Керамічний флюс для зварювання низьколегованих сталей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК А 3(5» В 23 К 35/362 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2J) 355)226/25-27 (22) П.02.83 (46) 30.04.84. Бюл. № 16 (72) И.К.Походня, Д.М.Кушнерен и Б.В.Головко (7 0 Ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт электросварки им. Е.О.Патона • (53) 621.791.04(088.8) (56) lt Векслер М.Ф., Елагин А.В. Сварочные материалы и их применение в строительстве. М., Стройиздат 1976, с.93-101. 2 . Патент Великобритании № 1377961, кл. С 7 М 1 8 . 1 2 . 7 4 . 3. Авторское свидетельство СССР № 651927, кл. В 23 К 35/362, 21.08.77. 4. Авторское свидетельство СССР * 354964» кл. В 2 Ї К 35/362, 03.05,71 (прототип). (54)(57) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДНЯ СВАРКИ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ, содержащий магнезит обожженный, волластонит, плавиковый гапат, ферромарганец, силикокальций, алюминиевый порошок, двуокись алюминия, компоненты - окислители, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения отделимости шлаковой корки при сварке в глубокую разделку, улучшения формиро вания металла шва и уменьшения гигроскопичности флюса, в качестве компонентов - окислителей Ллгос содепжит ильменитовый концентрат и силикат марганца, а двуокись алгомичня введена в виде материала, содержащего не менее 90% о^ - фазы Al^O-, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Магнезит обожженный 25-35 Воллас^онит 12-24 Ильменитовый концентрат 4-12 Силикат марганца 12-24 Плавиковый шпат 6-10 о Ферромарганец 0,4-2,3 9 Силикокальций 0,1-1,3 Алюминиевый порошок 0,1-0,8 Материал, содержащий не менее 90% of--фазы А1 Ї 5-25 2°а причем суммарное содержание ильмеиитового концентрата и 1/2 силиката марганца составляет 10-2O3I, сумчар*ное содержание ферромарганца, силикокальция и алюминиевого порошка - !,52,5%, а отношение суммарного содрржания магнезита обожженого, cL фазы АІ£ 0j и 1/2 волпастонита к содержанию ппавикового шпата составляет 6,0-8,6. 1 1088904 Магнезит 30-50 Изобретение о т н о с и т с я к с в а р о ч ным м а т е р и а л а м , т о ч н е е к Плюсам Марганцевая руда 2-8 для механизированной д у г о в о й с в а р к и . Гематит 1 - 3 При с в а р к е низколегированных Плавиковый шпат 7 - 20 сталей в ТРХ с л у ч а я х , к о г д а к с в а р " 5 Волластонит 10 - 40 ным соединениям предъявляются повыГлинозем (двуокись шенные т р е б о в а н и я в отношении х л а д а алюминия) 6.- 20 с т о й к о с т и м е т а л л а шва, чаще в с е г о Мрамор 5-12 применяются плавленные флюсы АН-22, Алюминиевый порошок 0,5 - 3 AH-J7M и д р . [ 1 }. Ю Ферротитан 0,2 - 5 Однако э т и флюсы не в с е г д а о б е с Ферромарганец 0,2 - 5 печивают высокие т р е б о в а н и я по у д а р Силикокаль ций ной в я з к о с т и м е т а л л а швов при н и з Ферромолибден 0,5 - 3 ких т е м п е р а т у р а х . Известный флюс, хотя и обеспечиваИ з в е с т е н керамический флюс д л я 15 ет достаточно высокую хладостойкость сварки ответственных конструкметалла швов, выполненных на ниэколеций Г2 J, имеющий следующий с о с т а в , гированньіх сталях ( А н 30-60 Дяс/см 2 мас.%: при - 70°С), не нашел широкого примеПлавиковый шпат 6 - 8 нения и з - з а сравнительно невысоких Карбонат кальция 30 - 35 20 его технологических свойств, трудной Волластонит 8 - 12 отделимости шлаковой корки при сварке Силикат кальция До 7 первых проходов многослойных швов, выФерромарганец 1,6-2 полненных в глубокой разделке, д е Ферросилиций 1,7 - 2 , 3 фектов формирования (особенно при поМагнезит 14,5-17,5 25 вышении скорости сварки},и высокой Двуокись алюминия 3,5 - А,5 гигроскопичности флюса. Железный порошок Остальное В этом флюсе в качестве компоненОднако указанный флюс имеет н е тов-окислителей применены мрамор,мард о с т а т о ч н о стабильные т е х н о л о г и ч е с ганцевая руда и гематит. Наличие в кие с в о й с т в а в с л е д с т в и е высокого с о - 30 этом флюсе от 5 до 12 вес.% мрамора держания мрамора и о т с у т с т в и я МпО. приводит к интенсивному газовыдеИ з в е с т е н керамический флюс д л я лению в процессе сварки ( и з - з а дисс в а р к и о т в е т с т в е н н ы х стальных к о н социации мрамора), что ухудшает техструкций С 3 3, имеющий следующий с о с нологические свойства (формирование т а в , мас.%: 35 швов и отделимость шлака, особенно Глинозем 16-28 при сварке в глубокой разделке) и Плавиковый шпат 14-24 санитарно-гигиенические характеКварцевый песок 8-14 ристики флюса. Использование в этом Цирконовый к о н ц е н т р а т 4 - 10 флюсе доступных сортов марганцевой Волластонит 2 - 8 руды неизбежно приводит к повышению 4о Ферромарганец 4 - 7 содержания фосфора в металле шва. Рутиловый к о н ц е н т р а т Остальное Кроме того, применение во флюсе т а ких активных окислителей, как мраДанный флюс о б л а д а е т высокими с в а мор, высшие окислы железа - Fe^O^ рочно-технологичестсими с в о й с т в а м и , (гематит) и марганца - MrtOj (марно не о б е с п е ч и в а е т д о с т а т о ч н о высо- 4 $ ганцевая руда) создает высокоокиской х л а д о с т о й к о с т и швов и з - з а с о д е р лительную атмосферу в д у г е , что жания во флюсе цирконового к о н ц е н т р а требует интенсивного раскисления т а , который приводит к образованию наплавленного металла. При этом большого к о л и ч е с т в а н е м е т а л л и ч е с к и х дорогостоящие раскислители испольвключений в металле шва, снижающих 50 зуются нерационально. Кроме т о г о , вязкость сварного соединения. в этом флюсе используется обычный Известен керамический флюс д л я глинозем, применяемый в сварочных с в а р к и низколегированных х л а д о с т о й материалах и поставляемый по ГОСТ ких с т а л е й [ 4 ] , обеспечивающий вы6912-64. Этот глинозем,представляю5 5 сокую ударную в я з к о с т ь сварных с о е щий собой полиминеральную смесь р а з * динений при отрицательных т е м п е р а личных модификаций А^О^С If Al^O^ ї 0 A1 k турах и имеющий следующий с о с т а в , П, - к\2 Ъ> ? " 2 ° 3 » *• ~ h°3> вес,%: ои-з 4 1088904 Кроме того, применено комплексное сґ~ A l ^ ; а - Л 1 2 0 3 (h- A 1 2 O 3 и липь микролегирование металла шва кальцидо 30% cL- Al^O,), является чрезвыем и алюминием с гіомощью силикокальчайно гигроскопичным материалом. ция (до 1,3 мас.%) и алюминиевого Он плохо смачивается жидким стекпорошка (до 0,8 мас.%), а также лом, что затрудняет процесс гранудополнительное легирование марганцем лирования керамических флюсов метоза счет ферромарганца, которое подом окомкования. зволяет получать оптимальную струкЦель изобретения - улучшение оттуру металла шва, основной составля*делимости шлаковой корки в сварке ющей которой является игольчатый в глубокую разделку, улучшение форферрит, что обеспечивает высокую мирования металла шва и уменьшение хладостойкость швов при сварке ряда гигроскопичности флюса. низколегированных сталей. Введение і в состав флюса ферротитана и ферроПоставленная цель достигается тем, что керамический флюс для свар- | 5 силиция (как в известном флюсе ки низколегированных сталей, содерпрототипе) не позволяет получить жащий магнезит, обожженный, волластодостаточного количества игольчатого нит, плавиковый шпат, ферромарганец, феррита в структуре металла швов. силикокальций, алюминиевый порошок, Легирование металла шва молибденом двуокись алюминия и компоненты-окис- 20 и никелем целесообразнее производить лители, в качестве последних содерс помощью применения проволок, с о держезщх эти элементы, а не вводя жит ильменитовый концентрат и силиферромолибден и никель во флюс (как кат марганца, при этом двуокись алюэто делается в известном флюсе-протоминия введена в виде материала, с о держащего не менее 90% d -фазы А ^ 0, , 2 5 т и п е ) , так как значительные количеста компоненты флюса взяты в следующем ва этих дорогостоящих компонентов неизбежно теряются в шлаковой к о р к е . соотношении, мае.%: В предлагаемом флюсе в качестве Магнезит обожженный 25 - 35 компонентов-окислителей применены Болластонит 12-24 30 ильменитовый концентрат и силикат ^Плавиковый шпат 6 - 10 марганца, действие которых значиФерромарганец 0,4 - 2,3 тельно слабее, чем мрамора, марганСиликокальций 0,1 - 1,3 цевой руды и гематита. Ильменитовый Алюминиевый пороконцентрат в отличие o r рутила не шок 0,1 - 0,8 35 является дефицитным материалом. Ильменитовый конСуммарное содержание ильменитозого центрат 4-12 концентрата и 1/2 силиката марганца Силикат марганца 12-24 10-20 мас.%. Данного количества окисМатериал, содержащий лителей достаточно для создания услоне менее 90% of-фазы 40 вий перекода сульфидных включений А1203 15-25 пленочного типа в металле шва в глопричем суммарное содержание ильмебулярные оксисульфиды, что способнитового концентрата и 1/2 силиката ствует улучшению механических свойств марганца составляет 10-20 мас.%, сварного соединения. суммарное содержание ферромарганца, силикокальция и алюминиевого порош- 45 С целью снижения содержания к и с ка - 1,5-2,5 мас,%, а отношение сумлорода в шве, ухудшающего в ч з ь о е т ъ марного содержания магнезита обожженм е т а л л а , .в с о с т а в флтаса в в о д я т р а с ного, о^-фазы ALpO, и ]/2 волласток и с л и т е л и . Наличие вышеуказанного нита к содержанию плавикового шпата к о л и ч е с т в а р а с к и с л и т е л е й во флюсе составляет 6,0-8,6%. 30 о б е с п е ч и в а е т получение оптиматьного В предлагаемом флюсе с целью снихимического с о с т а в а м е т а л л а ш в а 5 о б жения его гигроскопичности и облегладающего высокими механическими чения технологии изготовления (что свойствами при низких т е м п е р а т у р а х , входит в понятие сварочно-технологии я в л я е т с я достаточным д л я р а с к и с л е ческих свойств флюса) применен ком- 55 ння м е т а л л а св о арочной ванны. понент, содержащий не менее 95% Сварочно-технологические х а р а к т е tf. -' А1~0 , (например, электрокорунд ристики флюсов во многом о п р е д е л и - , или высокопрокаленный глинозем). ются их физико-химячеегчми с в о й с т в а 1088904 ми. Одними из наиболее важных показателей являются температура плавления шлака и его вязкость в расплавленном состоянии при температуре, близкой к температуре кристаллизации металла шва. Вводимые в состав флюса тлкие пшакообразующие компоненты, как обожженный магнезит,злектроплавленный корунд и частично волластонит, поічлпают температуру плавления флюса и 10 вязкость шлака при 1600*0,3 плавиковый шпат снижает как температуру плавления флюса,так и вязкость шлака. Б табл.1 приведены варианты состава флюса, которые подвергались испытаниям. Под этими флюсами были получены сварные соединения из низколегированных сталей 09Г2С, 10ХСНД и 15Г2АФД пс. 20 Химический состав и механические характеристики металла швов приведены в табл.2-4, Как видно из приведенных данных, предлагаемый флюс имеет хорошие технологические свойства и обеспечивает высокий уровень ударной вязкости металла шва при отрицательных температурах. Флюс должен найти широкое применение для сварки ответственных узлов металлоконструкций из низколегированных сталей взамен керамического флюса С']» выбранного в качестве базового объекта. При этом будет получен значительный экономический -эффект по сравнению с использованием базового объекта за счет снижения стоимости шихты флюса (отсутствия в ней ферромолибдена), возможности снижения трудоемкости сварки в результате более легкой отделимости шлаковой корки, возможности повышения производительности сварки,а также меньгаего расхода флюса. Т а б л и ц а Содержание, мас.%, в партии флюса, Компоненты 'Магнезит обожженный 1 25 27 ный 20,7 18,5 21 Силикат марганца 12 24 12 Волластонит 18 16 24 34 31,2 32,7 22,5 15 25 12 16 12 16 16 12 4 35 12 8 Корунд электроплавлен йльменитовый концентрат 4 8 4 9 7,3 8 Плавиковый шпат 8 6 10 0, 4 2,3 1 Ферромарганец 1 1,5 1,4 1. 3 0,1 0, 8 Силикокальций 0,8 0,6 0,5 0, 8 0,1 0, 5 Алюминиевый порошок 0,5 0,4 0,1 Ш889СЦ 8 Т а б л и ц а Химический состав металла твов , полученных при сварке под предлагаемым флюсом (мас,%) Основной металл Сварочная партии проволока флюс Химические I Si Мп 09Г2С 2 элементы Mo Ni Cr S Ті Св-10Г2 0,088 1,80 0,33 н/о н/о 0,075 0,015 0,019 Св-08МХ 6 0,079 1,10 0,33 0,19 н/о 0,800 0 , 0 1 6 0 , 0 1 7 Св-08ХМ 5 0,082 1,30 0,44 0,20 н/о 0,310 0,015 0,018 Св-ІОНМА 1ОХСНД 4 3 0,090 1,42 0,22 0,25 0,18 0,07,9 0 , 0 1 4 0 , 0 1 6 Св-10Г2 1 0,101 1,42 0,30 н/о 2 0,093 1,40'' 0,33 н/о 0 , 1 9 0 , 3 8 0 0 , 0 1 8 0,012 б 0,121 1,46 0 , 2 3 0 , 0 8 3 0 , 0 1 6 0,017 _tt_ 15Г2АФД пс Св-ІОНМА 0,20 0,21 0,19 0,30 0 , 0 1 6 0 , 0 1 3 Т а б л и ц а Прочностные характеристики металла швов, полученных при сварке под' испытуемым флюсом № партии флюса £д„ , МПа & Основной металл Сварочная проволока О9Г2С Св-10Г2 4 562-575 566 * СВ-08МХА 6 СВ-08ХМ 5 Св-ІОНМА 3 Св-1072 3 МПа , МПа 15Г2АФД пс Св-ЮНМА П р и м е ч а н и е : ' ; [' 67,7-68,0 67,8 585-600 590 625-630 627 730-741 735 478-490 481 490-500 496 586-606 600 30, 2-32, 2 65^0-66,0 1 502-530 521 339-350 346 26, 6-33, 3 66,0-69,8 68,4 32,0 509-572 523 371-424 382 22, 3-34, 0 760-765 586-617 761 1ОХСНД 6-32 0 . 30 2 г 457-462 460 600 19,0-20, 6 6 65,8 зі,; 27Т 0-27, 5 61,0-62,0 27,3і 6К5 24,0-21, 3 2 59,9 31,0 с 20,0 71,8 53,4 " В таблице приведены данные испытаний не менее чем трех образцов по ГОСТ'6996-66 тип П. В числителе показаны минимальное и максимальное ( а в знаменателе среднее значение р е з у л ь т а т о в испытаний образцов. 10 1088904 Т а б л и ц а 4 Ударняая вязкость металла швов, лолученных при сварке под испытуемым флюсом Основной металл Сварочная проволока Ан Дж/см № партии флюса +20 при температуре, С -40 -60 -70 20-51 205-232 72-102 114 95 105-184 86-100 156 Св-08ВМХ 104-124 221 СВ-10Г2 93 52-90 80 35 41-87 30 35-62 109-109 100-142 89 -123 В1-97 124 126-176 161 137-152 143 : 107 192 П р и м е ч а н и е 102-117 107 254-119 15Г2АФД пс Св-ЮНМА 105-111 122 168 Св-1072 1 11-I57 154-196 Св-10Г2 Д8 172 10ХСНД 42-52 66 161-185 Св-І0НМА 61-84 109 Св-08ХМ 85-103 95 101 104-142 27 59-69 64 57 R6 87-108 95 61-62 61 В таблице приведены данные не менее чем трех образцов по ГОСТ 6996-66 тип.УГ. В числителе показаны минимальное и максимальное, а в знаменателе - среднее значение результатов испытаний образцов. Редактор А.Лежнина Составитель Т.Арест Техред К,Надь Корректор А.Дзятко Закаэ 2784/12 Тираж 1037 Подписное ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4