Патент на изобретение №2359798

(54) АГЛОМЕРИРОВАННЫЙ ФЛЮС ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКИ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОЙ СТАЛИ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано для автоматической сварки коррозионностойкой стали аустенитными сварочными проволоками. Флюс содержит, мас.%: электрокорунд 23-29, плавиковый шпат 65-69, фтористый барий 3,0-3,5, порошок алюминиево-магниевый 1,8-2,0, ферротитан 0,5-3,2, силикат натрия-калия 6,1-7,5. Суммарное содержание ферротитана и порошка алюминиево-магниевого должно находиться в интервале 2,5-5,0. Изобретение позволяет улучшить сварочно-технологические свойства агломерированного флюса за счет снижения вязкости шлака и расширить технологические возможности флюса за счет получения благоприятной формы сварного шва, в том числе в части плавности сопряжения шва с основным металлом. Кроме того, металл сварного шва, полученного при использовании флюса, имеет высокую технологическую прочность в части сопротивляемости образованию горячих трещин и высокую работу удара при температуре +20°С. 3 табл.

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к агломерированным флюсам, и может быть использовано для автоматической сварки коррозионностойкой стали аустенитными сварочными проволоками в различных отраслях промышленности, например в кораблестроении.

Для сварки высокопрочных корпусных сталей, в том числе и коррозионностойких, широко применялись прежде и применяются в настоящее время плавленые пемзовидные сварочные флюсы, такие как флюс марки 48ОФ-6 или его модификация – флюс марки 48ОФ-6М [1].

Однако в настоящее время уровень требований по технологической прочности металла сварных швов в части их сопротивляемости образованию горячих трещин, внешнему виду, обусловленному качеством формирования, а также экологичности и санитарно-гигиеническим характеристикам сварочных флюсов в промышленности значительно возрос. Плавленые флюсы в силу своих особенностей и способа производства уже не обеспечивают этих требований, в связи с чем осуществляется их замена на агломерированные флюсы.

Ближайшим по составу и назначению к заявляемому является агломерированный флюс [2], принятый за прототип, содержащий плавиковый шпат, электрокорунд, обожженный магнезит, марганец металлический, ферротитан, ферробор и связующую добавку, а также сфеновый концентрат, титаномагнетит и ферросилиций в количестве 0,2-0,5 по отношению к количеству марганца металлического, а в качестве связующей добавки – силикат натрия-калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом отношение суммарного содержания магнезита, плавикового шпата и одной трети сфенового концентрата к двум третям силиката натрия и одной второй электрокорунда выбрано в пределах 1,7-2,3, а отношение ферротитана к ферробору – в пределах 6,0-15,0.

Данный керамический (агломерированный) флюс-прототип, разработанный для автоматической сварки низколегированных сталей, по сравнению с аналогами обеспечивает как высокую хладостойкость сварного шва за счет высокоосновного характера шлакообразующей флюса и за счет наличия в нем сфенового концентрата и титаномагнетита, так и требуемые сварочно-технологические свойства. Недостатком данного флюса-прототипа при сварке коррозионностойкой стали аустенитными сварочными проволоками является сравнительно высокое содержание во флюсе кислых окислов, что приводит к значительному ухудшению сварочно-технологических свойств флюса (появлению пригара на шве, плохой отделимости шлаковой корки) при сварке коррозионностойкой стали аустенитными сварочными проволоками и невозможности обеспечения требуемого формирования сварного шва и его сопряжения с основным металлом, что также сужает технологические возможности флюса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание агломерированного флюса, обладающего значительно улучшенными сварочно-технологическими свойствами, путем снижения содержания кислых окислов и повышения нейтральных к металлу шва соединений (CaF₂), широкими технологическими возможностями за счет обеспечения возможности получения требуемого формирования сварного шва при обеспечении его высокой технологической прочности в части сопротивляемости образованию горячих трещин.

Технический результат достигается тем, что в известный агломерированный флюс для автоматической сварки низколегированных хладостойких сталей, содержащий электрокорунд, плавиковый шпат и ферротитан, и в качестве связующей добавки силикат натрия-калия, дополнительно введены фтористый барий и порошок алюминиево-магниевый, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом суммарное содержание ферротитана и порошка алюминиево-магниевого должно находиться в интервале 2,5-5,0.

Указанные пределы изменения содержания силиката натрия-калия во флюсе определены с учетом наилучшей грануляции флюса при его изготовлении, т.е. диаметра гранул 0,3-2,0 мм.

Введение в состав флюса фтористого бария в указанных количествах позволяет улучшить его сварочно-технологические свойства при сварке за счет снижения металлургической активности флюса при взаимодействии с жидким металлом сварочной ванны, повышения смачиваемости жидкого металла сварочной ванны расплавленным флюсом (шлаком) для улучшения формирования аустенитного сварного шва, а также снизить содержание гидратов во флюсе по сравнению с флюсом-прототипом.

Снижение содержания фтористого бария менее указанного нижнего предела приведет к ухудшению формы сварного шва, а повышение его количества выше верхнего предела – к ухудшению сварочно-технологических свойств (нарушению стабильности горения дуги).

Введение в состав флюса порошка алюминиево-магниевого в указанных количествах позволяет производить оптимальное раскисление металла шва и выводить в шлак неметаллические включения, при этом контролируя их размер, что приведет к очищению металла шва.

Снижение содержания порошка алюминиево-магниевого менее указанного нижнего предела приведет к увеличению неметаллических включений в металле шва, а повышение его количества выше верхнего предела – к появлению пригара на сварном шве, ухудшению отделимости шлаковой корки.

Наличие в составе флюса плавикового шпата и электрокорунда в указанных количествах обеспечивает легкое отделение шлака от поверхности сварного шва и полное покрытие расплавленного металла жидким шлаком, что обеспечивает его полную защиту от окружающего воздуха.

Уменьшение содержания этих компонентов ниже указанных нижних пределов приведет к ухудшению сварочно-технологических свойств, а увеличение их содержания выше указанных пределов – к ухудшению формирования металла шва и отделимости шлаковой корки.

Наличие в составе флюса микролегирующей добавки ферротитана в указанных количествах обеспечивает необходимую технологическую прочность сварного соединения (отсутствие горячих трещин) за счет оптимальной микроструктуры аустенитного металла шва.

Уменьшение содержания микролегирующей добавки ферротитана приведет к увеличению опасности возникновения горячих трещин из-за образования более грубой микроструктуры металла шва.

Превышение содержания ферротитана приведет к ухудшению сварочно-технологических свойств флюса при сварке – появлению пригара на шве и ухудшению отделимости шлаковой корки.

Уменьшение суммарного содержания ферротитана и порошка алюминиево-магниевого во флюсе менее указанного нижнего предела и увеличение более указанного верхнего предела приведет к ухудшению сварочно-технологических свойств флюса (появлению пригара и ухудшению отделимости шлака) и увеличению количества неметаллических включений в металле шва.

Предлагаемый агломерированный флюс для автоматической сварки изготавливают по следующей технологии.

Подготовленные компоненты шихты (просушенные и размолотые до размера гранул 0,2-0,3 мм) взвешиваются дозами на один замес, помещаются в кюбель и транспортируются к смесителю. Смешивание компонентов производится в два этапа: «сухое» и «мокрое» (с жидким раствором силиката натрия-калия). После смешивания влажный флюс поступает на доокатыватель для уплотнения гранул и придания им нужного размера и формы, далее флюс подается в сушильную печь, а затем в прокалочную печь. После охлаждения флюс просеивается, взвешивается и упаковывается.

Было изготовлено пять вариантов составов, близких к составу предлагаемого агломерированного флюса, условно обозначенных I, II, III, IV, V и приведенных в таблице 1. Там же приведен состав агломерированного флюса-прототипа, использованного для сравнения, условно обозначенный VI.

Для сварки с этими флюсами использовали образцы из коррозионностойкой стали марки 04Х19Н5Г11М2БФ размером 200×500×20 мм.

Сварку образцов стыковых соединений осуществляли автоматическим способом одной дугой проволокой марки ЭП-868 диаметром 4 мм на постоянном токе обратной полярности.

Режим сварки стыковых соединений ( проволоки 4 мм) в нижнем положении:

Ток (А)400-450; напряжение (В)26-30; скорость сварки (м/ч)22-24.

В таблице 2 приведены химические составы металла швов, сваренных с использованием приведенных в таблице 1 вариантов составов, а в таблице 3 – механические свойства металла швов и оценка технологических свойств указанных вариантов агломерированного флюса.

Оптимальные пределы содержания компонентов агломерированного флюса заявленного состава, а также их соотношения определяли по результатам испытаний сварочно-технологических свойств флюса, механических свойств и работы удара разрушения металла сварных швов образцов при +20°С, а также по определению химического состава наплавленного металла.

Таблица 3
Варианты агломерированного флюса	в, МПа	0,2, МПа	5, %	, %	Работа удара KV, Дж при температуре+20°С
1	2	3	4	5	6
I
II
III
IV
V
VI-прототип

Продолжение таблицы 3

Как следует из таблицы 3, сварные швы, полученные при использовании агломерированного флюса, изготовленного согласно предлагаемому изобретению, имеют хорошие сварочно-технологические свойства – легкую (самопроизвольную) отделимость шлаковой корки, связанную с хорошим формированием шва при сварке, и работу удара металла шва не менее 100 Дж при температуре испытания +20°С.

Из таблицы 3 также ясно, что сформированная поверхность сварного шва имеет благоприятную форму, формирование шва идет с плавным переходом от металла шва к основному металлу за счет лучшей смачиваемости металла шва шлаком, пригар и трещины отсутствуют.

Исходя из результатов испытаний по определению работы удара разрушения металла шва при +20°С, из визуальных наблюдений наплавленного металла шва стыковых соединений и плавности перехода к основному металлу, а также на основании микроструктурного исследования металла шва был определен оптимальный состав предлагаемого флюса в интервале составов II-IV, содержание компонентов рудоминеральной и легирующей частей которых указано в таблице 1.

Таким образом, предлагаемый агломерированный флюс для автоматической сварки коррозионностойкой стали аустенитными сварочными проволоками позволяет обеспечить благоприятное формирование металла шва и его высокую технологическую прочность в части сопротивляемости образованию горячих трещин, что при сохранении высокой работы удара металла шва при температуре+20°С улучшает сварочно-технологические свойства флюса и расширяет его технологические возможности по сравнению с прототипом.

Источники информации:

1.А.с. 106161 от 22.04.1957 г.

2. Патент РФ 2228828, 7 В23К 35/362, 2004 г., БИ 14 – прототип.

Формула изобретения

Агломерированный флюс для автоматической сварки коррозионно-стойкой стали, содержащий электрокорунд, плавиковый шпат, ферротитан и в качестве связующей добавки силикат натрия-калия, отличающийся тем, что он содержит дополнительно фтористый барий и порошок алюминиево-магниевый, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом суммарное содержание ферротитана и порошка алюминиево-магниевого находится в интервале 2,5-5,0,