SU1130446A1 - Флюс дл автоматической высокоскоростной сварки сталей - Google Patents

Abstract

1. ФЛЮС ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ, содержаший кремнезем, фтористый кальций , окись магни , окись алюмини , закись марганца, смесь окисей натри  и кали , отличающийс  i тем, что, с целью повышени  стойкости металла шва против гор чих трещин и увеличени  его ударной в зкости при повышении сварочно-технологи- ческих свойств, он дополнительно содержит окись цези  и фтористый натрий при следующем соотношении компонентов, мае.%: Кремнезем 29-35 Фтористый каль )и1й8-12 Окись магни  18-25 Окись алюмини  16-22 Фтористый натрий 0,5-5,0 Закись марганца 5-9 Смесь окисей ка (Л ли  и натри  0,5-2,0 Окись цези  0,1-0,5 2. Флюс по п.1,о тли чающий с   тем, что, с целью улучшени  формирукицих свойств и отделимости шлака, суммарное содержание кре51незема и окиси алюмини  составл ет не менее 50%. 9 4 Эд

Description

Изобретение относитс  к сварке и касаетс  флюсов, которые могут быть использованы дл  автоматической сварки на повьшенной скорости изделий из углеродистьпс и перлитньпс ста лей в различных отрасл х машиностро ни , в частности в энергетическом машиностроении при сварке трубных конструкций поверхностей нагрева ко тельных агрегатов из теплоустойчивы сталей. Известен плавленый флюс fl , используемый при автоматической сварке на высоких скорост х, который содержит в своем составе следующие компоненты, мас,%: Кремнезем 37-46,5 Окись алюмини  4-18 Окись кальци  5-13 Окись магни  18-35 Фтористый кальций 3,0-6,5 Смесь окисей кали  и натри 3,0-6,5 Недостатком этого флюса  вл етс низкое качество получаемого наплавленного металла, так как при сварк теплоустойчивых низколегированных сталей, содержащих хром, ванадий и другие легирующие элементы, в зоне плавлени  1 интенсивно протекают окислительно-восстановительные про цессы вида: 3(Si02)m+ 2( + , SCSiOjL-t- V 2( ( )л, + 2Fe 2(FeO ) + Si Следствием реакций 1 - З)  вл  с  не только увеличение концентрации кремни  в металле шва и легирующих элементов, но и засорение металла шва силикатными оксидными включени ми на основе кварцевого стекла. Это приводит к потере за паса пластичности кристаллизирующе с  мета-1ла, что особо важно при св 0.0 8CaOtO,,00 0,OU s;02iБ пределах за влен1шх изменений количества компонентов флюса основ ность указанного состава измен етс  В 0,9-1,7, т,е по теории ве ро тности примерно 80-85% состава ке на повьш1енных скорост х (более 50 м/ч),, когда резко возрастают скорости кристаллизации и темпы нарастари  внутренних напр жений. В результате при увеличении скорости сварки более 50 м/ч под указанным флюсом в сварном соединении образуютс  межкристаллитные гор чие трещины. Окисление ванади  и хрома при сварке под флюсом, содержащем значительные концентрации кремнезема, и переход из окислов в шлак приводит к тому, что на межфазной границе металл-шлак образуютс  комплексные ионы, кристаллизирующиес  в кубической форме и достраивающие решетку вюсТита. На поверхности шва образуетс  промежуточный слой из соединений типа шпинелей (MeR.O,). Структура граничш.гх слоев при этом становитс  сходной и сцепление шлака с поверхностью металла увеличиваетс . Образуетс  трудноотделимый шлак, Известен также флюс-, примен емый при автоматической сварке, содержащий следующие компоненты, мас.%: Кремнезём 24-28 Фтористьш кальций 16-20 Окись кальци 4-8 Окись магни 15-18 Окись алюмини 18-26. Фтористый натрий 0,5-5,0 Закись марганца6-9. Смесь окисей кали  и натри 3,0-6,5 Этот флюс обеспечивает удовлетвори-. тельное формирование шва и отделимость шлаковой корки .с поверхности сварного шва при скорост х сварки до 120 м/ч 2.. К недостаткам флюса следует отнести повьщ1енную склонность к образованию пор при зазоре между сварива емыми кромками более 0,5 мм, а также при наличии следов ржавчины на одной из них ,особенно на скорости более 70 м/ч. Это св зано с повьшенной основностью флюса, подсчитанной по формуле: O,OH(i 20 l:fa20)fO,Q07MnO jO} флюса имеют основность В 1, котора  и приводит к склонности флюса к образованию пор при сварке , особенно с увеличением ее скорости . Известен флюс з, примен емый дл  сварки на повьшенной скорости газоплотных панелей, который содержит следующие компоненты, мас.%: Кремнезем 29-35 Фтористый кальций 8-12 Окись магни  18-25 Окись алюмини  10-25 Смесь окисей кали  и натри 0,5-2,0 Закись марганца 6-9 Двуокись циркони  0,5-4,5 Криолит0,5-8,0 Закись железа 0,5-5,0 Двуокись титана 0,5-10 Флюс обладает такими сварочнотехнологическими свойствами, которые позвол ют выполн ть автоматиче кую сварку только на скорости до 90 м/ч. Кроме этого, флюс токсичен так как криолит, вход щий в состав флюса, при сварке образует большое количество  довитых фтористых пар на базе соединени  SiFJ, что затру н ет дыхание оператора. Особенно много паров образуетс  на скорости свьппе 50 м/ч, когда дл  обеспечени  надлежащего формировани  шва приходитс  повьшать напр жение на дуге. Также флюс не обеспечивает достаточно высокой ударной в зкост металла шва и достаточно высокой стойкости против образовани  .гор чих трещин. Цель изобретени  - повьш1ение ст кости металла .шва против гор чих трещин и его ударной в зкости при повьш1ении сварочно-технологических свойств флюса. Поставленна  цель достигаетс  т что флюс, содержащий кремнезем, фт ристьй кальций, окись магни , окис алюмини , фтористый натрий, закись марганца и смесь окисей кали  и на ри , дополнительно содержит окись цези  и фтористый натрий, при след щем соотношении компонентов, мас,% Крейнезем 8-12 Фтористый кальций 18-25 Окись магни  16-22 Окись алюмини  0,5-5,0 Фтористый натрий Закись марганца Смесь окисей кали  0,5-2,0 и натри  Окись цези  0,1-0,5 С целью улучшени  формирующих свойств и отделимости шлака суммар 64 ное содержание кремнезема и окиси алюмини  составл ет не менее 50%, Введение окиси цези  в указанных пределах способствует повышению устойчивости горени  дуги, что позвол ет вести процесс .сварки на скорости более 100 м/ч при низких i(28-32B) значени х напр жени . При указанных значени х напр жени  обеспечиваетс  нис ка  интенсивность кремневосстановительного процесса и, следовательно, снижаетс  склонность к образованию гор чих трещин в металле шва в услови х быстрого темпа нарастани  внутренних напр жений в кристаллизующемс  металле. Введение окиси цези  в указанных пределах способствует не только повьппению стойкости металла шва против образовани  гор чих трещин при кристаллизации , но и позвол ет значительно повысить ударную в зкость металла шва, особенно при отрицательных температурах. Это достигаетс  за счет модифицирующего воздействи  окиси цези  на жидкий металл. Цезий,  вл  сь поверхностно-активным элементом , блокирует границы образующихс  зерен кристаллитов), способству  получению мелкодисперсной структуры металла шва. Таким образом, в предлагаемом флюсе окись цези  присутствует не только дл  повышени  его сварочно-технологических свойств за счет обеспечени  стабильного горени  дуги, а и дл  получени  другого результата, а именно обеспечени  стойкости наплавленного металла против образовани  гор чих трещин и повышени  его удар в зкости. Снижение содержани  окиси цезИ  ниже 0,1% приводит к ухудшению сварочно-технологических свойств ф юса и нарушению его формирующей спЪсобности , что вызывает сужение шва с образованием резких переходов к основному металлу при сварке на скорости более 90 м/ч. Увеличение окиси цези  выше 0,5% приводит к ухудшению отделимости шлаковой корки в результате химического срастани  шлака и металла через промежуточный слой, обогащенный указанным окислом, а также к повышению гигроскопичности флюса. Введение кремнезема в состав флюса в указанных пределах необходимо дл  получени  в зкости и поверхност ного нат жени  пшака, способствующих образованию гладкой поверхности шва с плавным переходом к основному металлу. Кроме этого,кремнезем спос ствует увеличению стойкости флюса против гидротации, поскольку, .св зыва  в комплексы основные окислы, двуокись кремни  занимает все свободные св зи, способные присоедин т гидроксильную группу. Снижение концентрации кремнезема менее 29% приводит к ухудшению формирующих свойств флюса уже на скорости более 40 м/ч. В дополнение к этому возрастает склонность флюса к гидротации в результате чего на поверхности шва по вл етс  побитость . Увеличение количества кремнезема более 35% делает флюс химическиактивным , поскольку начинает интенсивно протекать кремневосстановительный процесс по реакци м (l)-(3) Это приводит к опасности по влени  гор чих кристаллизационных трещин. Фтористый кальций придает флюсу в жидком состо нии определенную жидкотекучесть и способность надлежащим образом укрывать сварной шов. I ., Увеличение содержани  фтористого кальци  улучшает промывающую способность шлака по отношению к жидкому металлу шва и приводит не только к активной коалесценции неметаллических оксидных включений, н и захватыванию их шлаком и удалению из сварочной ванны. Это благопри тно отражаетс  на стойкости кристаллизующегос  металла против образовани  гор чих трещин. Введение фтористого кальци  в указанных предела приводит также к снижению температуры плавлени  шлака, что весьма важно в услови х дефицита тепловложений на скорости сварки до 150 м/ч Вместе с тем увеличение количества фтористого кальци  более 12% при ,водит к нарушению стабильности горени  дуги на скорости более 50 м/ч и к образованию подрезов ввиду нару шени  формировани  шва. Введение окислов щелочно-земельных металов (К-0 + ЫЗлО) в указанном соотношении не только улучшает способность горени  дуги при сварке па скорости до 150 и/ч, но ив соче тании с фтористым натрием уменьшает 66 межфазное нат жение на границе раздела шлак-металл, что способствует улучшению формировани  шва на скорости до 150 м/ч, получению его с более плавными очертани ми при переходе к основному металлу. При содержании смеси окисей кали  и иатри  более 2% понижаетс  стойкость флюса против гидратации, что приводит к образованию пор в металле шва при сварке на повышенной скорости. Требованием при прочих равных услови х  вл етс  количество кислых окислов во флюсе (SiO Al20) 50%, Соблюдение указанного требовани  обеспечивает получение металла шва с плавными очертани ми валика на скорости сварки до 150 м/ч. При меньшем суммарном содержании названных комплексообразующих окислов нарушаетс  форма шва. Изготавливают шесть опытных плавок флюса, химический состав которых приведен в табл.1, Выплавку флюса производ т в электродуговой печи с водоохлаждаемым кокилем с последующей гранул цией расплава в npoTotjной воде. Температура прокалки флюсов составл ет 400-430 С в течение 4 ч. Опытные флюсы испытывают при сварке встык металла толщиной 10 мм по зазору 0,8+0,2 мм. Металлсталь 20. ч Стабильность горени  дуги исследуют по осциллограммам, сн ты 4 с домощью записывающего прибора Н-327, Качество сварных швов оценивают визуально, как при осмотре в целом сварного соединени , так и при обследовании поперечных макроишифов. Определ ют также химический состав металла твов, коэффициент его формы, наличие трег .ип и надрывов, В табл,2 представлены химические составы исследованных плавок предлагаемого флюса и основные характерисики его сварочно-технологических свойств. Испытани  показывают,что предлагамый флюс обладает высокими сваочно-технологическими свойствами ри сварке на скорости до 150 м/ч обеспечивает высокое качество налавленного металла с хорошей формой ва, плавным переходом к наплавленному.

отсутствие чешуйчатости на поверхности валиков и подрезов по кра м шва, самопроизвольную отделимость шлаковой корки при сохранении требуемого , уровн  металлургических свойств флюса .

В табл.3 представлены свойства металла, наплавленного под фпюсом с окисью цези  и без нее. Флюс -позвол ет значительно повысить качество наплавленного металла при высоких сваг рочно-технологических свойствах.

Т а б л и ц а 1

Таблица 3

Claims (2)

1. ФЛЮС ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СВАРКИ СТАЛЕЙ, содержащий кремнезем, фтористый каль’ций, окись магния, окись алюминия, закись марганца, смесь окисей натрия и калия, отличающийся ¹ тем, что, с целью повышения стойкое- ’ ти металла шва против горячих трещин и увеличения его ударной вязкости при повышении сварочно-технологических свойств, он дополнительно содержит окись цезия и фтористый натрий при следующем соотношении

компонентов, мае.%: Кремнезем 29-35 Фтористый каль- ций 8-12 Окись магния 18-25 Окись алюминия 16-22 Фтористый натрий 0,5-5,0 Закись марганца 5-9 Смесь окисей ка- лия и натрия 0,5-2,0 Окись цезия 0,1-0,5

2. Флюс по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения формирующих свойств и отделимости шлака, суммарное содержание кремнезема и окиси алюминия составляет не менее 50%.

SU„„ 1130446