Флюс для автоматической высокоскоростной сварки сталей

 

1. ФЛЮС ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ, содержаший кремнезем, фтористый кальций , окись магния, окись алюминия, закись марганца, смесь окисей натрия и калия, отличающийся i тем, что, с целью повышения стойкости металла шва против горячих трещин и увеличения его ударной вязкости при повышении сварочно-технологических свойств, он дополнительно содержит окись цезия и фтористый натрий при следующем соотношении компонентов, мае.%: Кремнезем 29-35 Фтористый каль )и1й8-12 Окись магния 18-25 Окись алюминия 16-22 Фтористый натрий 0,5-5,0 Закись марганца 5-9 Смесь окисей ка (Л лия и натрия 0,5-2,0 Окись цезия 0,1-0,5 2. Флюс по п.1,о тли чающий с я тем, что, с целью улучшения формирукицих свойств и отделимости шлака, суммарное содержание кре51незема и окиси алюминия составляет не менее 50%. 9 4 Эд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

«

РЕСПУБЛИК

09) (11) ЗСЮ В 23 К 35/362

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТКОЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 «Я;»

« с

1 д (21) 3593610/25-27 (22) 20,05,83 (46) 23.12.84. Бюл, У 47 (72) Н.Н.Потапов, С.А.Курланов, В.П.Харин, В.А.Шелободкин, С.Н.Вивсик и В.Г,Сердюк (71) Научно-производственное объединение по технологии машиностроения

ЦНИИТИАШ и Подольский машиностроительный завод им.Орджоникидзе (53) 621.791..04(088.8) (56) 1. Патент ФРГ В 2206156, кл. В 23,К 35/362, 06.08.73, 2. Авторское свидетельство СССР

У 733933, кл. В 23 К 35/362, 12.04.77.

3, Авторское свидетельство СССР

11 496140, кл. В 23 К 35/362, 14.06.74. (54) (57) 1. ФШОС, ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ, содержаший кремнезем, фторнстый каль ций, окись магния, окись алюминия, закись марганца, смесь окисей натрия и калия, отличающийся .тем, что, с целью повышения стойкости металла шва против горячих трещин и увеличения его ударной вязкости при повышении сварочно-технологических свойств, он дополнительно содержит окись цезия и фтористый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Кремнезем 29-35

Фтористый кальций 8-12

Окись магния 18-25

Окись алюминия 16-22

Фтористый натрий 0,5-5,0

Закись марганца 5-9

Смесь окисей калия и натрия 0 5-2,0

Окись цезия 0,1-0 5

2. Флюс по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью улучшения формирующих свойств и отделимости шпака, суммарное содержание кремнезема и окиси алюминия составляет не менее 50Х.

1130446

30 цессы вида

3 (5 i 02 ) ш+ 4 j O г)

2(Сг20„) + 3(S i), 3(10 )Ò+ 1LVJ

2(Р,) 3I:Si) (Ь102)п + 2Fe

2(Fe0 ) + (5ij

35 (2) 40

00щсо00,016М О+0006СаЕ2 0044(0 11 0).,0о07ц„О

0,017 в О,О,оо& Ai. gOy

Изобретение относится к сварке и касаев ся флюсов, которые могут быть использованы для автоматической сварки на повышенной скорости иэделий иэ углеродистых и перлитных ста- 5 лей в различных отраслях машиностроения, в частности в энергетическом машиностроении при сварке трубных конструкций поверхностей нагрева котельных агрегатов из теплоустойчивых сталей.

Известен плавленый флюс (1), используемый при автоматической сварке на высоких скоростях, который содержит в своем составе следующие 15 компоненты, мас.7:

Кремнезем 37-46,5

Окись алюминия 4-18

Окись кальция 5-13

Окись магния 18-35 20

Фтористый кальций 3,0-6,5

Смесь окисей калия и натрия 3,0-6 5

Недостатком этого флюса является низкое качество получаемого наплавленйого металла, так как при сварке теплоустойчивых низколегированных сталей, содержащих хром, ванадий и другие легирующие элементы, в зоне плавления интенсивно протекают окислительно-восстановительные проСледствием реакций (1 — 3) является не только увеличение концентрации кремния в металле шва и легиующих элементов, но и засорение еталла шва силикатными оксидными ключениями на основе кварцевого стекла. Это приводит к потере за— паса пластичности кристаллизирующегося металла, что особо важно при сварВ пределах заявленных изменений количества компонентов флюса основность укаэанного состава изменяется В = 0,9-1,7, т,е по теории вероятности примерно 80-85Х состава ке на повышенных скоростях (более

50 м/ч, когда резко возрастают скорости кристаллизации и темпы нарастария внутренних напряжений. В результате при увеличении скорости сварки более 50 м/ч под указанным флюсом в сварном соединении образуются межкристаллитные горячие трещины, Окисление ванадия и хрома при сварке под флюсом, содержащем значительные концентрации кремнезема, и переход из окислов в шлак приводит к тому, что на межфазной границе металл-шлак образуются комплексные ионы, кристаллизирующиеся в кубической форме и достраивающие решетку вюстита. На поверхности шва образуется промежуточный слой из соединений типа шпинелей (Иеk>04).

Структура граничн:»rx слоев .при этом становится сходной и сцепление шлака с поверхностью металла увеличивается, Образуется трудноотделимый

IBJI GK °

Известен также флюс, применяемый при автоматической сварке, содержащий следующие компоненты, мас.7:

Кремнезем 24-28

Фтористьп кальций 16 20

Окись кальция 4-8

Окись магния 15-18

Окись алюминия 18-26

Фтористый натрий 0,5-5,0 . Закись марганца . 6-9

Смесь окисей калия и натрия 3,0-6 5

Этот- флюс обеспечивает удовлетвори-. тельное формирование шва и отделимость шлаковой корки .с поверхности сварного шва при скоростях сварки до

120 м/ч (2) „

К недостаткам флюса следует отнести повьппенную склонность к образованию пор при зазоре между сварива емыми кромками более 0,5 мм, а также.при наличии следов ржавчины на одной из них,особенно на скорости более 70 м/ч, Это связано с повьппенной основностью флюса, подсчитанной по формуле: флюса имеют основность В ) 1, которая и приводит к склонности Amoca к образованию пор при сварке особенно с увеличением ее скоросТН °

Э

Известен флюс (3), применяемый для сварки на повышенной скорости газоплотных панелей, который содержит следукяцие компоненты, мас.Х:

Кремнезем 29-35 5

Фтористый кальций 8- 12

Окись магния 1 8-25

Окись алюминия 10-25

Смесь окисей калия и натрия 0,5-2,О 10

Закись марганца 6-9

Двуокись циркония 0,5-4,5

Криолит 0 5-8,0

Закись железа 0,5-5,0

Двуокись титана 0 5-10 15

Флюс обладает такими сварочнотехнологическими свойствами, которые п.-эволяют выполнять автоматическую сварку только на скорости до

90 м/ч. Кроме этого, флюс токсичен, 20 так как криолит, входящий в состав флюса, при сварке образует большое количество ядовитых фтористых паров на базе соединения S1F, что затрудняет дыхание оператора. Особенно много паров образуется на скорости свыше 50 м/ч, когда для обеспечения надлежащего формирования шва приходится повышать напряжение на дуге. Также флюс не обеспечивает достаточно высокой ударной вязкости металла шва и достаточно высокой стойкости против образования .горячих трещин, Цель изобретения — повышение стой35 кости металла шва против горячих трещин и его ударной вязкости при повышении сварочно-технологических свойств флюса.

Поставленная цель достигается тем,10

-что флюс, содержащий кремнезем, фтористый кальций, окись магния, окись алюминия, фтористый натрий, закись марганца и смесь окисей калия и натрия, дополнительно содержит окись цезия и фтористый натрий, при следующем соотношении компонентов, мас.Х.:

Кремнезем 29-35

Фтористый кальций 8-12

Окись магния 18-25

Окись алюминия 16-22

Фтористый натрий 0,5-5,0

Закись марганца 5-9

Смесь окисей калия и натрия 0 5-2,0

Окись цезия 0,1-0,5

С целью улучшения формирующих свойств и отделимости шлака суммар446 ное содержание кремнезема и окиси алюминия составляет не менее 50Х.

Введение окиси цезия в укаэанных пределах способствует повышению устойчивости горения дуги, что позволяет вести процесс .сварки на скорости более 100 м/ч лри низких (28-32В) значениях напряжения. При указанных значениях напряжения обеспечивается ни— кая интенсивность кремневосстановительного процесса и, следовательно, снижается склонность к образованию горячих трещин в металле шва в условиях быстрого темпа нарастания внутренних напряжений в кристаллизующемся металле.

Введение окиси цезия в указанных пределах способствует не только повьппению стойкости металла шва против образования горячих трещин при кристаллизации, но и позволяет значительно повысить ударную вязкость металла шва, особенно при отрицательных температурах. Это достигается за счет модифицирующего воздействия окиси цезия на жидкий металл. Цезий, являясь поверхностно-активным элементом, блокирует границы образующихся зерен (кристаллитов}, способствуя получению мелкодисперсной структуры металла шва.

Таким образом, в предлагаемом флюсе окись цезия. присутствует не только для повышения его сварочно-технологических свойств за счет обеспечения стабильного горения дуги, а и для получения другого результата, а именно обеспечения стойкости наплавленного металла против образования горячих трещин и повышения его ударной вязкости.

Снижение содержания окиси цезия ниже 0,1Х приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств флюса и нарушению его формирующей способности, что вызывает сужение шва с образованием резких переходов к основному металлу при сварке на скорости более 90 м/ч. Увеличение окиси цезия выше 0 5Х приводит к ухудшению отделимости шлаковой корки в результате химического срастания шлака и металла через промежуточный слой, обогащенный указанным окислом, а также к повышению гигроскопичности флюса.

Введение кремнезема в состав флюса в указанных пределах необходимо

1130446 для получения вязкости и поверхностного натяжения шлака, способствующих образованию гладкой поверхности шва с плавным переходом к основному металлу, Кроме этого, кремнезем способ- ствует увеличению стойкости флюса против гидротации,:поскольку, связывая в комплексы основные окислы, двуокись кремния занимает все свободные связи, способные присоединять гидроксильную группу.

Снижение концентрации кремнезема менее 29% приводит к ухудшению формирующих свойств флюса уже на скорости более 40 м/ч. В дополнение к этому возрастает склонность флюса к гидротации в результате чего на поверхности шва появляется "побитость" °

Увеличение количества кремнезема 20 более 35% делает флюс химическиактивным, поскольку начинает интенсивно протекать кремневосстановительный процесс по реакциям (1) †(3) .

Это приводит к опасности появления горячих кристаллиэационных трещин.

Фтористый кальций придает флюсу в жидком состоянии определенную жидкотекучесть и способность надлежащим образом укрывать сварной шов. 30

Увеличение содержания фтористого кальция улучшает промывающую способность шлака по отношению к жидкому металлу шва и приводит не только к активной коалесценции не- 35 металлических оксидных включений, но и эахватыванию их шлаком и удалению из сварочной ванны. Это благоприятно отражается на стойкости кристаллизующегося металла против образо- 40 вания горячих трещин, Введение фтористого кальция в указанных пределах приводит также к снижению температуры плавления шлака, что весьма важно в условиях дефицита тепловло- 4> жений на скорости сварки до 150 м/ч.

Вместе с тем увеличение количества фтористого кальция более 12% при.,водит к нарушению стабильности горения дуги на скорости более 50 м/ч M и к образованию подреэов ввиду нарушения формирования шва.

Введение окислов щелочно-земельных металов (К 0 + йа О) в укаэан2 ном соотношений не только улучшает . 55 способность горения дуги при сварке па скорости до 150 и/ч, но и. в сочетании с фтористым натрием уменьшает межфаэное натяжение на границе раздела шлак-металл, что способствует улучшению формирования шва на скорости до 150 м/ч, получению его с более плавными очертаниями при переходе к основному металлу, При содержании смеси окисей калия и натрия более 2% понижается стойкость флюса против гидратации, что приводит к образованию пор в металле шва при сварке на повышенной скорости.

Требованием при прочих равных условиях является количество кислых окислов во флюсе (5102+ А1203) >< 50%.

Соблюдение укаэанного требования обеспечивает получение металла шва с плавными очертаниями валика на ско рости сварки до 150 м/ч. При меньшем суммарном содержании названных комплексообраэующих окислов нарушается форма шва.

Изготавливают шесть опытных плавок флюса, химический состав которых приведен в табл.1. Выплавку флюса проиэводят в электродуговой печи с водоохлаждаемым кокилем с последующей грануляцией расплава в прото »ной воде. Температура прокалки флюсов составляет 400-430 С в течение о

4 ч.. Опытные флюсы испытывают при сварке встык металла толщиной 10 мм ! по зазору 0,8+0,2 мм. Иеталлсталь 20.

Стабильность горения дуги исследуют по осциллограммам, снятым с цомощью записывающего прибора Н-327. Качество сварных швов оценивают визуально, как при осмотре в целом сварйого соединения, так и при обследовании поперечных макрошлифов. Определяют также химический состав металла швов, коэффициент его формы, наличие трег ин и надрывов.

В табл.2 представлены химические составы исследованных плавок предлагаемого флюса и основные характеристики его сварочно-технологических свойств. о

Испытания показывают,что предлагаемый флюс обладает высокими сварочно-технологическими свойствами при сварке на скорости до 150 м/ч и обеспечивает высокое качество наплавленного металла с хорошей формой шва, плавным переходом к наплавленному, 30446

7 11 отсутствие чешуйчатости на поверхности валиков и нодрезов по краям шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки при сохранении требуемого уровня металлургических свойств флюса, Таблица 1

Компоненты состава, мас.Х

1 1

Плавка

S i 02 А120> МдО МпО CaF2 Май йа 0 + . К О Сз О

10 14

5 11

9 8

8 10. 0,1

0,9

0 5

0 5

5,0

1,2

0,8

29 22 21 9 12

33 22 18 9 12

1,6

0,4

0 5

0,5

28 16

33 22 35 22

34 16

В табл.3 представлены свойства металла, наппавленного под флюсом с окисью цезия и без нее. Флюс .позволяет значительно повысить качество на5 плавленного металла при высоких сва" рочно-технологических свойствах.

l о

Е» Ж е»с!

1 о .

Ж а! х о к а е и х

o m ж

Ж

1 а е о m

В Н

I о е

m b

1- х о 1Ж ъ а о ж

Р ж ! о

Е 1 е

Н о а о

Х 1

3 а

1О о е х

1 î

»Г л о а

»,» л о и о о с т о

О! с сЧ!

О 1

»-

I с»

IO I сч

I CC 1

1 еа ! о

Ц о

Х а) х

Я» О со сЧ (Ч сЧ

I .l Р о е

) лйi

»»

Ф Х

gHu

E" b..

ovx о о

М .& сс4

1+ ! о сч

M cO

I»,r

l (1

1 !

I

1

1

I !

I

1

1

1

1

1

1

1

1

I !

1 !

I

1 о

Р3 е е о

Ж

Д М е х х а л

1130446 с\ л

o o сЧ О сс!

° Ь

CO Ф

1 !

1 1 1

1 сс I е

Н о а о

1 Х I

Ю с 4 r» л л л с4 сЧ и л л о о а о

° » о о

Yl с»1 с» Г ) о ! Ф

1 д

Н е

Z а

Й о е ! )130446

Таблица 3

Плавка

+20 0

- 20 — 40 шва

Удовлетворительная

20-36

48-68

68-100

23-59

Есть

26-44

56-76

Хорсшая

30-67

75-101

Нет

О,) 34

80-105

71-98 52-80 33-53

Отличная

0 5

83

0,8

35-55

81-109 73-.103 54-82

94 90 66

Отличная

0,4

0 5

Составитель Т.Арест

Техред О.Ващишииа Корректор О.Луговая

Редактор Н.Бобкова

Тираж 1036 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 9493/14 филиал IIIIII "Патент", r.Óõãîðoä, ул.Проектная,4

Содержа ни во флюсе

С 10

Ударная вязкость металла шва, КС, Дж/см >при температуре, С

66-96 42-65 30-44 20-30

82 53 38 25

79-107 70-98 53-75 30-50

92 82 63 40

Наличие трещин в попереч ном сечении делимо "ть ака с порхности

Неудовлетворительная