SU1620255A1 - Способ изготовлени синтетического флюса дл дуговой сварки - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке различных сталей и сплавов, а также при наплавке. Цель изобретени  - получение сварочных флюсов с очень низкой гигроскопичностью , минимальным содержанием вредных примесей и улучшенными свароч- но-технологическими свойствами, что способствует повышению качества и эксплуатационной надежности сварных соединений конструкций ответственного назначени  из среднелегированных и низколегированных сталей. Способ состоит в совместном помоле шихты флюса и интен- сификатора минералообразовани . После помола флюс нагревают и осуществл ют твердофазный синтез с последующим измельчением полученной массы. В качестве интенсификатора минералообразовани  в шихту ввод т кремнефтористый натрий. 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к производству сварочных материалов и может быть использовано при электродуговой сварке металлов и сплавов.

Целью изобретени   вл етс  создание технологии изготовлени  синтетического флюса с высокой прочностью частиц и низким содержанием вредных примесей, обеспечивающего хорошие сварочно-техно- логические свойства шлака, повышенную стойкость металла швов против образовани  трещин и пор и высокие физико-механические свойства сварных соединений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что предлагаемый способ производства флюса предусматривает твердофазный синтез исходных шахтовых компонентов, основу которых составл ют оксиды различных металлов и плавиковый шпат с добавками

химически активного минерализатора в виде кремнефтористого натри .

При этом происходит образование ак; тивной парогазовой минерализующей фазы при более низкой температуре (Т 450°С):

+ SiF4tra3(1)

SiF4 + 2H20 Si02 + 4Fjra3(2)

аэрозоль

и образование комплексной кремнефтори- стоводородной кислоты,

2HF + SIF4 (3)

котора  активно реагирует с основными оксидами шихты:

MgO + Н20|пар (4) СаО + Н2 SIFe - Са SJFe + H20fnap (5)

Образующиес  при этом соединени  (соли кремнефтористоводородной кислоты)

разлагаютс  при температуре Т 500°С восстановлени  израсходованного количества кремнефторида по реакци м (2) и (3)

MgF2 + SfF4 t

(6)

+ SiF4 t(7)

Фториды магни  MgF2 и натри  NaF по реакции (1) образуют с плавиковым шпатом CaF2 легкоплавкую эвтектическую смесь примерного состава, вес.%: 1 - NaF; 2 - CaF2, 1 - MgF2 с температурой плавлени  Тпл 900°С.

Образование большого количества кремнефторида SiF4 при низких температурах ( 450°С) обеспечивает протекание реакции

SiF4 + 3H20 + (8) Кремнефториста  кислота обеспечивает протекание химических превращений, описанных реакци ми (4), (5), (6) и (7), с пополнением зоны реакции кремнефторидом. Скорости протекани  этих реакций высокие , а продукты превращени   вл ютс  исходными компонентами начала цикла. Поэтому реакци  (2) может иметь цепной характер

При сравнительно низких температурах (Т 500°С) образуютс  различные силикаты за счет взаимодействи  кремниевой кислоты с оксидами шихты

МдО + Н23Юз Мд510з + Н20|паР (9) СаО + Н2ЗЮз - СаЗЮз + Н20 fnap (10)

СаО + МдО н 2НЗЮз - СаМд (ЗЮзЬ +

+ 2H2Of(11)

в том числе цепочечные силикаты - энстатит

Мд2(ЗЮз)2(12)

волластенит

Саз(ЗЮз)з(13)

ленточные силикаты - диопсид

Са Мд (ЗЮз)2(14)

Мелкие кристаллы полученных силикатов образуют центры кристаллизации соответствующих минералов, максимальна  скорость роста которых происходит при более высоких температурах Т 700 - 1000°С.

При этом происходит также пр мое воздействие кремнезема с о-ксидами металлов с образованием минералов: энстатит

MgO + Si02 - МдЗЮз(15)

волластенит

CaO + Si02 - СаЗЮз(16)

диопсид

MgO + CaO + 2Si02 - CaMg (SlOafe (17) гранат

ЗМдО + А|20з + ЗЗЮ2 - (18)

В результате протекани  описанных физико-химических процессов обща  минерализаци  готового флюса составит 40 - 60%

от первоначального веса исходной шихты. Такое количество минералов существенно уменьшает гигроскопичность флюса, а большое содержание в готовом продукте соединений фтора способствует эффективному

св зыванию паров воды, насытившихс  в процессе хранени  флюса

CaF2 + Si02 + H20 - СаЗЮз + 2Hf (19)

Введение в состав шихты кремнефторида натри  до 20% позвол ет получить минерализацию флюса в два раза большую, чем при введении стеклобо  тарного стекла в количестве 50%. Кроме того, при добавке

кремнефторида натри  образуетс  эвтектика состава NaF-CaF2-MgF2, уменьшающа  в зкость массы и увеличивающа  коэффициенты диффузии исходных компонентов и продуктов реакций (15) - (19),

При высокихтемпературах также интенсивно идет реакци :

2CaF2 + Si02 + SIF4 t

(20)

что обеспечивает поступление большого количества кремнефторида дл  св зывани  воды по реакции (2) и снижает количество кремнезема, снижение количества свободного кремнезема способствует торможению кремневосстановительного процесса при сварке и, как следствие, уменьшению содержани  кислорода и неметаллических включений в наплавленном металле.

Таким образом, предлагаемый способ производства синтетического флюса позвол ет изготавливать высокотехнологические флюсы дл  сварки и наплавки с повышенной стойкостью против образовани  холодных трещин и пор, обеспечивающие высокую ча- стоту по вредным примес м (Р 0,01 %; S 0,01%) и требуемые свойства металла шва, что способствует повышению качества и надежности сварных соединений.

Пример производства флюса дл  сварки среднелегированной корпусной стали атомного машиностроени .

Состав шихты (на 100 кг флюса), кг: Кремнефторид натри  Na2SiFe20

Кремнезем Si0220

Глинозем А120з20

Флюорит CaF220

Магнезит обожженный MgO14

Известь СаО4

Марганцева  руда МпО2

После совместного помола компонентов без их предварительной сушки шихта подвергалась нагреву в печи ОКБ 220А при 950°С и выдерживалась в течение 1 ч. Изготовленный флюс обладает высокими сва- рочно-технологическими свойствами.

Конечным продуктом способа  вл етс  синтетический флюс, минерализаци  которого составл ет 50% от первоначального веса исходной шихты. Зерна флюса имеют поликристаллическое строение. Флюс обладает очень низкой гигроскопичностью и вы- сокими сварочно-технологическими свойствами шлака без предварительной прокалки перед сваркой и имеет низкое содержание вредных примесей(фосфор и сера ).

Изготовленный предлагаемым способом флюс обладает очень низкой гигроскопичностью и после изготовлени  и длительного времени хранени  не требует прокалки перед сваркой. По сравнению с прототипом предлагаемый способ позвол ет изготавливать сварочные и наплавочные флюсы с низким содержанием вредных примесей (Р 0,01 %; S 0,01%) и обеспечивает высокую стойкость сварных соединений к образованию холодных трещин и пор, что способствует повышению качества и эксплуатационной надежности сварных соединений узлов ответственного назначени . В таблице приведены свойства флюса, полученного по предлагаемому способу (синтетический кремнефторидный флюс СКФ испытан при сварке сталей марок 09Г2 и 15ХН2МФА).

Сварка производилась проволокой диаметром 3,0 мм на посто нном токе обратной пол рности (св 460 - 500 А). Дл  испытаний использовалс  флюс СКФ следующего химсостава, %: 22,4; МпО 5,6; 23,0; МдО 16,8; СаО 6,7; CaF2 21,4; Na20 4,0; S 0,008; Р 0,009. Гранул ци  флюса 0,25 - 2,5 мм. Испытани  флюса показали: горение дуги стабильно, плавное; формирование металла шва при сварке отличное; отделимость шлаковой корки легка .

Испытани  на пористость проводились при сварке по ржавчине. При засыпке на 100 мм длины шва 3,0; 3,5; 4,0 гр ржавчины пор не обнаружено. Единичные поры по вл ютс  при 4,3 гр на 100 мм шва. Содержание водорода в готовом флюсе определ лось через 2-3 дн  после изготовлени  и через 6 мес цев вылеживани  в открытой таре в услови х цехового помещени . В первом случае содержание водорода во флюсе составл ло 27,7 - 29,4 мл/100 гр, во втором 28,2 - 32,4 мл/100 гр (приведены

минимальные и максимальные данные из 3-5 анализов).

Содержание диффузионного водорода в металле шва, при испытании карандаш- 5 ных проб в глицерине составл ет 0,9; 1,12; 1,30 мл/100 гр.

Предлагаемый флюс по содержанию водорода во флюсе после длительной выдержки на воздухе и диффузионного водорода в 10 металле сварного шва, выполненного под соответствующим флюсом, превосходит флюс СФ. По показател м технологичности флюс СКФ не уступает флюсу СФ, а по некоторым превосходит. Чувствительность к 5 образованию пор при сварке под предлагаемым флюсом гораздо ниже, чем у противо- поставл емого. Одним из важных преимуществ предлагаемого флюса  вл етс  низкое содержание вредных примесей. 0Дл  оценки совместного вли ни  концентраций вредных примесей S; P и кислорода примен етс  эквивалент вредных примесей

0 + 0, + 0,, 5 где 0, S, Р - концентрации кислорода, серы и фосфора, %.

Этот показатель позвол ет сравнивать охрупчивающее воздействие вредных примесей на металл сварных швов. 0В случае предлагаемого флюса максимальный эквивалент Рэ макс 0,047, а в противопоставл емом даже минимальный значительно 0,068. Приведенные показатели подтверждают, что кремне- 5 фторидный флюс СКФ обеспечивает значительно меньше охрупчивание сварных швов, что повышает надежность сварных соединений, и соответственно, конструкций . Общее содержание неметаллических 0 включений в металле сварных швов также показывает преимущество кремнефторид- ного флюса.

Дл  ответственных конструкций атомной энергетики, а также сварных конструк- 5 ций, работающих в услови х низких климатических температур, очень важным показателем работоспособности  вл етс  критическа  температура хрупкости (Т«о) металла сварных швов, определ ема  по на- 0 личию 50%-ной волокнистой составл ющей в изломе образцов с V-образным острым надрезом (Шарли) при испытании на ударный изгиб. При испытании образцов с V-образным острым надрезом МИ-50 (тип IX) 5 Шарпи Тко составл ет дл  флюса СФ минус 20°С, а дл  флюса СКФ минус 40°С.

Кроме того, процесс изготовлени  синтетического флюса имеет преимущество перед способом плавлени  флюсов и по

Claims (1)

1. экологическим показател м за счет снижени  пылевыделени  и газообразовани . Формула изобретени  Способ изготовлени  синтетического флюса дл  дуговой сварки и наплавки, при котором производ т совместный помол шихты, содержащий оксиды металлов, плавиковый шпат и интенсификатор минерало- образовани , после чего шихту нагревают и осуществл ют твердофазный синтез и из0

   мельчают полученную массу, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества и эксплуатационной надежности сварных соединений изделий ответственного назначени  за счёт уменьшени  гигроскопичности флюса, а также улучшени  сварочно-технологических свойств и снижени  вредных примесей во флюсе, в качестве интенсификатора минералообразовани  в шихту ввод т кремнефтористый натрий,