Керамический флюс для сварки низколегированных сталей

 

КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, содержащий магнезит обожженный, волластонит , плавиковый гапат, ферромарганец, силикокальций, алюминиевый порошок, двуокись алюминия, компоненты - окислители , отличающийся тем, что, с целью улучшения отделимости шлаковой корки при сварке в глубокую разделку, улучшения формирования металла гава и уменьшения гигроскопичности фхвоса, в качестве компонентов - окислителей флюс содержит ильменитовый концентрат и силикат марганца, а двуокись алюминия введена в виде материала, содержащего не менее 90% oL фазы , при следующем соотношении компонентов , мас.%: 25-35 Магнезит обожженный 12-24 Волластонит Ильменитовый концентрат Силикат марганца Плавиковый шпат Ферромарганец Силикокальций Алюминиевый порошок Материал, содержащий не менее 90% of--фазы 15-25. А1202 причем суммарное содержание ильменитового концентрата и 1/2 силиката 00 00 марганца составляет 10-20%, суммар ное содержание ферромарганца, силикосо кальция и алюминиевого порошка - 1,52 ,5%, а отношение суммарного содержания магнезита обожженого, d- -фазы и 1/2 волластонита к содержанию плавикового шпата составляет 6,0-8,6.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3<511 В 23 К 35/362

4-1 2

12-.24

6-10

0,4-2,3

0,1 — 1,3 (21) 355) 226/25-27 (22) 11.02.83 (46) 30.04,84. Бюл. 9 16 (72) И.К.Походня, Д.M.Кушнерев и В.В.Головко (71) Ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени институт электро.сварки им. Е.О,Патона (53) 621.791.04(088.8) (56) 1. Векслер М.Ф., Елагин А.В.

Сварочные материалы и их применение в строительстве. M., Стройиздат, 1976, с.93-101.

2. Патент Великобритании

У 1377961, кл. С 7 M 18.12.74.

3. Авторское свидетельство СССР

В 651927, кл. В 23 К 35/362, 21.08. 77, 4. Авторское свидетельство СССР

У 354964, кл. В 23 К 35/362, 03.05.71 (прототип). (54) (57) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛОС ДЛЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, содержащий магнезит обожженный, волластонит, плавиковый шпат, ферромарганец, силикокальций, алюминиевый порошок, двуокись алюминия, компоненты — окислители, отличающийся тем, что, с целью улучшения отделимости шлаковой корки при сварке в глубокую разделку, улучшения формиро„„SU„„1088904 вания металла шва и уменьшения гигроскопичности флюса, в качестве компонентов — окислителей флюс содепжит ильменитовый концентрат и силикат марганца, а двуокись алюминия введена в виде матепиала, содержащего не менее 90% о — фазы А12О, при следующем соотношении компонентов, мас.%: о

Магнезит обожженный 25-35

Болл ас то нит 1 2-24

Ильменитовый концентрат

Силикат марганца

Плавиковый шпат

Ферромарганец

Силикокальций

Алюминиевый порошок 0,1-0,8

Материал, содержащий не менее 90% oL-фазы

А1203

15-25 причем суммарное содержание ильменитового концентрата и 1/2 силиката марганца составляет 10-20%, суммар ное содержание ферромарганца, силикокальция и алюминиевого порошка — 1,52,5%, а отношение суммарного содержания магнезита обожженого, о(. -фазы

А1 0 и 1/2 волластонита к содержанию плавикового шпата составляет

6,0-8,6.

1088904

Данный флюс обладает высокимй сварочно-технологическими свойствами, но не обеспечивает достаточно высо- 45 кой хладостойкости швов из-эа содержания во флюсе цирконового концентрата, который приводит к образованию большого количества неметаллических включений в металле шва, снижающих вязкость сварного соединения.

Известен керамический флюс для сварки низколегированных хладостойких сталей (4), обеспечивающий высокую ударную вязкость сварных соединений при отрицательных температурах и имеющий следующий состав, вес.X:

Изобретение относится к сварочным материалам, точнее к флюсам для механизированной дуговой сварки.

При сварке низколегированных сталей в тех случаях, когда к свар" 5 ным соединениям предъявляются повышенные требования в отношении хладостойкости металла шва, чаще всего применяются плавленные флюсы АН-22, АН-17М и др. (1).

Однако эти флюсы не всегда обеспечивают высокие требования по ударной вязкости металла швов при низких температурах.

Известен керамический флюс для сварки ответственных конструкций Г2 ), имеющий следующий состав, мас, :

Плавиковый шпат 6 — 8

Карбонат кальция 30 — 35

Волластонит 8 — 12

Силикат кальция До 7

Ферромарганец 1,6 — 2

Ферросилиций 1,7 — 2,3

Магнезит 14,5 -17,5

Двуокись алюминия 3 5 — 4,5

Железный порошок Остальное

Однако указанный флюс имеет не-достаточно стабильные технологические свойства вследствие высокого со- 30 держания мрамора и отсутствия МпО.

Известен керамический флюс для сварки ответственных стальных конструкций 1.3 1, имеющий следующий состав, мас. :

Глинозем 16 — 28

Плавиковый шпат 14 — 24

Кварцевый песок 8 — 14

Цирконовый концентрат 4 — 10

Волластонит

Ферромарганец 4 — 7

Рутиловый концентрат Остальное

30 — 50

2 — 8

1 — 3

7 — 20

10 — 40

Магнезит

Марганцевая руда

Гематит

Плавиковый шпат

Волластонит

Глинозем (двуокись алюминия) 6. — 20

Мрамор 5 — 12

Алюминиевый порошок 0,5 — 3

Ферротитан 0,2 — 5

Ферромарганец 0,2-5

Силикокальций 0,1 — 3

Ферромолибден 0,5 — 3

Известный флюс, хотя и обеспечивает достаточно высокую хладостойкость металла швов, выполненных на низколегированных сталях (А 30-60 Дпс/см 2 о н при — 70 С), не нашел широкого применения из-за сравнительно невысоких его технологических свойств, трудной отделимости шлаковой корки при сварке первых проходов многослойных швов, выполненных в глубокой разделке, дефектов формирования (особенно при повышении скорости сварки),и высокой гигроскопичности флюса.

В этом флюсе в качестве компонентов-окислителей применены мрамор,марганцевая руда и гематит. Наличие в этом флюсе от 5 до 12 вес,X мрамора приводит к интенсивному газовыделению в процессе сварки (из-за диссоциации мрамора), что ухудшает технологические свойства (формирование швов и отделимость шлака, особенно при сварке в глубокой разделке) и санитарно-гигиенические характеристики флюса. Использование в этом флюсе доступных сортов марганцевой руды неизбежно приводит к повьппению содержания фосфора в металле шва.

Кроме того, применение во флюсе таких активных окислителей, как мрамор, высшие окислы железа — Fe>0> (гематит) и марганца — МпО (мар2 ганцевая руда) создает высокоокис лительную атмосферу в дуге, что требует интенсивного раскисления наплавленного металла. При 3TQM дорогостоящие раскислители используются нерационально. Кроме того, в этом флюсе используется обычный глинозем, применяемый в сварочных материалах и поставляемый по ГОСТ

6912-64. Этот глинозем, представляющий собой нолиминеральную смесь различных модификаций А12 0 (®A1203, — А12 О, P — А12 03, X — А 12 0, 1088904 о- А1 О; Й- А1203 /3- А120 и лиль до 30% с(- A1203), является черезвычайно гигроскопичным материалом.

Он плохо смачивается жидким стеклом, что затрудняет процесс гранулирования керамических флюсов мето- . дом окомкования.

Цель изобретения — улучшение отделимости шлаковой корки в сварке в глубокую разделку, улучшение формирования металла шва и уменьшение гигроскопичности флюса.

Поставленная цель достигается тем, что керамический флюс для сварки низколегированных сталей, содержащий магнезит, обожженный, волластонит, плавиковый шпат, ферромарганец

-силикокальций, алюминиевый порошок, двуокись алюминия и компоненты-окислители, в качестве последних содержит ильменитовый концентрат и силикат марганца при этом двуокись алюминия введена в виде материала, содержащего не менее 90Х eL азы AQ Q а компоненты флюса взяты в следующем соотношении, мас.%:

Магнезит обожженный 25 — 35

Волластонит 12 — 24

-Плавиковый шпат 6 — 10

Ферромарганец 0,4 — 2,3

Силикокальций 0,1- 1,3

Апюмщ иевый порошок О,1 — 0,8

Ильменитовый кон35

4 — 12

12- 24 центрат

Силикат марганца

Материал, содержащий не менее 90% с(-фазы

А120З

15 — 25 40 причем суммарное содержание ильменитового концентрата и 1/2 силиката марганца составляет 10-20 мас.%, суммарное содержание ферромарганца, силикокальция и алюминиевого порот- 45 ка — 1,5-2 5 мас.%, а отношение суммарного содержания магнезита обожженного, о(-фазы А1 0 и 1/2 волластонита к содержанию йлавикового шпата составляет 6,0-8,6%. 50

В предлагаемом флюсе с целью снии жения его гигроскопичности и облегчения технологии изготовления (что входит в понятие сварочно-технологических свойств флюса) применен компонент, содержащий не менее 95% ,g - A1 О (например, электрокорунд .или высокопрокаленный глинозем).

Кроме того, применено комплексное микролегирование.металла шва кальцием и алюминием с „помощью силикокальция (до 1,3 мас.X) и алюминиевого порошка (до 0,8 мас.%), а также . дополнительное легирование марганцем за счет ферромарганца, которое позволяет получать оптимальную структуру металла шва, основной составляющей которой является игольчатый феррит,.что обеспечивает высокую хладостойкость швов при сварке ряда низколегированных сталей. Введение в состав флюса ферротитана и ферросилиция (как в известном флюсе— прототипе) не позволяет получить достаточного количества игольчатого феррита в структуре металла швов.

Легирование металла шва молибденом и никелем целесообразнее производить с помощью применения проволок, со-. держащих эти элементы, а не вводя ферромолибден и никель во флюс (как это делается в известном флюсе-прототипе), так как значительные количестsa этих дорогостоящих компонентов неизбежно теряются в шлаковой корке.

В предлагаемом флюсе в качестве компонентов-окислителей применены ильменитовый концентрат и силикат марганца, действие которых значительно слабее, чем мрамора, марганцевой руды и гематита. Ильменитовый концентрат в отличие от рутила не является дефицитным материалом.

Суммарное содержание ильменитового концентрата и 1/2 силиката марганца

10-20 мас.X. Данного количества окислителей достаточно для создания условий перехода сульфидных включений пленочного типа в металле шва в глобулярные оксисульфиды, что способствует улучшению механических свойств сварного соединения.

С целью снижения содержания кислорода в шве, ухуднающего вязкость металла, в состав флюса вводят рас.кислители. Наличие вышеуказанного количества раскислителей во флюсе обеспечивает получение оптимального химического состава металла шва,обладающего высокими механическими свойствамй при низких температурах, и является достаточным для раскисления металла сварочной ванны.

Сварочно-технологические характеристики флюсов во многом определя-, ются их физико-химическими свойства1088904 ми. Одними из наиболее важных пока.зателей являются температура плавления шлака и его вязкость в расплавленном состоянии при температуре, близкой к температуре кристаллизации 5 металла шва. Вводимые в состав флюса такие шлакообразующие компоненты, как обожженный магнезит,электроплавленный корунд и частично волластонит, повышают температуру плавления флюса и вязкость шлака при 1600 С,а плавиковый шпат снижает как температуру пчавления флюса,таки вязкость шлака.

В табл ° 1 приведены варианты состава флюса, которые подвергались !

5 испытаниям. Под этими флюсами быпи получены сварные соединения из низколегированных сталей 09Г2С, 1ОХСНД и 15Г2АФД пс °

Химический состав и механические характеристики металла швов приведены в табл,2-4.

Таблица 1

Содержание, мас.Х, в партии флюса, Ф

Компоненты

35

27

31,2 32,7 Магнезит обожженный

20,7

18,5

22 5 15 25

12

12.16 12

16 12

Силикат марганца

Волластонит

16

Ильменитовый концентрат

12 8

Плавиковый шпат

7,3 8

2,3 1

0,1 0,8

0,1 0 5

1,4

0,4

Ферромарганец

1,5

0,8

0,6

0,5

Силикокальций

1,3

0,4

0,5

0,1

0,8

Алюминиевый порошок

Корунд электроплавленный

Как видно из приведенных данных, предлагаемый флюс имеет хорошие технологические свойства и обеспечивает высокий уровень ударной вяэкос» ти металла шва при отрицательных температурах. Флюс должен найти широкое применение для сварки ответственных узлов металлоконструкций из низколегированных сталей взамен керамического флюса (1g, выбранного в качестве базового объекта. При этом будет получен значительный экономический эффект по сравнению с использованием базового объекта за счет снижения стоимости шихты флюса (отсутствия в ней ферромолибдена), возможности снижения трудоемкости сварки в результате более легкой отделимости шлаковой корки, возможности повышения производительности сварки,а также меньшего расхода флюса.

I 1 T T

1088904

Таблица 2

Химический состав металла швов, полученных прй сварке пол поецлагаемым флюсом (мас.Е) д9 партии флюс

Сварочная проволока

Химические элементы

L I

Основной металл

С Мп Si Mo

Ni Cr Я Р

09Г2С Св-10Г2 4

Св-08МХ 6

Св-08ХМ 5

Св-10НМА 3

0,090 1,42 0,22 0,25 0,18 0,079 0,014 0,016

0,101 1,42 0,30 н/о 0,21 0,30 0,016 0,013

10ХСНД Св-10Г2 !

0,093 1,40 0,33 н/о

0,190,380 0,018 0,012

0,121 1,46 0,20 0,19 0,23 0,083 0,016 0,017

15Г2АФД Св-10НМА 6 пс

Таблица 3

Прочностные характеристики металла швов, испытуемым флюсом полученных при сварке под

Сварочная II партии Ü8, MIla проволока флюса

6, МП

Основной металл

562-575

09Г2С Св-10Г2 4

30,6-32 0 67,7-63,0

457-462

566

460

65,0-66 0

478-490

585-600

65,8

27 0-27,5 61,0-62,0

481

490-500

625-630

427,3 61,5

24 0-21,3 59 9-59,9

496

586-606

627

730-741

22,0 59,9

26,6-33,3 66,0-69,8

600

735

502-530

339-350

346

10ХСНД Св-1072

68,4

32,0

521

509-572

37I-424

22,3-34,0

523

382

31,0 с

15Г2АФД пс Св-lOHMA

586-617

19 0-20 6 51,0-55 б

760-765

761

600

53,4

20,0

П р и м е ч а н и е: В таблице приведены данные испытаний не менее чем трех образцов по ГОСТ 6996-66 тип П.

В числителе показаны минимальное и максимальное о а в знаменателе среднее значение результатов испытаний образцов.

Св-08МХА

Св-08ХМ

Св-10НМА

0,088 1,80 0,33 н/о

0,079 1,10 0,33 0,19

0,082 1,30 0,44 0,20 н/о 0,075 0,015 0,019 н/о 0,800 0,016 0,017 н/о 0,310 0,015 0,018!

1088904

Основной металл

Ан Дж/см при температуре, С о

1!9 партии флюса

Сварочная проволока

-40 -60 -70

104-124

72-102

20-51

205-232

Св-1 1;1Г2

221

114

Св-08ВМХ

86-100 52-90 41-87

93 80 80

105-184

156

109-.109 61-84

109 66

42-52

35-62

Св-08ХМ

111 — 157 105-111 102-117

122 107 07

161-185

Св-10НМА

172

10ХСНД Св-1ОГ2

100-142

154-196

89 -123 81-97

101 86

124

168

254-119 126-176 104-142 87-108

192 161 127 95

Св-1072

85-103 59-69 61-62

96 64 61

15Г2АФД пс Св-10НМА

137-152

143

П р и м е ч а н и е : В таблице приведены данные не менее чем трех образцов по ГОСТ 6996-66 тип.YI.

В числителе показаны минимальное и максимальное, а в знаменателе — среднее значение результатов испытаний образцов.

Составитель Т,Арест

Редактор А.Лежнина Техред М.Надь Корректор А.Дзятко

Заказ 2784/12 Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Таблица 4

Ударняая вязкость металла швов, лолученных при сварке под испытуемым флюсом