Способ изготовления сварочного плавленого флюса

 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к технологии изготовления плавленых сварочных флюсов высокой чистоты и м.б. использовано преимущественно для сварки изделий в атомном энергомашиностроении . Цель изобретения - снижение содержания вредных примесей (серы и фосфора) как в самом флюсе, так и в металле шва, сваренного этим флюсом, для повышения его качества. Это достигается путем разделения процесса плавки флюса на два этапа - окислительный и восстановительный - и последующего доокисления флюса после грануляции и сушки. После расплавления шихты в расплав вводят окислы железа с выдержкой 5-10 мин. Затем температуру расплава повышают на 150-200°С и подают в печь раскислитель. Доокисление флюса, производят прокалкой при температуре 800-1000°С. 1 з.п.ф-лы, 6 табл. (О (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (s1)g В 23 К 35/362

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4686820/27 (2?) 28.04.89 (46) 07.03.91.Бюл. Ь 9 (71) Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) В.И.Гузей, В.Г.Кузьменко, В.И.Галинич, В.Н.Колиснык

А.К.Царюк, Ю.Н.Вахнин, Ю.М.Журавлев и В.И.Курило (53) 621.791.04 (088.8) (56) Подгаецкий В.В. и др. Сварочные флюсы. — Киев, Техника, 1984, с.14.

Авторское свидетельство СССР

1 - 146640, кл. В 28 К 35/40, 30.01.61. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВАРОЧНОГО

ПЛАВЛЕНОГО ФЛЮСА ° (57) Изобретение относится к сварочному производству, а именно к технологии изготовления плавленых сварочИзобретение относится к технологии изготовления плавленых флюсов, применяемых для сварки металлов и сплавов.

В настоящее время для сварки металлических изделий широко применяются плавленые флюсы, в том числе флюсы окислительного типа, т.е. способные в зоне сварки выделять определенное количество свободного кислорода. Такие флюсы хотя и приводят к некоторому выгоранию легирующих элементов в металле сварного шва, однако повьппают стойкость последнего к преобразо„„SU„„1632713 А 1

2 ных флюсов высокой чистоты и м.б. использовано преимущественно для сварки изделий в атомном энергомашиностроении. Цель изобретения — снижение содержания вредных примесей (серы и фосфора) как в самом флюсе, так и в металле шва, сваренного этим флюсом, для повышения его качества. Это достигается путем разделения процесса плавки флюса на два этапа — окислительный и восстановительный — и последующего доокисления флюса после грануляции и сушки. После расплавления шихты в расплав вводят окислы железа с выдержкой 5-10 мин. Затем температуру расплава повьппают на 150-200 С и подают в печь раскислитель. Доокисление флюса.производят прокалкой при температуре 800-1000 С. 1 з.п.ф-лы, 6 табл. ванию пор при сварке, а также улуч- © шают отделимость шлаковой корки от поверхности шва.

В сварочных флюсах ограничивается содержание таких вредных примесей как фосфор и сера, приводящих при попадании в металл сварного шва к ухудшению его механических свойств.

В последние годы значительно увеличилась потребность во флюсах с осо3 бо низким содержанием вредных приме" сей ввиду появления высокочистых свариваемых металлов и сплавов, в частности в области атомного энергомашиностроения.

1632713

Флюсы окислительного типа, изготавливаемые известными способами, обладают повышенным содержанием фосфора и серы .по сравнению с неокислитель5 ными флюсами. Причиной является то, что при изготовлении .плавленого флюса интенсивное рафинирование шлакового расплава от вредных примесей возможно только после полного его

При окислительной прокалке флюса происходит реакция

4 Mn0 + О, = 2 Мп Оь

4 Fe0 + 0 = 2 Fe<0 (2) раскисления.

Цель изобретения — одновременное снижение содержания вредных примесей серы и фосфора до 0,017 в окислительных флюсах без применения при этом особо чистых дефицитных шихтовых матеI риалов и соответственно повышениекачества наплавленного металла при сварке.

Отличием предлагаемого способа является разделение плавки на два этапа — окислительный и восстановительный. На первом этапе, когда вводится железосодержащий компонент, расплав приобретает окислительные 25 свойства, что ведет к интенсивному выжиганию серы. На втором этапе, после введения раскислителя, происходит восстановление высших окислов железа и марганца. С одной стороны, это ведет к образованию металлической ванны, а с другой стороны, — к превращению шлака из окислительного в восстановительный. Оба этих фактора} способствуют восстановлению фосфора, Причем, если в известном способе Аосфор захватывается образующимися в массе расплава восстановленными капельками марганца, а железо, вводимое с лигатурой, фактически сразу ока-40 зывается на дне, не пронизывая расплав, то в предлагаемом способе из расплава в первую очередь выпадают капельки восстанавливаемого железа, которое термодинамически более прочно 45 связывает фосфор и поэтому более интенсивно рафинируют расплав. Таким образом, если, в предлагаемом способе получают флюс только с низким фосфором, то в предлагаемом спосо-, ;бе — с особо низкими фосфором и серой..

Прокалку ведут до тех пор, пока флюс не приобретет темно-коричневый цвет„ Для сильно окисленных флюсов, а также для титансодержащих прокалку ведут до черного цвета.

Способ позволяет более глубоко проводить раскисление расплава, восстанавливая и выжигая вредные примеси.

При этом, в случае выплавки стекловидного окислительного флюса отпадает необходимость в строгом контроле по ходу плавки за цветом флюса и забраковке перераскисленного флюса.

Пример. Проводят опытные плавки флюса системы

Мп0-Са0-CaF -Al ф >-S iO по известной технологии и по предлагаемому способу. По известной технологии производят загрузку и расплавление шихты при 1300-1750 С загрузку железо-алюминиевой лигатуры, выдержку при 1700-1750 С до полного раскисления, загрузку кокса, прануляцию сушку и прокалку при 700-750 С в течение 3 ч. По предлагаемой технологии проводят загрузку и расплавление шихты при 1300-,1400 С, загрузку окислителя (гематит), выдержку, подъем температуры на 150-200 С, загрузку раскислителя (алюминий), выдержку до -полного раскисления, при необходи/ мости получения пемзы — загрузку кокса, грануляцию, сушку и прокалку при различных температурах и времени. Опыты по высокотемпературной прокалке проводят как в муфельной печи на противнях, так и в электрической вращающейся печи.

Результаты опытов в муфельной печи представлены в табл.1.

Как видно из табл.1, оптимальным режимом для муфельной печи является прокалка флюса в течение 2-4 ч при

800-850 С. Превышение температуры более 1000 С приводит к спеканию зерен флюса, а при 750 С и ниже не удается достичь необходимого цвета.

При прокалке флюса в электрической вращающейся печи время прохождения через высокотемпературную зону практически постоянно, поэтому степень окисления регулируют только. температурой.

Результаты опытов в электрической печи представлены в табл. 2.

5 16

В данном случае оптимальным режимом является прокалка флюса при 800850 С. Таким образом, установлено, что необходимой степени флюса можно достичь его прокалкой при 800-1000 С., Полученные пробы флюсов сдают на анализ. При этом установлено полное соответствие всем требованиям норма— тивно-технической документации для данного флюса. По содержанию вредных примесей получены следующие дан= ные: во флюсе, изготовленном по известной технологии, содержания фосфора 0,0182, серы 0,023 во флюсе, изготовленном по предлагаемой технологии, содержание фосфора 0.007, серы 0,006 . Отсюда можно сделать вывод, что по сравнению с известной использование предлагаемой технологии изготовления флюсов позволит снизить в несколько раз содержание вредных примесей как в самом флюсе, так и в металле шва, сваренного под этим флюсом, В табл.3-4 приведены результаты опытов по влиянию окислительной выдержки и температуры расплава на содержание примесей.

f2713 6

5

20 дующая:. выдержка 5-10 мин; подъем температуры на 150-?00 С 5-10 мин; слив и грануляция 5 мин. Температура плавки 1500-1580ОС. После просушки, рассева и магнитной сепарации флюсы подвергают доокислению во вращающейся электрической печи при 840-860 C u времени прохождения через зону нагрева 40-45 мин ° Для сравнения— обычная технология получения данных флюсов . загрузка и расплавление шихты 30-35 мин; выдержка до получения необходимого цвета проб расплава 510-мин при 1350-1420 >С; слив и грануляция 5 мин; сушка, рассев и магнитная сепарация.

Сравнительные данные химического анализа флюсов приведены в табл.5.

Как видно из табл.5, применение предлагаемой технологии получения стекловидного окислительного флюса по сравнению с известной технологией позволяет резко снизить содержание серы и фосфора. Также упрощается процесс контроля за ходом плавки за счет снижения риска забраковки флюса по цвету.

Как видно из табл.3, выдержка расплава менее 5 мин ведет к недостаточному обессериванию и обесфосфориванию, а выдержка более 10 мин ведет к не- . достаточному обесфосфориванию и черезмерному восстановлению. железа.

Как видно из табл.4, подъем температуры расплава менее 150 С недостаточен для снижения содержания фосфора во флюсе менее 0,01%. повьш ение температуры расплава выше 200 >С не ведет к дальнейшему снижению содержания фосфора и серы, черезмерно восстанавливает железо и ведет к неоправданному росту энергетических затрат.

Проводят опыты по выплавке следующих стекловидных окислительных флюсов: AH-43, АН-17М, АН-42, НФ-18М, Pie20Up;

Проводят опытно-промьппленные плавки флюсов АН-43, АН-42, НФ-13N. В настоящее время осваивается промьппленное производство флюса АН-43.

После окончательной отработки технологии их выплавка была следующей: загрузка и расплавление шихты 3035 мин; загрузка окислителя.и послеКроме того, появляется возможность более широкого применения для выплавки флюсов дешевых видов сырья, в том числе — отходов других произ-;; водств, за счет глубокого протекания рафинирующих процессов при плавке флюса. Для проверки такой возможности проводят дополнительные опытные плавки. Выплавляют флюсы марок АН-48 и НФ-1,8М. Для выплавки флюса АН-48 применяют боксит, а в качестве раскислителей — силикокальций, ферромарганец, карбид кремния, карбид каль"" ция и алюмомагниевый сплав "Электрон".

45.Äëÿ выплавки флюса НФ-18М применяют ильменит и боксит, а в качестве раскислителя — ферротитан и силикомарганец. Технология выплавки и высокотем» пературной прокалки такая же, как из предыдущих примеров. Все флюсы. полу-ченные в проведенных опытах, подвергают химическому анализу, определяют их физико-химические и сварочно-технологические свойства. По всем параметрам данные флюсы отвечают предъявляемым требованиям.

Данные химического анализа на содержание серы и фосфора приведены в табл.б.

1632713

Та блица 1

Пнет за времяа ч ратура 1 2 3 б1 5 6 7 8

Зеленый Зеленый. Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый Зеленый

500

I °

550

Темнозеленый

Коричневый 600

Темнозеленый

Темно- Темнозеленый зеленый

Корнчне- Коричневый вый

«и»

Темнозеленый

° Бурый

Темно- Темно"Бурый зеленый и»

650

Бурый б!

700 Темно- Темпобурый бурый

Коричневый

- Бурый

Корнчне" вый

750

Темнокоричневый

Темно-коричневый

Темно- Черный коричневый

ТемноКоричкоричневый невый

800

850

Темно- Темно" Черный коричневый коричневый

900. 1000 б

1050

Черный

Спекание зерен

Как видно из табл.б, во всех случаях достигается необходимая сте. пень рафинирования флюсов от серы и фосфора — не выше 0,01Х, 5

Флюсы, изготовленные по предлагаемому способу, по всем параметрам не уступают стандартным флюсам, а по на- личию вредных примесей серы и фосфора, сниженных до уровня не более

0,017, находится на уровне и выше лучших мировых образцов.

Флюсы могут быть рекомендованы для сварки ответственных конструкций, и, в первую очередь, атомного энергомашиностроения.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварочного

:плавленого флюса, включающий опера- 20 ,ции подготовки шихты, ее плавления в печи, наведения металлической ванны на дне расплава, выдержки расплава с добавкой раскислителя, грануляции, : сушки и окисления путем прокалки в 25

" окислительной газовой среде, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества металла шва при сварке за счет снижения содержания во флюсе серы и фосфора ниже 0,01Х каждого и придания флюсу окислйтельных свойств, после расплавления шихты в расплав вводят окислы железа и выдерживают расплав в течение 510 мин, затем температуру расплава повышают на 150-200 С и подают в

Ф печь раскислитель, выдерживая затем расплав до полного восстановления высших окислов марганца и железа, определяемого по цвету отбираемых проб. окисление прокалкой производят при 800-1000"С до получения темнокоричневых зерен, а для сильноокис-.-. ленных и титансодержащих флюсов — до получения черных зерен.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что окислы железа вводят в расплав в виде гематита, боксита, окалины или ильменита, взя тыми отдельно или в сочетании, а в качестве раскислителя используют алюминий, магний, кальций, углерод, кремний, марганец, титан, из сплавы и химические соединения, взятые отдельно или в сочетании.!

1632713

Та блица 2

Цвет при температуре, С

500 550 600 650 700 750 800 850 900 95А

Черный Черный

Корич- Темно- Темноневый корич- коричневый невый

Зеленый Зеленый Зеле-Темно- Бурый ный зеленый

Максимальная температура электрических вращающихся печей.

Таблица3

НФ-18M

АН-43

AH-42

Время выдержки мин

P Fe<0> S P Feg0> S P

Ге203

0,014 0.010 2,8

0,0!1 1,3

0,008 1,0

3 2 О 011

2,8 0,007

0,010 0,009

0.007 0,009

2.6

2,4 О, 005

2;5

0,006 0 8

0,009 0,7

0,006 0,010 2,.1

0,006 0,011 1,8

2,0 0,005

1,9 0.005

0,010 0,6

Та блица 4

НФ-18И АН-42

АН-43

Fe 0 l S

P Fe<0>

Р, Ре О Я

120

2,9 0,007 0,015 2,8 0,006 0,011 1,3

2 8 О 007 0 010 2 7 О 006 О 008 О

26 00070010 23 00060007 07

2,2 0,007 0,009 1,6 0,006 0,006 0,5

150

170, 0,006 0,008

0 006 0,008

0,006 0,008

200 230

1,2 0,005 0,006 0,5

0,9 0,00$ 0,006 0 4

1,9 0,006 0,009

1,4 0,006 0.009

260

Подъем температуры, град.

0 008

О 008

0,007

0,013

0,010

0,009

0,013

0,009

0,007

0,007

0,007

0,011

О, 010

0.009

0,010

0,011

16327! 3

Таблица5

Содержание компонентов мас .Е

БАОБ (А1БОБ (О БОБ j ИАО ) 0 О (ИБО *) 1100! ИАБО САБИ(Б ) Б

АН-43 1. 16,3 1,4

16,8 1,6

16,2 9,8

16,5 9,4

3,2 8 1.

209 7,1

3,6

20,8 32,6

18,7 0,043

18 4 0,008

23,3 0,037

22,8 0,009

О, 028.

О, 006

2 20,4 33,2

18,7 26,8

20,3 26,2

32,2 15,1

О. 025

АН-17М 1

3,1

0,006

15,4

006 16,2

0,4 16,7

3,3 3,6

3,1 3,8

209 6,3

2,7 6,5

2,8 20,6

2,5 20,3

АН-42 1

16,7

О. 042

0 i 023

О, 006

0,024

00007

2 32,5 15,4

14,8

9,007

0,028

1608

16,9 8.7 !

7,2 8,4

21,6 5,7

21,2 5,9

19,7 10,2

19,9 10,4

24,8

НА! 8М 1

19,6

19,2

9,3

20,1

2514

43,8

6,6

19.4 0,010

АН-48 . 1

10,4

2,7 7,5 0,036

2,4 7,2 0,008

0i 029

0,007

2 96 431

Pie20Up 1

14,8 10,4

15,3 9,8

19,6 0,046 0,02!

19,8 0,009 0,006

Н р и м е ч а н н е. 1 — флюс, изготовленный по известной технологии.

2 — по предлагаемой технологии.

Таблицаб

АН-48

НФ-18М

Окислитель Раскислитель

S j О S

0,006

0,007

0,007

0,008

0i007

Боксит

О, 007 О, 008

«БЭ» и»

Ильменит

0,007 0,010

0,008 0,009 и

Составитель Т.Арест

Редактор В.Бугренкова Техред М.Дидык

Корректор С.Шекмар

Заказ 583 Тираж 518 Подписное

ВНИИПИ Государстоелного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

Силикокальций

Карбид кремния

Ферромарганец

Алюмомагний

Карбид кальция

Ферротитан

Силикомарганец

0,007

0,008

0,010

0,008

0,007

0.007

0,008

0,007

0,008

О, 009

0,009

0.009

0,008