Флюс для сварки

Авторы патента:

Крюков Евгений Николаевич (RU)

Козырева Ольга Евгеньевна (RU)

Крюков Николай Егорович (RU)

Козырев Николай Анатольевич (RU)

Крюков Роман Евгеньевич (RU)

B23K35/362 - выбор составов флюсов (B23K 35/365,B23K 35/368 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2576717:

Открытое акционерное общество "Новокузнецкий завод резервуарных металлоконструкций" им. Н.Е. Крюкова (RU)

Флюс может быть использован для сварки низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: шлак производства силикомарганца 88,0-98,0, пылевидные отходы производства алюминия 1,0-6,0, жидкое стекло 1,0-6,0. Шлак производства силикомарганца содержит, мас. %: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, СаО 15-32, CaF₂ 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8 MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20, P≤0,05. Пылевидные отходы производства алюминия имеют следующий химический состав, мас. %: Al₂O₃ 21-38,27; F 18-27; Na₂O 8-13; K₂O 0,4-6,6, СаО 0,7-2,1; SiO₂ 0,5-2,48; Fe₂O₃ 2,1-2,3; С_общ 12,5-27,2, MnO 0,03-0,9, MgO 0,04-0,9, S 0,09-0,46, P 0,1-0,18. Применение флюса при сварке обеспечивает повышение уровня механических свойств сварных конструкций за счет уменьшения уровня загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями путем снижения концентрации FeO в шлаке и проведения углеродного раскисления, а также повышение устойчивости горения дуги и улучшение качества сварного шва.

Изобретение относится к сварке, конкретно к электродуговой сварке под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для сварки низко- и среднелегированных сталей.

Известен выбранный в качестве прототипа [1] плавленый сварочный низкокремнистый флюс для сварки низко- и среднелегированных сталей, содержащий окись кремния, окись алюминия, окись кальция, окись марганца, фтористый кальций, сумму окислов калия и натрия, фтористый натрий, окислы железа, фосфор, отличающийся тем, что флюс содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: окислы железа 2-4, окись кремния 9-12, окись кальция 18-24, окись алюминия 36-48, окись марганца 5-7, окись магния 5-7, фтористый кальций 5-8, сумма окислов калия и натрия 1-2,5, фтористый натрий 1,0-2,5, фосфор 0,007-0,010, при этом массовое соотношение окиси кремния, кальция и алюминия составляет 1:2:4, а отношение фосфора к сумме окислов железа менее 0,004.

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- высокая стоимость в связи с использованием дорогостоящих природных материалов и затрат, связанная с подготовкой шихты к плавке, а также необходимостью использования для выплавки флюса специальных агрегатов;

- высокая окисленность (содержание оксидов железа), приводящая к загрязнению сварного шва оксидными неметаллическими включениями и снижению механических свойств сварной конструкции;

- отсутствие углеродсодержащих составляющих, позволяющих проводить удаление кислорода в виде газообразных соединений СО и СО₂, не загрязняющих сварной шов оксидными неметаллическими включениями и, как следствие, повышающих механические свойства сварной конструкции.

- неустойчивое горение дуги из-за недостаточного количества элементов, облегчающих возбуждение и стабилизирующих горение дуги (в частности, натрия и калия).

Известен также флюс для сварки [2], содержащий диоксид кремния, оксид марганца, оксид кальция, оксид магния, оксид алюминия, оксид калия, оксид натрия, оксид железа, фторид кальция, отличающийся тем, что в качестве материалов на основе диоксида кремния и оксида марганца использованы пылевидные отходы производства ферросилиция; в качестве материалов на основе оксида кальция, оксида магния использованы пылевидные отходы производства извести; в качестве материалов на основе оксида алюминия, оксида калия, оксида натрия, оксида железа и фторида кальция использованы пылевидные отходы производства алюминия, а в качестве связующего материала содержащего оксид калия, оксид натрия использованы калиево-натриевое жидкое стекло, при этом в качестве пылевидных отходов производства извести использована пыль газоочистки с содержанием СаО не менее 85 мас. %, в качестве пылевидных отходов производства ферросилиция использована пыль газоочистки ферросплавного производства с содержанием SiO₂ не менее 98 мас. %, а в качестве пылевидных отходов производства алюминия использована пыль электрофильтров, имеющая следующий химический состав, мас. %: Al₂O₃=21-46,23; F⁺=18-27; Na₂O=8-15; К₂О=0,4-6%, СаО=0,7-2,3; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-3,27; С_общ=12,5-30,2, MnO=0,07-0,9, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,59, Р=0,1-0,18; при следующем соотношении компонентов, 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

Существенными недостатками данного флюса для сварки являются:

- повышенная стоимость при производстве флюса в связи с использованием многокомпонентной системы;

- недостаточная прочность флюса при выполнении операций транспортировки, пересыпки и доставки, а также в ряде случаев неустойчивое горение дуги в связи с низкой концентрацией жидкого стекла во флюсе;

- в ряде случаев повышенная загрязненность сварного шва и наплавляемого металла неметаллическими включениями экзогенного характера в связи с пониженными рафинирующими свойствами образующегося шлака из-за высокой концентрации MgO и низкого содержания MnO.

Техническими результатами изобретения являются:

- снижение стоимости флюса в связи с использованием вторичных продуктов;

- повышение уровня механических свойств сварных конструкций из-за уменьшения уровня загрязненности стали оксидными неметаллическими включениями в связи со снижение концентрации FeO в шлаке и проведением углеродного раскисления;

- повышение устойчивости горения дуги и улучшение качества сварного шва.

Для этого предлагается флюс для сварки, содержащий оксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, фтористый кальций, оксиды калия и натрия, фтористый натрий, оксид железа и жидкое стекло, отличающийся тем, что упомянутые оксиды и фториды введены в виде шлака производства силикомарганца и в виде пылевидных отходов производства алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Шлак производства силикомарганца	88,0-98,0
Пылевидные отходы
производства алюминия	1,0-6,0
Жидкое стекло	1,0-6,0

при этом шлак производства силикомарганца содержит, мас. %.: SiO₂=25-49, Al₂O₃=4-28, СаО=15-32, CaF₂=0,1-1,5, MgO=1,7-9,8 MnO=3-17, FeO=0,1-3,5, S≤0,20, P≤0,05, а пылевидные отходы производства алюминия имеют следующий химический состав, мас. %: Al₂O₃=21-38,27; F=18-27; Na₂O=8-13; K₂O=0,4-6,6, СаО=0,7-2,1; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-2,3; С_общ=12,5-27,2, MnO=0,03-0,9, MgO=0,04-0,9, S=0,09-0,46, P=0,1-0,18.

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества получаемых при сварке швов, стабильности процесса сварки и наплавки, а также требуемых механических свойств.

Введение в состав флюса шлака производства силикомарганца обеспечивает хорошее формирование шлака и высокие рафинирующие и укрывные свойства формирующихся шлаков.

Введение в состав флюса пылевидных отходов производства алюминия позволяет:

- проводить активное раскисление за счет образования СО и CO₂, образующихся при взаимодействии фтористого углерода CF_x (1≥x>0) с растворенным в стали кислородом, при этом в связи с тем, что углерод находится в связанном состоянии, науглероживание стали практически не происходит;

- проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений (типа Na₂SiF₆, NaF, KF, CF_x (1≥x>0), AlF₃, Na₃AlF₆), разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением F, который в свою очередь взаимодействует с водородом растворенным в стали с образованием газообразного соединения HF;

- повысить устойчивость горения дуги за счет элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги - калия и натрия.

Введение жидкого стекла обусловлено, с одной стороны, использованием его в качестве связующего заявляемого флюса для сварки, а с другой стороны, как материала, повышающего, за счет содержащегося калия и натрия, устойчивость горения дуги.

Для изготовления флюса для сварки в качестве шлака производства силикомарганца использовали шлак производства силикомарганца, выплавленный в рудотермических печах углетермическим способом непрерывным процессом с содержанием, мас. %.: SiO₂=25-49, Al₂O₃=4-28, СаО=15-32, CaF₂=0,1-1,5, MgO=1,7-9,8, MnO=3-17, FeO=0,1-3,5, S≤0,20, P≤0,05.

В качестве пылевидных отходов производства алюминия использовали пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас. %: Al₂O₃=21-38,27; F=18-27; Na₂O=8-13; K₂O=0,4-6,6%, СаО=0,7-2,1; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-2,3; С_общ=12,5-27,2, MnO=0,03-0,9, MgO=0,04-0,9, S=0,09-0,46, P=0,1-0,18.

В качестве жидкого стекла использовали калиево-натриевое жидкое стекло с плотностью при 15-25°С - 1,30-1,55 г/см³ и силикатным модулем [SiO₂:(K₂O+Na₂O)·1,0323] - 2,6-3,0.

Изготовление заявляемого флюса для сварки проходило в 3 этапа. На первом этапе получали шлак производства силикомарганца. Выплавленный в рудотермических печах ферросплав - силикомарганец выпускался вместе с побочным продуктом - шлаком в ковш. После разливки силикомарганца шлак при сливе из ковша подвергался охлаждению. После чего проводили дробления, грохочения и просев через сито (ячейка 2×2 мм).

На втором этапе проводили смешение пылевидных отходов производства алюминия - пыли электрофильтров алюминиевого производства с жидким стеклом. Полученная смесь сушилась по разработанному режиму, после чего производили помол. Далее осуществляли просев через сито (ячейка 2×2 мм). Гранулы большего размера отправлялись на перемол.

На третьем этапе проводили смешение двух продуктов, полученных на первых двух этапах в заявляемых пропорциях.

Заявляемый флюс для сварки опробовали на образцах из стали марок 09Г2С и 09Г2. Сварку осуществляли проволокой Св-08ГА на пластинах длиной не менее 500 мм с использованием сварочного трактора ASAW-1250. Из сваренных пластин осуществляли вырезку образцов для механических испытаний (предела прочности - , Н/мм², предела текучести - , Н/мм², относительного удлинения δ, %, ударной вязкости при температуре минус 40°С - KCU^-40°C, Дж/см²), а также макро- и микроисследований.

Использование заявляемого флюса для сварки позволяет

1. Снизить стоимость сварочного флюса в 2,8 раза.

2. Снизить загрязненность стали оксидными неметаллическими включениями экзогенного характера в среднем на 0,02 мм и повысить общий уровень механических свойств сварного шва: предела текучести и предела прочности в среднем на 1,1 Н/мм², относительного удлинения в среднем на 0,8%, ударной вязкости при отрицательных температурах в среднем на 0,39 Дж/см².

3. Улучшить качество сварного шва.

Список источников

1. Пат. СССР 1685660, В23К 35/362.

2. Пат. РФ 2492983, В23К 35/36.

Флюс для сварки, содержащий оксид кремния, оксид алюминия, оксид кальция, оксид магния, оксид марганца, фтористый кальций, оксиды калия и натрия, фтористый натрий, оксид железа и жидкое стекло, отличающийся тем, что упомянутые оксиды и фториды использованы в виде шлака производства силикомарганца и в виде пылевидных отходов производства алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Шлак производства силикомарганца	88,0-98,0
Пылевидные отходы
производства алюминия	1,0-6,0
Жидкое стекло	1,0-6,0

при этом шлак производства силикомарганца содержит, мас. %: SiO₂ 25-49, Al₂O₃ 4-28, СаО 15-32, CaF₂ 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20, P≤0,05, а пылевидные отходы производства алюминия содержат, мас. %: Al₂O₃ 21-38,27, F 18-27, Na₂O 8-13, K₂O 0,4-6,6, СаО 0,7-2,1, SiO₂ 0,5-2,48, Fe₂O₃ 2,1-2,3, С_общ 12,5-27,2, MnO 0,03-0,9, MgO 0,04-0,9, S 0,09-0,46, P 0,1-0,18.

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродуговой сваркой под флюсом металлоконструкций из низкоуглеродистых сталей, стойких к электрохимической коррозии, например корпусов морских судов, нефте- и газопроводов.

Флюс для сварки и наплавки // 2566236

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке и наплавке легированных сталей под флюсом. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.

Флюс для сварки и наплавки // 2566235

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке и наплавке легированных сталей под флюсом. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали 30,0-50,0, пылевидные отходы производства алюминия 5,0-30,0, жидкое стекло 40,0-65,0.

Флюс-добавка // 2564801

Изобретение относится к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам. Флюс-добавка, предназначенный для примешивания к сварочным флюсам, на основе жидкого стекла содержит пыль электрофильтров алюминиевого производства и натриевого жидкого стекла при соотношении компонентов, мас.%: пыль электрофильтров алюминиевого производства 40-60, натриевое жидкое стекло 60-40.

Агломерированный флюс 48аф-70 // 2535160

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).

Состав флюса для сварки и наплавки проволокой и лентой из стали аустенитного класса // 2530107

Изобретение может быть использовано для сварки нержавеющих сталей или наплавки антикоррозионного покрытия, например, оборудования атомных энергетических установок.

Флюс для автоматической наплавки ленточным электродом // 2526623

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.

Керамический флюс для автоматической сварки и наплавки // 2493945

Изобретение может быть использовано при автоматической сварке или наплавке под флюсом изделий из высоколегированных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса.

Флюс для сварки // 2492983

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.

Керамический флюс-добавка // 2484936

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

Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей // 2579412

Изобретение может быть использовано при электродуговой механизированной сварке и наплавке низколегированных сталей. Флюс состоит из шлака производства силикомарганца, который содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: диоксид кремния 25-49, оксид алюминия 4-28, оксид кальция 15-32, фторид кальция 0,1-1,5, оксид магния 1,7- 9,0 оксид марганца 3-17, оксид железа 0,1-3,5. В качестве примесей флюс может содержать серу не более 0,12 мас.% и фосфора не более 0,02 мас.%. Флюс обеспечивает уменьшение стоимости сварочного процесса за счет утилизации отходов производства и снижение загрязненности стали неметаллическими включениями, а также позволяет снизить угар легирующих элементов при сварке и наплавке, что способствует повышению механических свойств сварного соединения.

Способ получения модификатора для сварочных материалов // 2618041

Изобретение относится к сварочным и наплавочным материалам и может быть использовано для получения наплавленного металла и сварных швов на низко-, средне- и высоколегированных сталях и сплавах. В качестве порошков тугоплавкого химического соединения используют тугоплавкие химические соединения переходных металлов, выбранных из IV, V и VI групп Периодической системы, с углеродом, азотом или бором в виде порошкообразной смеси, содержащей нано-, ультра- и микроразмерные частицы. Сначала смешивают упомянутую смесь порошков со смешивающим агентом в соотношении от 2,3:1 до 4:1, полученную смесь продавливают через сито с образованием гранул размером не менее 500 мкм, просушивают их при температуре 250-300°C с обеспечением сухого остатка смешивающего агента 7-14% от массы полученных гранул, затем гранулы смешивают со шлакообразующим компонентом в виде флюса с образованием гранул с размерами в интервале 0,25-1,6 мм в соотношении от 1:2,3 до 1:0,75, нагревают полученную смесь в течение 5-10 мин при температуре Тх, выбираемой из соотношения Ттк>Тх≥Тш+50°C, где Ттк - температура плавления тугоплавкого химического соединения переходных металлов; Тш - температура плавления шлакообразующего компонента, после чего охлаждают, а закристаллизовавшийся шлак измельчают и разделяют на фракции с размером 50-100 мкм. Изобретение позволяет создать модификатор, обеспечивающий при его плавлении в реакционной зоне сварки высокую степень сохранности нано-, ультра- и микроразмерных частиц тугоплавких химических соединений в микрогранулах модификатора, а также повысить стабильность существования сварочной дуги. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Флюс-добавка // 2623982

Изобретение может быть использовано при электродуговой сварке сталей под флюсом. Флюс-добавка содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: стронций-бариевый карбонатит 60-75, натриевое жидкое стекло 25-40. Флюс-добавка обеспечивает улучшение механических свойств сварного шва, в частности повышение ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня его загрязненности неметаллическими включениями. 1 табл.

Флюс для сварки и наплавки // 2625153

Изобретение может быть использовано для электродуговой сварки под флюсом, в частности для сварки и наплавки легированных сталей. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: пылевидный ковшевой шлак производства рельсовой стали 30,0-50,0, пылевидные отходы производства алюминия 5,0-25,0, жидкое стекло 39,0-65,0, стронций-бариевый карбонатит 1,0-10,0. Используют стронций-бариевый карбонатит, содержащий, мас.%: SrO=1,41-6,25; ВаО=6,29-16,86; TiO2=0,02-0,05; Cr2O3=0,05-0,20; Al2O3=1,6-3,05; Na2O=0,37-3,02; K2O=0,85-2,69, СаО=13,6-18,9; SiO2=12,82-41,22; Feобщ=4,18-14,85; Собщ=1,32-8,45; MnO=0,06-0,33; MgO=0,48-6,24; S=0,20-0,22; Р=0,02-0,04. Изобретение обеспечивает высокое качество наплавляемого слоя и сварного шва за счет исключения в нем пор и раковин, а также низкий уровень загрязненности стали экзогенными неметаллическими включениями. 1 табл.

Флюс-добавка // 2625509

Флюс-добавка предназначен для примешивания к плавленым флюсам и может быть использован при электродуговой сварке сталей под флюсом. Флюс-добавка содержит компоненты в следующем соотношении, мас. %: стронций-бариевый карбонатит 1-15, натриевое жидкое стекло 25-50, пыль электрофильтров алюминиевого производства 35-74. Пыль электрофильтров алюминиевого производства содержит, мас.%: Al2O3 20-46,23; F 16-26,7; Na2O 7,6-15; K2O 0,4-6; СаО 0,6-2,3; SiO2 0,5-2,48; Fe2O3 2,1-3,27; Собщ 12,5-30,2; MnO 0,07-0,9; MgO 0,06-0,9; S 0,08-0,19; Р 0,09-0,18. Изобретение обеспечивает повышение общего уровня механических свойств сварного шва, в частности ударной вязкости при отрицательных температурах, за счет снижения уровня загрязненности неметаллическими включениями. 1 табл.

Порошковая проволока // 2641590

Изобретение относится к сварочным материалам и может быть использовано при наплавке под флюсом для восстановления изношенных деталей и получения износостойкого защитного покрытия на деталях горнорудного оборудования, работающего в условиях абразивного износа, например бункеров и труботечек. Порошковая проволока содержит, мас. %: стальная оболочка 67,0-68,0, ферромарганец4,00-8,00, ферросилиций1,90-3,40, феррохром 4,6-25,50, ферромолибден0,50-2,60, феррованадий 0,06-0,5, никель 0,05-1,00, кобальт 0,20-0,95, углеродфторсодержащая пыль фильтров алюминиевого производства 0,70-6,95, железо остальное. Изобретение позволяет повысить механические свойства наплавленного металла, предотвратить образование холодных трещин в процессе наплавки, исключить порообразование и снизить содержание водорода в наплавленном металле за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты, а также снизить стоимость сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и эффективного использования отходов производства. 2 табл.

Флюс для сварки // 2643026

Изобретение может быть использовано для электродуговой сварки под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит, мас.%: шлак производства силикомарганца 60,0-85,0, пылевидные отходы производства алюминия 4,0-7,0, калиево-натриевое жидкое стекло 15,0-40,0. Шлак производства силикомарганца включает, мас. %: SiO2 25-49, Al2O3 4-28, СаО 15-32, CaF2 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20 и P≤0,05. Пылевидные отходы производства алюминия содержат, мас. %: Al2O3 21-38,27; F 18-27; Na2O 8-13; К2О 0,4-6,6; СаО 0,7-2,1; SiO2 0,5-2,48; Fe2O3 2,1-2,3; Собщ 12,5-27,2; MnO 0,03-0,9; MgO 0,04-0,9; S 0,09-0,46 и P 0,1-0,18. Флюс выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм, а шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм. Изобретение обеспечивает повышение уровня механических свойств сварного шва и устойчивости горения дуги при уменьшении стоимости флюса за счет эффективной утилизации получаемой при дроблении его мелкой фракции.

Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей // 2643027

Изобретение относится к электродуговой механизированной сварке и наплавке под флюсом низко- и среднелегированных сталей. Флюс содержит жидкое стекло в качестве связующего и выполнен в виде гранул размером 0,45-2,5 мм при следующем соотношении компонентов, мас.%: шлак производства силикомарганца 60-85, жидкое стекло 15-40. Шлак производства силикомарганца имеет фракцию менее 0,45 мм и содержит, мас.%: SiO2 25-49, Al2O3 4-28, CaO 15-32, CaF2 0,1-1,5, MgO 1,7-9,8, MnO 3-17, FeO 0,1-3,5, S≤0,20 и P≤0,05. Изобретение обеспечивает повышение механических свойств сварного шва и снижение уровня отбраковки сварных швов.