Состав флюса для сварки и наплавки проволокой и лентой из стали аустенитного класса

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей или наплавки антикоррозионного покрытия, например, оборудования атомных энергетических установок. Плавленый флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%:SiO2 9-15, CaO 19-31, Al2O3 28-34, CaF2 29-33, Fe2O3 0,005-1,000, MgO 0,005-2,000, MnO 0,01-1,000. При этом должны выполняться соотношения:(CaO/2+5MgO+30MnO+2,6Fe2O3)/SiO2≥1 и (SiO2-8)4/(31F2O3+10MnO)≤1000. Сварочный флюс может применяться с аустенитными сварочными и наплавочными материалами с пониженным содержанием углерода, при этом он обеспечивает повышенную стойкость наплавленного металла к тепловому охрупчиванию в результате термического старения, что позволяет увеличить срок службы оборудования реакторных установок. 1 табл.

 

Изобретение относится к области производства сварочного флюса, используемого для сварки нержавеющих сталей и наплавки антикоррозионного покрытия оборудования атомных энергетических установок, а также других сосудов высокого давления в энергетическом машиностроении и нефтехимии.

В настоящее время наблюдается общемировая тенденция применения сварочных и наплавочных материалов с низким содержанием углерода для сварки сталей аустенитного класса и выполнения антикоррозионных наплавок. Пониженное содержание углерода в аустенитных сварочных материалах позволяет повысить стойкость металла швов и наплавок к межкристаллитной коррозии, а также значительно уменьшить эффект охрупчивания металла шва и наплавок в результате термического старения. Применение низкоуглеродистых проволок и флюсов из стали аустенитного класса обусловило необходимость создания высокотехнологичных сварочных флюсов, обеспечивающих получение высокого качества металла швов и наплавок.

В настоящее время для автоматической сварки нержавеющих сталей широко применяется флюс марки ОФ-6, который содержит в своем составе SiO2, CaO, Al2O3, CaF2 при следующем соотношении компонентов, масс.%:

SiO2 3,5-6,0
CaO 16,0-20,0
Al2O3 20,0-24,0
CaF2 50,0-60,0
MgO не более 2
MnO не более 0,3
Fe2O3 не более 1,0
S не более 0,025
Р не более 0,025

Флюс марки ОФ-6 обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами при сварке проволокой, однако не подходит для наплавки лентой, так как не обеспечивает удовлетворительного формирования наплавленного валика. Для ленточной наплавки антикоррозионного покрытия автоматическим электродуговым способом применяется флюс марки ОФ-10, который содержит в своем составе SiO2, CaO, MgO, Al2O3, CaF2 при следующем соотношении компонентов, масс.%

SiO2 9,0-12,0
MgO 11,0-14,0
Al2O3 28,0-34,0
CaF2 35,0-46,0
CaO не более 8,0
MnO не более 0,3
Fe2O3 не более 1,0
S не более 0,025
Р не более 0,025

Оба эти флюса поставляются по ОСТ 5Р.9206-75 "Флюсы для сварки и наплавки сварочной проволокой и лентой".

Основным недостатком флюса ОФ-10 является плохое отделение шлаковой корки при наплавке ниобийсодержащими лентами, вследствие формирования прочных соединений типа шпинели на границе затвердевающих металла и шлака. Это приводит к образованию трудноудаляемых остатков шлака ("пригара") на поверхности валика, а также к повышенной загрязненности наплавленного металла шлаковыми включениями в виде силикатов различного состава, что оказывает негативное влияние на характеристики его пластичности и ударной вязкости.

Кроме того, с точки зрения унификации процессов сварки и наплавки оборудования, целесообразно применение флюса одной марки как для сварки проволокой, так и для наплавки лентой, обеспечивающего высокие сварочно-технологические свойства и требуемые показатели качества наплавленного металла (металла шва).

Известен состав универсального сварочного флюса, взятый в качестве прототипа, состав которого опубликован в заявке на изобретение RU 2009138174 А, опубликованной 20.04.2011 г., содержащий в своем составе SiO2, CaO, Al2O3, CaF2, Fe2O3, MgO при следующем соотношении компонентов, масс.%

SiO2 9-14
CaO 24-31
Al2O3 28-32
CaF2 29-33
Fe2O3 0,001-1,0
MgO 0,001-2,0

при этом должно выполняться соотношение:

(SiO2-8)4/Fe2O3≤3000

Флюс этого состава широко применяется при изготовлении оборудования атомных энергетических установок как для сварки нержавеющих сталей проволокой марок Св-04Х19Н11МЗ, Св-08Х19Н10Г2Б, так и для наплавки лентами Св-04Х20Н10Г2Б, Св-07Х25Н13, Св-10Х16Н25АМ6 и т.д. Флюс имеет хорошие сварочно-технологические свойства, в частности, наблюдается эффект самоотделения шлаковой корки и отсутствие пригара на поверхности валиков. Флюс так же обеспечивает получение металла швов и наплавок с показателями ударной вязкости KCU не ниже 30 Дж/см2 после технологических отпусков.

Недостатком указанных выше флюсов является непригодность их применения в сочетании с новыми аустенитными сварочными и наплавочными материалами, содержание углерода в которых составляет менее 0,03%. Низкое содержание углерода в составе сварочных материалов способствует интенсификации протекания окислительно-восстановительных процессов в сварочной ванне и более активному выгоранию марганца, что наряду с низким содержанием азота и неизменным содержанием никеля приводит к существенному увеличению содержания ферритной фазы в наплавленном металле, следствием чего является его повышенная склонность к охрупчиванию при последующих тепловых выдержках, в том числе после проведения технологических отпусков.

Техническим результатом изобретения является создание универсального плавленого сварочного флюса для автоматической сварки проволокой и наплавки лентой из стали аустенитного класса, приводящего к снижению склонности металла шва или наплавки к тепловому охрупчиванию и обеспечивающего показатель ударной вязкости не ниже 30 Дж/см2 после проведения технологических отпусков в сочетании как с обычными, так и с низкоуглеродистыми аустенитными сварочными материалами, содержание углерода в которых не превышает 0,03%.

Технический результат достигается тем, что плавленый флюс, содержащий SiO2, СаО, Al2O3, CaF2, Fe2O3, MgO, дополнительно содержит MnO при следующем соотношении компонентов, масс.%:

SiO2 9-15
СаО 19-31
Al2O3 28-34
CaF2 29-33
Fe2O3 0,005-1,000
MgO 0,005-2,000
MnO 0,01-1,000

при этом должны выполняться соотношения:

( C a O / 2 + 5 M g O + 30 M n O + 2,6 F e 2 O 3 ) / S i O 2 1 ( 1 )

( S i O 2 8 ) 4 / ( 31 F 2 O 3 + 10 M n O ) 1000 ( 2 )

Достижение заявленного результата осуществляли за счет корректировки химического состава сварочного флюса с целью предотвращения выгорания марганца из наплавленного металла.

Известно, что степень окисления (выгорания) марганца обратно пропорциональна количеству оксида марганца во флюсе. Одним из способов предотвратить выгорание марганца из наплавленного металла является введение оксида марганца в состав сварочного флюса в количестве от 0,01 до 1,00%. При содержании оксида марганца менее 0,01% его влияние не проявляется. MnO в количестве более 1% приводит к интенсивному протеканию марганцевосстановительных процессов с образованием железомарганцевых силикатов сравнительно крупного размера (~0,02 мм), и как следствие, к снижению вязких характеристик наплавленного металла.

Ограничение верхнего предела содержания оксида марганца в составе флюса на столь низком уровне делает необходимым введение дополнительных условий, гарантирующих минимальный уровень выгорания марганца при выполнении наплавки. Многолетний опыт применения плавленых флюсов показал, что с повышением основности флюса интенсивность выгорания марганца снижается, а с уменьшением основности соответственно увеличивается. Увеличение содержания в составе флюса основных оксидов CaO, MgO и Fe2O3 и снижение содержания кислого оксида SiO2 приведет к снижению интенсивности выгорания марганца из наплавленного металла, при этом снижение содержания во флюсе SiO2 ниже установленных пределов недопустимо, так как это может вызвать появление пор в наплавленном металле. Из основных оксидов, кроме MnO, целесообразно увеличить нижний предел содержания Fe2O3 и MgO с 0,001 до 0,005%, а увеличение содержания CaO нецелесообразно, так как это приведет резкому повышению температуры кристаллизации флюса-шлака, и как следствие, к ухудшению сварочно-технологических свойств флюса. С учетом изложенного установлено соотношение (1) между суммарным содержанием основных оксидов с учетом степени их влияния и SiO2, обеспечивающее минимальную степень выгорания марганца из наплавленного металла. Следует отметить, что коэффициент, поставленный перед оксидом марганца, учитывает не только повышение основности флюса, но и снижение интенсивности окисления марганца в металле шва за счет наличия MnO в составе шлака. Невыполнение условий соотношения (1) приведет к выгоранию значительной доли марганца из наплавленного металла, и как следствие к увеличению содержания ферритной фазы в наплавке, что сделает ее более склонной к охрупчиванию в результате технологических отпусков.

Введение MnO в состав флюса привело к необходимости откорректировать соотношение, приведенное в прототипе. Соотношение (2) обеспечивает исключение образование силикатов в наплавленном металле при сохранении хороших сварочно-технологических свойств флюса: стабильности электродугового процесса, самопроизвольного полного отделения шлаковой корки, формирования валика равномерного сечения. При невыполнении этого соотношения количество F2O3 будет недостаточным для подавления кремневосстановительного процесса.

Проверку сварочно-технологических свойств флюса осуществляли при наплавке лентой марки Св-02Х18Н10Б сечением 0,7×50 мм на пластины из стали марки 15Х2МФА (ТУ 5.961-11060-2008) толщиной 60 мм на следующих режимах:

I=650-700А, Uд=32-36 В, Vсв=12 м/ч.

При испытаниях оценивали следующие параметры:

- стабильность электродугового процесса;

- формирование наплавленного валика;

- легкость и полноту отделения шлаковой корки;

- отсутствие пор и шлаковых включений в наплавленном металле.

- механические свойства металла наплавки после отпуска по режиму 670°С, 50 ч.

В таблице приведены результаты сравнительных испытаний опытных плавок флюса и прототипа при наплавке и механических испытаний наплавки.

Результаты испытаний подтверждают преимущество предлагаемого состава флюса по ударной вязкости наплавленного металла после отпусков при сохранении его прочности и пластичности, а также при обеспечении высоких сварочно-технологических свойств флюса.

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого флюса выразится в продлении срока службы реакторных установок за счет применения сварочных лент с пониженным содержанием углерода, позволяющим обеспечить получение наплавленного металла с более высоким комплексом служебных характеристик.

Флюс для сварки и наплавки проволокой или лентой из стали аустенитного класса, содержащий SiO2, CaO, Al2O3, CaF2, Fe2O3, MgO, отличающийся тем, что он дополнительно содержит MnO при следующим соотношении компонентов, мас.%:

SiO2 9-15
CaO 19-31
Al2O3 28-34
CaF2 29-33
Fe2O3 0,005-1,000
MgO 0,005-2,000
MnO 0,01-1,000

при этом
(CaO/2+5MgO+30MnO+2,6Fe2O3)/SiO2≥1;
(SiO2-8)4/(31F2O3+10MnO)≤1000.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при наплавке под слоем флюса антикоррозионных покрытий на внутренние поверхности радиальных отверстий корпусов сосудов, работающих под давлением.

Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки под флюсом двумя ленточными электродами. На корпусе сварочной головки смонтирован механизм подачи электродов, неподвижные направляющие для электродов, флюсоподающая система.

Изобретение может быть использовано при дуговой приварке гибких упоров в виде круглых стержней, которые применяют в мостостроении и домостроении для объединения железобетонных элементов со стальными конструкциями с целью восприятия усилий сдвига при действии статических и динамических нагрузок.

Изобретение относится к способу и машине комбинированной дуговой сварки. Изобретение позволяет достигнуть предотвращение ухудшения ударной вязкости зоны термического влияния за счет поддержания плотности тока газоэлектрической сварки металлическим электродом и дуговой сварки под флюсом в пределах соответствующего диапазона во время сварки стального листа.

Способ предназначен для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, одна из которых тонкостенная, другая толстостенная.

Изобретение может быть использовано для изготовления сваркой труб большого диаметра, например стальных труб, преимущественно спиральных сварных труб. Выполняют однослойную дуговую сварку под флюсом со стороны внутренней поверхности и со стороны наружной поверхности листа.

Изобретение относится к нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и может найти применение при изготовлении оборудования для переработки нефти, в частности при сборке крупноразмерных металлических резервуаров типа сепараторов, отстойников, емкостей для хранения и подготовки нефти.

Изобретение относится к способу дуговой сварки стали под флюсом с применением множества электродов, пригодный для сварки в производстве стальных труб большого диаметра, например стальных труб или спиральных сварных труб, образуемых из исходных материалов толщиной 10-50 мм.

Изобретение относится к области технологии сварки, а именно к способам снятия остаточных напряжений, возникающих в сварных соединениях в процессе сварки и, как следствие, снижению геометрических погрешностей формы корпусов.
Изобретение может быть использовано для нанесения высоколегированных плакирующих слоев путем автоматической наплавки ленточным электродом под слоем флюса в электрошлаковом режиме рабочих поверхностей современных корпусов атомных реакторов и других сосудов высокого давления.
Изобретение может быть использовано при автоматической сварке или наплавке под флюсом изделий из высоколегированных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса.
Изобретение может быть использовано при сварке изделий, работающих при отрицательных температурах. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: пылевидные отходы производства извести 33,9-44,5, пылевидные отходы производства ферросилиция 20,5-31,1, пылевидные отходы производства алюминия 22-27, жидкое стекло 8-13.

Изобретение относится к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам. .

Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к керамическим флюсам для механизированной наплавки и сварки низкоуглеродистых и низколегированных сталей.
Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам. .

Изобретение относится к электродуговой сварке под флюсом и может быть использовано при сварке листовых металлоконструкций и резервуаров, работающих при отрицательных температурах.
Изобретение относится к сварочной отрасли, а именно к составам шихты для получения сварочного плавленого флюса, и может быть использовано при механизированной сварке и наплавке углеродистых сталей общего назначения низколегированной сварочной проволокой.

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к агломерированным флюсам, и может быть использовано для автоматической сварки низколегированных хладостойких сталей высокой прочности на высоких скоростях низколегированными проволоками в различных отраслях промышленности, например в производстве труб, судостроительной и нефтехимической промышленности.

Изобретение относится к способу получения хлорцинкатов аммония. .

Изобретение может быть использовано для сварки низколегированных теплоустойчивых сталей перлитного класса, применяемых в нефтехимической промышленности. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: электрокорунд (19,0-25,0), синтетический шлак (14,0-18,0), плавиковый шпат (23,0-25,65), титаномагнетитовый концентрат (0,50-1,0), фтористый барий (0,40-1,5), марганец металлический (1,0-2,50), ферротитан (0,30-0,60), ферросилиций (0,20-0,50), обожженный магнезит (23,0-34,30), силикат натрия (5,0-8,0). Отношение суммарного содержания обожженного магнезита, плавикового шпата и 1/3 синтетического шлака, 1/3 силиката натрия к суммарному содержанию 2/3 синтетического шлака, 1/2 электрокорунда и 2/3 силиката натрия находится в пределах 2,25-3,18. Синтетический шлак имеет следующий химический состав, мас.%: SiO2 (15-35), СаО (45-60), Al2O3 (5-10), CaF2 (8-16). Флюс обеспечивает высокую ударную вязкость металла сварных швов, выполненных с использованием сварочной проволоки марки Св-15Х3ГМ1ФТА, после проведения высокого отпуска, при температуре испытаний от минус 30°C и одновременно высокую прочность металла шва при температурах до +454°C. 3 табл.

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей или наплавки антикоррозионного покрытия, например, оборудования атомных энергетических установок. Плавленый флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.:SiO2 9-15, CaO 19-31, Al2O3 28-34, CaF2 29-33, Fe2O3 0,005-1,000, MgO 0,005-2,000, MnO 0,01-1,000. При этом должны выполняться соотношения:SiO2≥1 и 4≤1000. Сварочный флюс может применяться с аустенитными сварочными и наплавочными материалами с пониженным содержанием углерода, при этом он обеспечивает повышенную стойкость наплавленного металла к тепловому охрупчиванию в результате термического старения, что позволяет увеличить срок службы оборудования реакторных установок. 1 табл.

Наверх