Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой механизированной сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для сварки и наплавки низко- и среднелегированных сталей.

Известен [1] плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелегированных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, окислы железа, фосфор, в котором флюс содержит компоненты при 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 0,004.

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов;

- высокая стоимость в связи с затратами, связанными с подготовкой шихты к плавке и выплавкой флюса в специальных плавильных агрегатах.

Известен выбранный в качестве прототипа [2] флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, в котором в качестве составляющего используют шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- повышенная стоимость флюса в связи с использованием оборудования для дробления и измельчения шлака производства силикомарганца;

- образование при дроблении значительного количества мелкодисперсной фракции, которая не может быть использована для сварки под флюсом, в связи с чем требуется утилизация мелкодисперсной фракции;

- при использовании изготовленного флюса без отсева мелкой фракции наблюдается повышенная отбраковка сварных швов по дефектам поверхности и снижение уровня механических свойств.

Техническими результатами изобретения являются:

- уменьшение стоимости производства флюса и сварочного процесса за счет эффективной утилизации получаемой при дроблении мелкой фракции флюса;

- снижение уровня отбраковки сварных швов;

- повышение уровня механических свойств сварного шва.

Для этого предлагается флюс для механизированной сварки и наплавки сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, включающий, мас.%: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, CaO 15-32, CaF₂ 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20 и P≤0,05, который дополнительно содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40, при этом шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и требуемых сварочно-технологических свойств флюса.

Введение в заявляемых пределах в состав флюса шлака производства силикомарганца обеспечивает, совместно с жидким стеклом, хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.

При содержании жидкого стекла менее 15% наблюдался недостаток количества жидкого стекла, не удавалось провести связывание частиц шлака силикомарганца жидким стеклом, причем некоторое количество частиц шлака силикомарганца не соприкасалось с жидким стеклом и находилось в «сухом» состоянии.

При содержании жидкого стекла более 40% частицы шлака силикомарганца не полностью «впитывали» жидкое стекло и наблюдался избыток жидкого стекла.

Для изготовления флюса для сварки и наплавки использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом. Выплавка осуществлялась с использованием марганцевой руды, кварцита и коксика. Выпуск силикомарганца осуществляли вместе со шлаком в ковш. После разливки сплава шлак при сливе из ковша подвергался охлаждению. В зависимости от интенсивности охлаждения получался стекловидный или пемзовидный шлак, используемый в дальнейшем при сварке. Силикомарганец содержал, мас.%: Mn=64,7-71,7 и Si=14,8-18,2. Шлак содержал, мас.%: SiO₂=25-49, Al₂O₃=4-28, CaO=15-32, CaF₂=0,1-1,5, MgO=1,7-9,8, MnO=3-17, FeO=0,1-3,5, S≤0,20, P≤0,05.

В качестве жидкого стекла использовали калиево-натриевое жидкое стекло с плотностью при 15-25°C 1,30-1,55 г/см³ и силикатным модулем [SiO₂:(K₂Q+Na₂O)⋅1,0323]=2,6-3,0.

Изготовление заявляемого флюса для сварки проходило в 2 этапа. На первом этапе получали шлак производства силикомарганца. Выплавленный в рудотермических печах ферросплав - силикомарганец выпускался вместе с побочным продуктом - шлаком в ковш. После разливки силикомарганца шлак при сливе из ковша подвергался охлаждению. После чего проводили дробления, грохочения и просев через сито мелкой фракции (менее 0,45 мм). Крупную фракцию (0,45-2,5 мм) использовали для изготовления флюса согласно патенту РФ [2].

На втором этапе проводили смешение мелкой фракции шлака силикомарганца с жидким стеклом. Полученную смесь сушили по разработанному режиму, после чего производили помол. Далее осуществляли просев с выделением фракции 0,45-2,5 мм. Гранулы размером более 2,5 мм отправлялись на перемол, а фракция менее 0,45 мм подавалась для смешения с жидким стеклом.

Заявляемый флюс для сварки и наплавки изготавливали и использовали в условиях АО «Новокузнецкий завод резервуарных металлоконструкций им Н.Е. Крюкова» для сварки листов из стали марок 09Г2С и 09Г2, для наплавки на стали 60Г, 35ХГСА; сварку и наплавку осуществляли проволокой Св-08ГА. В лабораторных условиях сварку и наплавку проводили с использованием сварочных тракторов ASAW-1250. При сварке и наплавке применяли фракцию 0,45-2,5 мм. При применении фракции более 2,5 мм наблюдалось порообразование в поверхностных слоях валика. Из сваренных пластин осуществляли вырезку образцов для механических испытаний (предела прочности - σ_B, Н/мм², предела текучести - σ_т, Н/мм², относительного удлинения - δ, %, ударной вязкости при температуре плюс 20°C - KCU^+20°C, Дж/см²), а так же макро- и микроисследований. Полученные в результате лабораторных исследований технологические параметры легли в основу технологии сварки под флюсом резервуаров для хранения нефтепродуктов.

Использование заявляемого флюса для сварки по сравнению с прототипом позволило:

1. Снизить стоимость производства флюса на 28-34%.

2. Уменьшить уровень отбраковки по поверхностным дефектам в среднем на 0,32%.

3. Повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести σ_т и предел прочности σ_B на 0,1-0,2 Н/мм², относительное удлинение на 0,05%, ударную вязкость в среднем на 0,05 Дж/см².

Источники информации

1. Пат. СССР 1685660, B23K 35/362.

2. Пат. РФ 2579412, МПК⁸ B23K 35/362.