Флюс для сварки

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

Известен флюс для сварки [1], содержащий диоксид кремния, оксид марганца, оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа, фторид кальция, в котором в качестве материалов на основе диоксида кремния и оксида марганца использованы пылевидные отходы производства ферросилиция; в качестве материалов на основе оксида кальция, оксида магния использованы пылевидные отходы производства извести; в качестве материалов на основе оксида алюминия, оксида калия, оксида натрия, оксида железа и фторида кальция использованы пылевидные отходы производства алюминия, а в качестве связующего материала, содержащего оксид калия, оксид натрия, использованы калиево-натриевое жидкое стекло, при этом в качестве пылевидных отходов производства извести использована пыль газоочистки с содержанием СаО не менее 85 мас. %, в качестве пылевидных отходов производства ферросилиция использована пыль газоочистки ферросплавного производства с содержанием SiO₂ не менее 98 мас. %, а в качестве пылевидных отходов производства алюминия использована пыль электрофильтров, имеющая следующий химический состав, мас. %: Al₂O₃=21-46,23; F⁺=18-27; Na₂O=8-15; К₂О=0,4-6%, СаО=0,7-2,3; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-3,27; С_общ=12,5-30,2, MnO=0,07-0,9, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, Р=0,1-0,18; при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- повышенная стоимость при производстве флюса в связи с использованием многокомпонентной системы;

- недостаточная прочность флюса при выполнении операций транспортировки, пересыпки и доставки, а также в ряде случаев неустойчивое горение дуги в связи с низкой концентрацией жидкого стекла во флюсе;

- в ряде случаев повышенная загрязненность сварного шва и наплавляемого металла неметаллическими включениями экзогенного характера в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за высокой концентрации MgO и низкого содержания MnO.

Известен выбранный в качестве прототипа [2] флюс для сварки, содержащий оксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, фтористый кальций, сумму оксидов калия и натрия, фтористый натрий, оксид железа, в котором в качестве материала на основе оксида кремния, оксида алюминия, оксида кальция, оксида магния, оксида марганца использован шлак производства силикомарганца; а в качестве материала на основе фтористого кальция, оксидов калия и натрия, фтористого натрия использованы пылевидные отходы производства алюминия и жидкое стекло 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, а также образованием при дроблении значительного количества мелкодисперсной фракции, которая не может быть использована для сварки под флюсом, в связи с чем требуется ее утилизация;

- 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;

- повышение уровня механических свойств сварного шва;

- повышение устойчивости горения дуги и улучшение качества сварного шва.

Для этого предлагается флюс для сварки низколегированных и среднелегированных сталей, содержащий шлак производства силикомарганца, пылевидные отходы производства алюминия и жидкое стекло, при этом шлак производства силикомарганца включает, мас. %: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, СаО 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, а пылевидные отходы производства алюминия содержат, мас. %: Al₂O₃ 21-38,27; F 18-27; Na₂O 8-13; К₂О 0,4-6,6, СаО 0,7-2,1; SiO₂ 0,5-2,48; Fe₂O₃ 2,1-2,3; С_общ 12,5-27,2, MnO 0,03-0,9, MgO 0,04-0,9, S 0,09-0,46 и P 0,1-0,18, при этом флюс выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм, а шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0; пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0; калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и наплавки, а также требуемых механических свойств.

Введение в состав флюса шлака производства силикомарганца обеспечивает хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.

Введение в состав флюса пылевидных отходов производства алюминия позволяет: проводить активное раскисление за счет образования СО и CO₂, образующихся при взаимодействии фтористого углерода CF_x (1≥х>0) с растворенным в стали кислородом, при этом в связи с тем, что углерод находится в связанном состоянии, науглероживания стали практически не происходит; проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений (типа Na₂SiF₆, NaF, KF, CF_x (1≥x>0), AlF₃, Na₃AlF₆), разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением F, который в свою очередь взаимодействует с водородом, растворенным в стали, с образованием газообразного соединения HF.

Введение калиево-натриевого жидкого стекла обусловлено, с одной стороны, использованием его в качестве связующего заявляемого флюса для сварки, а с другой стороны, как материала повышающего, за счет содержащегося калия и натрия, устойчивость горения дуги.

Для изготовления флюса для сварки в качестве шлака производства силикомарганца использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом с содержанием, мас. %.: SiO₂=25-49, Al₂O₃=4-28, СаО=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 пылевидных отходов производства алюминия использовали пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас. %: Al₂O₃=21-38,27; F=18-27; Na₂O=8-13; К₂О=0,4-6,6, СаО=0,7-2,1; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-2,3; С_общ=12,5-27,2, MnO=0,03-0,9, MgO=0,04-0,9, S=0,09-0,46, P=0,1-0,18.

В качестве жидкого стекла использовали калиево-натриевое жидкое стекло с плотностью при 15-25°С - 1,30-1,55 г/см³ и силикатным модулем [SiO₂:(K₂O+Na₂O)⋅1,0323]=2,6-3,0.

Изготовление заявляемого флюса для сварки проходило в 3 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).

На втором этапе проводили смешение мелкой фракции шлака силикомарганца с пылевидными отходами производства алюминия.

На третьем этапе проводили смешение смеси мелкой фракции шлака силикомарганца и пылевидных отходов производства алюминия 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 опробовали на образцах из стали марок 09Г2С и 09Г2. Сварку осуществляли проволокой Св-08ГА на пластинах длиной не менее 500 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250. Из сваренных пластин осуществляли вырезку образцов для механических испытаний (предела прочности - , Н/мм², предела текучести - , Н/мм², относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°С - KCU^-40°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. Заявляемый флюс изготавливали и использовали в условиях АО «Новокузнецкий завод резервуарных металлоконструкций им Н.Е. Крюкова» для сварки листов из стали марок 09Г2С и 09Г2. При сварке и наплавке применяли фракцию 0,45-2,5 мм.

Использование заявляемого флюса для сварки по сравнению с прототипом позволило:

1. Снизить стоимость производства флюса на 26-32%.

2. Уменьшить уровень отбраковки по поверхностным дефектам в среднем на 0,19-0,30%.

3. Повысить общий уровень механических свойств сварного шва, предел текучести и предел прочности на 0,1-0,2 Н/мм², относительное удлинение на 0,04%, ударной вязкости при отрицательных температурах в среднем на 0,09 Дж/см².

Источники информации

1. Пат. РФ 2492983 В23К 35/36.

2. Пат РФ 2576717 В23К 35/362.