовой стали для магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм, толщиной не менее 20 мм и не более 40 мм. Для повышения прочностных свойств и сопротивляемости хрупким разрушениям при температуре до -20°С при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002383633
Дата охранного документа: 10.03.2010
Showing 31-40 of 41 items.
24.05.2019
№219.017.606d

Способ упрочнения аустенитной немагнитной стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроительной и других областях промышленности, которые являются потребителями аустенитных сталей повышенной прочности и пластичности. Для повышения предела...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002405840
Дата охранного документа: 10.12.2010
04.06.2019
№219.017.73c0

Способ получения толстолистового проката из аустенитной немагнитной стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке металлов и сплавов, и может быть использовано в машиностроительной и других областях промышленности, которые являются потребителями аустенитных сталей повышенной прочности и пластичности. Способ включает нагрев слябов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002366728
Дата охранного документа: 10.09.2009
09.06.2019
№219.017.76d6

Деформируемый термически неупрочняемый сплав на основе алюминия

Изобретение относится к области деформируемых термически неупрочняемых сплавов, предназначенных для использования в качестве конструкционного материала в виде деформированных полуфабрикатов в различных областях техники: судостроении, авиакосмической и нефтегазодобывающей промышленности и др....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002268319
Дата охранного документа: 20.01.2006
09.06.2019
№219.017.79e4

Смесь для изготовления литейных форм и стержней

Изобретение относится к области литейного производства. Смесь содержит в мас.%: огнеупорный наполнитель в виде порошка недоплава производства электротехнического периклаза 40,0-50,0, связующее в виде жидкого стекла 5,0-12,0 и порошок лома использованных литейных форм из недоплава 45,0-48,0....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002312732
Дата охранного документа: 20.12.2007
29.06.2019
№219.017.9c65

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству штрипса толщиной 15- 28 мм ответственного назначения. Для повышения прочности, хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния при сварке штрипса получают сталь, содержащую, мас.%: С - 0,03-0,07, Мn...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002397254
Дата охранного документа: 20.08.2010
29.06.2019
№219.017.9c6e

Способ производства толстолистового проката

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству проката ответственного назначения. Для получения проката ответственного назначения с повышенными показателями прочности, при одновременном повышении хладостойкости и низкотемпературной вязкости в зоне термического влияния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002393236
Дата охранного документа: 27.06.2010
10.07.2019
№219.017.ad15

Способ производства штрипса для труб магистральных трубопроводов

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к производству штрипсовой стали для магистральных трубопроводов диаметром до 1420 мм, толщиной не менее 20 мм и не более 40 мм. Для повышения прочностных свойств и сопротивляемости хрупким разрушениям при температуре до -20°С при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002383633
Дата охранного документа: 10.03.2010
09.02.2020
№220.018.0153

Порошковая проволока для механизированной и лазерно-дуговой сварки низколегированных высокопрочных сталей

Изобретение может быть использовано для механизированной сварки в среде защитных газов и лазерно-дуговой сварки конструкций из низколегированных высокопрочных сталей с пределом текучести до 690 МПа. Порошковая проволока содержит, мас. %: шлаковая основа 8,63-8,65; ферросилиций 0,45-0,65;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713767
Дата охранного документа: 07.02.2020
03.06.2023
№223.018.765d

Электрод марки эа-2594 для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитно-ферритного класса

Электрод предназначен для сварки высокопрочных сталей перлитного и аустенитно-ферритного класса и может быть использован для сварки без предварительного подогрева. Электрод содержит стержень из проволоки марки Св-03Х25Н10М3ГАДВ и покрытие, включающее компоненты в следующем соотношении, мас.%:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796581
Дата охранного документа: 25.05.2023
03.06.2023
№223.018.7662

Проволока марки св-08х16н5м3аб для сварки высокопрочных сталей

Изобретение относится к составу сварочной проволоки для сварки высокопрочных сталей, используемых в судостроительной и машиностроительной промышленности. Проволока содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,08, кремний 0,2-0,6, марганец 0,4-0,8, хром 15-17, никель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002796568
Дата охранного документа: 25.05.2023
+ добавить свой РИД