Керамический флюс для сварки сталей

 

КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ СТАЛЕЙ, преимущественно гшакированных алюминием, содержащий ферросилиций , ферромарганец, марганцевую руду, плавиковый шпат, мрамор, волластонит, окись железа, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и вязкости мгталла шва за счет окисления алюминия покрытия с последующим удапенией окисла алюминия в шлак, а также улучшения сварочно-технологических свойств флюса, он дополнительно содержит окись хрома, никель, кремнефтористый натрий и рутил, а окись железа введена в виде железной окалины при следующем соотношении компонентов,мае.%: Ферросилиций 0,4-2,0 Ферромарганец 0,6-3,0 Марганцевая руда 2-8 Плавиковый шпат20-30 Мрамор4-8 Рутил5-10 Железная окалина 12-16 Волластонит 11-30 Окись хрома 4-8 Никель5-9 Кремнефтористый натрий4-8

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (ц В 23 К 35/362

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

20-30

4-8

5-10 шлат

Мрамор

Рутил

Железная окалина

Волластонит

Окись хрома

Никель

Кремнефтористый натрий

12-16

11-30

4-8

5-9

4-8

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2i) 3588420/25-27 (22) 10.05.83 (46) 15.08.84. Бюл. Ф 30 (72) А. Г. Василенко, В.М. Карпенко, М.С.Удовин и Г.Б.Билык (71) Краматорский индустриальный институт (53) 621.791.04(088.8) (56) 1. Патент США Р 4003766, кл. В 23 К 35/34, 1977.

2.. Авторское свидетельство СССР

У 323233, кл. В 23 К 35/362, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 268143, кл. В 23 К 35/362, 1969 (прототип). (54)(57) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДЛЯ СВАРКИ

СТАЛЕЙ, преимущественно плакированных алюминием, содержащий ферросилиций, ферромарганец, марганцевую руду, плавиковый шлат, мрамор, волластонит, окись железа, отличающийся тем, что, с целью повышения пластичности и вязкости металла шва за счет окисления алюминия покрытия с последующим удалением окисла алюминия в шпак, а также улучшения сварочно-технологических свойств флюса, он дополнительно содержит окись хрома, никель, кремнефтористый натрий и рутил, а окись железа введена в виде железной окалины при следующем соотношении компонентов,мас.7:

Ферросилиций 0,4-2,0

Ферромарганец 0,6-3,0

Марганцевая руда 2-8

Плавиковый

1107994

15

25

12-16

11-30

4-8

5-9

1

Изобретение относится к составам керамических флюсов для механизированной сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытием.

Известен керамический флюс для сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытием 1), содержащий следующие компоненты, мас.7:

Кремний 1,2-2,9

Марганец 0,5-0,6

Фтористый кальций 1,5-9,0

Карбонат кальция 11,5-17,7

Окись магния 0,3-0,6

Силикоцирконий 0,6-0,75

Двуокись титана 1,2-2,25

Слюда 0,36-0,75

Альгинат натрия 0,09-0, 15

Железо Остальное

Известен также керамический флюс(2 1, содержащий следующие компоненты, мас.Х:

Ферросилиций 0,2-2,0

Ферромарганец 0,2-2,0

Ферротитан 0,2-2,5

Марганцевая руда 2,0-5 0

Гематит 10,0-12, 0

Магнезит 22,0-40,0

Плавиковый шпат 20,0-30,0

Глинозем 14,0-20,0

Мрамор 3,0-8,0

Алюминиевый порошок 2,0-5,0

Рутил 3,0-9,0

Полевой шпат 3,0-8,0

Известные флюсы не обладают необходимыми сварочно-технологическими .свойствами при сварке сталей с алюминиевым покрытием из-за значительного перехода алюминия из покрытия в сварной шов, в результате чего ухудша ются пластично-вязкие свойства свар-. ного шва и отделимость шлака.

Известен керамический флюс f3 ), содержащий компоненты при следующем соотношении,мас.7.:

Волластонит 10-40

Ферросилиций 0,2-5,0

Марганцевая руда 2,0-8,0

Гематит (окись железа) 1,0-3,0

Магнезит 30-50

Плавиковый шпат 7-20 55

Глинозем 6-20

Мрамор 5-12

Алюминиевый порошок 0,5-3,0

Ферротитан 0,2-5,0

Ферромарганец 0,2-5,0

Этот флюс обеспечивает более высокую пластичность металла шва, однако также не способствует выведению алюминия из металла шва.

Целью изобретения является повышение пластичности и вязкости свойств металла шва за счет окисления алюминия покрытия последующим удалением окисла алюминия в шлак, а также повышение сварочно-технологических свойств флюса при сварке стальных конструкций, покрытых слоем алюминия толщиной 200 †3 мкм.

Поставленная цель достигается тем, что керамический флюс для сварки стальных конструкций, содержащий окись железа, ферросилиций, ферромарганец, марганцевую руду, плавиковый шпат, мрамор, волластонит, дополнительно содержит окись хрома, никель, кремнефтористый натрий и рутил, а окись железа введена в виде железной окалины при следующем соотношении компонентов, мас.X: ферросилиций 0,4-2,0 ферромарганец 0,6-3,0

Марганцевая руда 2-8

Плавиковый шпат 20-30

Мрамор 4-8

Рутил 5 — 10

Железная окалина

Волластонит

Окись хрома

Никель, Кремнефтористый натрий 4-8

Процентное содержание вводимой во флюс окалины (12,0-16,0) определено из расчета, чтобы ее масса составляла с расплавляемым алюминиевым покрытием отношение в диапазоне 3: t-4:1 (отношение массы прореагировавшего флюса к массе наплавленного металла примерно равно единице).

Такое соотношение позволяет в полной мере осуществить экзометрическую реакцию 3FeO 2AI=AI>0>+3Fe (аналогично с Fe203 и Fe>Oa ) и, таким образом, вывести алюминий из сварного шва путем окисления его и удаления получаемого окисла в шлак.

Это дает возможность избежать ухудшения пластично-вязких свойств сварного шва и отделимости шлаковой корки из-за значительного перехода алюминия из покрытия н сварной шов, 1107994 выполненный на металлоконструкциях

7 покрытых алюминием.

Выбор окалины по сравнению с другими окислителями, например гематитом, произведен исходя из значительно более низкого содержания в ее составе серы (не более 0,0414) и фосфора (не более 0,052X) являющихся вредными примесями в металле сварного шва (концентрация серы и фосфора в гематите до 0,15Х каждого). Кроме того, железная окалина является отходом производства стальных заготовок, она дешевая и недефицитная.

Введение волластонита и кремнефтористого натрия позволяет получить необходимые соотношения между СаО и 510, hlv<0 и SiF<, улучшить плавление флюса в результате снижения температуры его плавления, повысить жидкотекучесть, уменьшить опасность образования пор и получить плотный металл. При содержании волластонита менее 11,07 и кремнефтористого натрия менее 4,07 эффект от их введения проявляется незначительно. Верхний предел содержания волластонита

30,0Х и кремнефтористого натрия 8,07 выбран из соображений ограничения количества газошлакообразующих компонентов флюса.

Введение во флюс свыше 57. никеля способствует повышению ударной вязкости металла сварного шва при низких температурах.

Окись хрома, как и окислы железа, вводимые в виде окалины, и окислы марганца, вводимые в виде марганце вой руды, восстанавливаются алюминиевым покрытием в процессе сварки, легируя металл шва и увеличивая коэффициент наплавки. Восстановленный хром способствует повышению прочностных характеристик сварного соединения. При содержании окиси хрома менее 4,07 эффект от ее введения проявляется незначительно. Повышение содержания никеля во флюсе при неизменном или меньшем содержании окиси хрома может привести к появлению горячих трещин сварного шва.

Пределы содержания ферромарганца

0,6-3,07 и ферросилиция 0,4-2,07 выбраны из расчета, чтобы соотношение марганца и кремния во флюсе было близким к 3:1, что является оптимальным для получения необходимых пластично-вязких свойств сварного соединения. Верхняя граница содержания ферросилиция во флюсе (2,07) ограничена по причине увеличения количества неметаллических включеS ний в сварном шве с увеличением содержания кремния. Нижний предел содержания ферромарганца (0,6X) и ферросилиция (0,4X) ограничен заданными значениями характеристик прочности

10 металла шва, которые с уменьшением содержания в нем марганца и кремния снижаются.

Наличие в составе флюса окислов марганца создает окислительную атмосферу в зоне дуги, что снижает

I парциальное давление водорода в газовой фазе и тем самым способствует предотвращению пористости в наплавленном металле. Одновременно обес20 печивается связывание водорода фтором за счет наличия в составе флюса фтористого кальция. Все это дает возможность получить сварной шов без пор. Пределы содержания марганцевой руды 2,0-8,07 выбраны из расчета, чтобы суммарное содержание марганца, вводимое в сварной шов через марганцевую руду и ферромарганец, было в диапазоне 0,7-1,1Х.

30 При содержании плавикового шпата во флюсе менее 20Х не обеспечивается требуемая вязкость шлака, а при содержании его более ЗОХ шлак становится сильно жидкотекучим, плохо

35 покрывающим валик. Кроме того, дальнейшее повышение содержания плавиково го шпата ограничено условиями устойчивого горения дуги и выделением вредных газов при сварке.

40 Пределы содержания мрамора во флюсе 4,0-8,0Х выбраны из расчета обес. печения эффективной газовой защиты металла сварного шва.

Пределы содержания рутила 5,045 10,07 выбраны из условий хорошего формирования сварного шва.

Конкретные составы флюсов приведены в табл.1.

Для изготовления флюса применялось жидкое стекло плотностью 1,30 в количестве 207 от массы сухой смеси.

Уменьшение плотности жидкого стекла ниже указанной снижает механическуЮ прочность зерен флюса. Повышение же плотности затрудняет выполнение последующей операции гранулирования, а также ведет к увеличению количества силиката натрия во флюсе, что является нежелательным.

11079

Таблица 1

Содержание,мас.X во флюсе состава, Ф

Компоненты

2,0 2,5

0,2 0,4 1,0

0,4 0,6 1,5

1,0 2,0 5,0

19,0 20,0 25,0

3 0 4 0 6 0

Ферросилиций

3,0 4,0

Ферромарганец

8 0 9,0

30,0 31,0

8,0 9,0

Марганцевая руда

Плавиковый шпат

Мрамор

Количество жидкого стекла следует корректировать в зависимости от ряда факторов, .таких как степень иэмель" чения компонентов, температура материалов и окружающей среды, модуль жидкого стекла и др, Признаком достаточного количества жидкого стекла во флюсовой массе может служить появление при перемешивании массы комочков с выступившим наружу жидким стек- 10 лом.

Недостаточное количество введенного в сухую шихту жидкого стекла приводит к образованию при гранулировании большого количества мелкой фрак- 1 ции во флюсе и недостаточной прочности

его зерен. Слишком большое количество жидкого стекла затрудняет процесс гранулирования. Операция гранулирования должна обеспечить максимальный вы-gg ход фракции с величиной зерен 1-3 мм.

Температура прокалки флюса 650-680 С.

Флюс при сварке стали с алюминиевым покрытием толщиной 200-300 мкм обеспечивает устойчивое протекание дугового процесса, хорошее формирование шва и отделимость шлаковой корки.

Сварку выполняли аппаратом АБС постоянным током обратной полярности от выпрямителя ВС-600. Сваривали плас- 0 тины 200х100х12 мм из стали Cm3cn состава, 7: С О, 15X; Nn 0,55, Si 0,25, P 0,02 S 0,03; покрытой методом электродугового напыления слоем алюминия

200-300 мкм, стыковым швом.

Испытывали три состава керамических флюсов (табл. 1, составы 2- 4) в соответствии с изобретением,а также два. состава флюсов, состоящих иэ тех же компонентов, но в процентном отношении, выходящем эо пределы, установленные изобретением (составы 1 и 5).

Исследования проводили в следующем диапазоне режимов: сварочный ток

380-420 А, напряжение на дуге 25-35 В, скорость сварки 13,5-24,5 м/ч.

Химическим анализом определяли содержание алюминия, серы, фосфора в металле сварного шва. Ударную вяэО кссть при температуре 40 С определяли на образцах типа У1 (ГОСТ 9454-78).

Отделимость шлака определяли путем приложения ударной нагрузки со стороны корня шва сваренной пластины и отнесения площади отделившегося шлака к работе удара. Температура сварного шва при определении отделимости составляла около 4504С.

Усредненные результаты испытаний сведены в табл.2.

Таким образом, флюс обладает достаточной окислительной способностью по отношению к алюминию покрытия, о чем свидетельствует снижение в

4-8 раз содержания алюминия в сварном шве, что обеспечивает увеличение более чем в 3 раза ударной вязкости при температуре 40 С.

Кроме того, снизилось количество вредных примесей (серы и фосфора) в металле сварного шва. Улучшилась отделимость шлаковой корки.

Пониженные показатели, выходящие эа допустимые пределы по ударной вязкости, полученные для составов 1 и 5, позволяют сделать вывод о правильности выбранных пределов содержания компоне фов.

Предлагаемый флюс может применяться для сварки стальных конструкций с алюминиевым покрытием, обеспечивая хорошие свойства сварных соединений.

1 2 3 4 5

1107994

Продолжение таблицы

Компоненты

Рутил

Окалина

Волластонит

Окись хрома

Никель

Кремнефтористый натрий

Таблица 2

Состав

Содержание в металле сварного шва,мас.X

Ударная вязкость

Отделимость шлака, см >/Дж фосфора алюминия серы при температуре 40 С, Дж/см

4,5

4,9

5,3

5,5

5,6

Составитель Т.Арест

Техред Т.Фанта Корректор С.Лыжова

Редактор Л.Повхан

Заказ 5818/12

Тираж 1037 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

О, 100

0,081

0,069

0,042

0,029

0,022

0,025

0,027

0,029

0,033

11,0 10,0 7,0

11,0 12,0 . 14,0

324 300 21 5

9,0 8,0 6,0, 10,0 9,0 7,0

3,0 4,0 6,0

0,027

0,028

0,028

0,030

0,032

5 0 4,0

16,0 17,0

11,0

4,0 3,0

5 0 4,0

8,0 9,0