Керамический флюс

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 35/362 1)4 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ташкентский ордена Дружбынародов политехнический институтим.А.Р.Бируни(56) Авторское свидетельство СССВ 925599, кл. В 23 К 35/362,25.1280.Патент Японии В 49-40779,кл, В 23 К 35/362, 1973.Авторское свидетельство СССРУ 833405, кл, В 23 К 35/362,03.10.79.Авторское свидетельство СССР9 606700, кл. В 23 К 35/362,01.07.76,Авторское свидетельство СССРВ 738805, кл. В 23 К 35/362,04.05.78.Авторское свидетельство СССРФ 585022, кл. В 23 К 35/362,01.08.76.(57) Изобретение относится к сварочным материалам и может использоваться при автоматической сварке высоколегированных хромоникелевых сталейи сплавов. Целью изобретения является повышение стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии. В состав флюса введены 20-60 мас,7 шеелита при содержании во флюсе, мас.Е: Рутил . 8-18; плавиковый шпат 7-16; глинозем 5-12; поташ 3-6; магнезит 2-6; окись хрома 2-5; двуокись циркония 3-10; фтористый алюминий 4-9 и окислы железа 4-6, Это позволяет связать углерод восстанавливающимся при сварке из шеелита вольфрамом. Переход вольфрама в металл шва приводит к образованию дополнительных карбидов 11-группы типа фаз внедрения, трудно растворимых в аустените даже при очень высоком нагреве, что приводит к повьппению стойкости металла шва против межкрис таллитной коррозии. 1 табл.Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано при автоматической и механизированной сварке, преимущественно высоколегированных коррозионностойких хромоникелевых сталей и сплавов аустенитного класса.Цель изобретения, - создание состава керамического флюса, обеспечивающего высокую стойкость наплавлен- ного металла против межкристаллитной коррозии. Известно, что явление межкристаллитной коррозии в хромоникелевыхаустенитных сталях и сплавах связанос понижением коррозионной стойкостиграниц зерен. Аустенитные хромоникелевые стали и сплавы промышленнойвыплавки содержат углерод н количествах, превышающих предел егорастворимости н аустенитной основе.Термическое воздействие приводит ктому, что углерод интенсивно,циффундирует к границам зерен, где практически весь связывается в сложнуюкарбидную фазу Ме 5 С или Ме Сб, Обладая высоким сродством к углероду,хром является составным компонентомобразующихся карбидов. Однако поступление его вследствие низкой диффузионной подвижности осуществляетсялишь из пограничных районов зерен.В результате пограничные районызерен обедняются хромом. Если обеднение граничных районов зерен достигает критического значения (менее12 Е хрома), то коррозионный процессбудет распространяться по этим зонамв глубь металла, вызывая его межкристаллитное разрушение, Для предотвращения склонности к межкристаллитной коррозии хромоникелевые сталии сплавы подвергают термической обработке: нагреву до 1050-1150 С,что вызывает растворение карбидовхрома, и быстрому охлаждению, фиксирующему состояние пересыщенноготвердого раствора. Дополнительно всостав этих сталей вводят элементыстабилизаторы: титан или ниобий,являющиеся сильными карбидообраэонателями. Присутствие их н состане частично или полностью ограничиваетобеднение граничных районов зеренхромом, так как повышает склонностьхромоникелевого аустенктного материала против МКК50 55 пает смачиваемость шлакового расплава. В указанных пределах более высокое содержание фтористого алюминия целесообразно вводить при содержании 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 Гомогенная аустенитная структура, образующаяся после высокотемпературной обработки, находится в состоянии неустойчивого равновесия. Воздействие термического цикла снарки приводит к вторичному выделению карбидовПри отсутствии достаточного количества элементов стабилизаторов в металле шва последний приобретает склонность к межкристаллитной коррозии.Экспериментально установлено, что присутствие в составе флюса шеелита (вольфрама кальция) приводит к повышению стойкости металла к межкристаллитной коррозии при сварке аустенитных сталей и сплавов. Повышение стойкости к МКК пропорционально со,цержанию шеелита но флюсе и повышается с увеличением доли последнего в его составе. Механизм положительного воздействия, вероятно, заключается в стойком связывании углерода восстанавливающимся при сварке из вольфрамата кальция вольфрамом. Переход вольфрама н металл шва приводит к образованию дополнительных карбидов 11-группы типа фаз внедрения (И С, ИС), трудно растворимых в аустените даже при очень высоком нагреве, что приводит к повышению стойкости металла шна против межкристаллктной коррозии.С точки зрения стойкости металла шва против МКК, содержание шеелита н составе флюса необходимо повышать до максимально возможного уровня. Однако введение его в состав флюса ограничивается отрицательным влиянием на формирование валика шва при сварке из-эа ухудшения смачиваемости расплавленного шлака. В выбранной шлаковой основе максимальное содержанке шеелита, при котором еще удается получить хорошее формирование валика шва, составляет порядка 607. Минимальный уронень установлен исходя иэ условия повышения стойкости металла шва к межкристаллитной коррозии до уровня швов, сваренных ручной дуговой сваркой электродами АНВ,и составляет 202.Для снижения отрицательного влияния шеелита на формирование шна в состав флюса. введен фтористый алюминий, которык в пределах 4-97 улуч 1276шеелита на верхнем уровне. При содержании шеелита на нижнем уровне количество фтористого алюминия может быть снижено.Шлаковая основа флюса выбрана на базе высокоустойчивых окислов титана(в виде рутила), алюминия (в виде глинозема) и циркония, Перечисленные компоненты обладают сродством к кислороду на уровне и выше основного 1 О элемента стабилизатора титана, применяемого для стабилизации отечественных хромоникелевых сталей и сплавов аустенитного класса. Следовательно, шлаковая основа на базе таких 15 окислов будет способствовать минимальному выгоранию титана из металла шва. Так как окислы титана, алюминия и циркония обладают высокой температурой плавления, то для ее снижения 20 в шлаковую основу флюса введен фтористый кальций в виде плавиковогошпата.Рутил, глинозем, двуокись циркония и фтористый кальций в совокупности 25 составляют шлаковую основу флюса и призваны наряду с обеспечением вы- У.сокой стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии способствовать хорошему формированию .валика 10 шва и стабильному протеканию процесса сварки. Их процентное содержание и допустимая область разброса установлены методом математического планирования многофакторного эксперимента с учетом содержания остальных компонентов в указанных пределах. Параметром оптимизации служил комплексный пока затель сварочно-технологические свойства флюса , учитывающий форми О рование валика шва, отделимость шлаковой корки, наличие внешних и внутренних дефектов в шве. В результате было установлено, что область разброса процентного содержания пере численных компонентов в составе, при котором сварочно-технологические свойства флюса находятся н допустимых пределах, составляют: для рутила 8-187; плавикового шпата 7-167; глинозема 5-127; окиси циркония 3-107.Известно, что при сварке высоколегированных сталей и сплавов аустенитного класса металл шва обладает повышенной склонностью к образованию 55 . горячих трещин. Поэтому для обеспечения требуемой технологической прочности швов в состав керамического 4флюса введены окислы железа и хрома. Содержание последних способствует повышению стойкости напланлеццогоаустенитного металла к горячим трещинам и положительно влияет н формирование при их содержании но флюсе н пределах 2-67. Этому же частично способствует и двуокись циркоция, входящая н состав шлаковой основы флюса.Более высокое содержание окислов железа и хрома в составе флюса практически це сказывается на технологической прочности швов и приводит к образованию пор. Отсутствие их н составе-.или содержание ниж минимальногоуровня приводит к повышению чувствительности швов к образованию горячихтрещин.Известно также, что увеличение оснонности сварочного шлака тоже повышает трещиноустойчиность аустецитцых швов главным образом вследствие подавления кремненосстановительцых процессов и десульфурации снарочцой ванны. В связи сэтим н состав флюса введен магнезит, дающий при диссоццацип окисел магния с высокой осцонцостью. Минимальное содержание магнезита и составе не должно быть ниже 27так как н протинном случае введение его не будет сказываться ца основ- ности флюса. Содержание магнезита более 57 повышает температуру плавления флюса, ухудшает его сварочно-тех- нологические свойства. Кроме того, .выделяющийся при диссоциации кислород может привести к повышенному ныгоранию титана. Для повышения стабильности дугового процесса и увеличения пропланляющей способности дуги в состав флюса введен поташ-компонент с низким потенциалом ионизации, Наряду с ионизацией дугового промежутка поташ способствует повышению оснонности флюса. Равномерное и устойчиное го-. рение дуги наблюдается при содержании поташа во флюсе не менее двух процентов. При содержании фторидов но флюсе на верхнем уровне процентное содержание поташа необходимо увеличить до 57. Более высокое содержание поташа, хотя и способствует повышению степени ионизации дугового промежутка и увеличивает основ- ность флюса, нецелесообразно, так как приводит к ухудшению формирава 1276471ния валика шва и повышению гигроскопичности флюса,На примерах конкретного исполнения установлено, что при содержаниикомпонентов в указанных в составе 5пределах сварочно-технологическиесвойства флюса остаются на высокомуровне. Обеспечивается устойчивоеи стабильное протекание процессасварки. Хорошее формирование валика 10шва с мелкочешуйчатой блестящей поверхностью беэ следов окисленности.Шлаковая корка легко удаляется.Стойкость металла швов к межкристаллитной коррозии, в зависимости от 15содержания во флюсе шеелита, на требуемом уровне (см, табл.).Влияние состава керамического флюса на склонность металла шва к МККи формирование валика шва при сварке 20высоколегированного коррозионностойкого аустенитного сплава 06 ХН 28 МЦТприведено в таблице.Определение стойкости металлашвов против межкристаллитной коррозии определяли на образцах, подвергнутых провоцирующему отжигу при 550800 С (см. табл.) в течение часа ипоследующему кипячению в агрессивной среде по методу ВУ ГОСТ 6032-75. ЗОПри содержании компонентов в предфлагаемом флюсе 1 (см. табл.) процесссварки протекает стабильно, формирование валика шва удовлетворительноеоднако стойкость швов к межкристаллитной коррозии ниже стойкости швов,сваренных электродами АНВ. ИККнаблюдается у образцов, подвергнутыхпровоцирующему отжигу уже при 600 Св то время как для образцов, сварен- щных ручной дуговой сваркой, склонность к МКК наблюдается для образцов,подвергнутых провоцирующему отжигу при температурах 650 С и выше.При содержании компонентов в сос тавах 2 3, 4, 5 и 6 (см. табл,) процесс сварки стабилен, формирование валика шва хорошее, Шов не окислен, мелкочешуйчатый. По окончании процесса, шлаковая корка легко удаляется,. С повышением содержания шеелита в шве температура провоцирующе.го отжига образцов, вызывающая межкристаллитную коррозию, повышается. При содержании шеелита во флюсе 607 МКК 55 наблюдается лишь у образцов псслео их провоцирующего отжига при 750 С и выше. Однако при таком содержании шеелита ухудшается уже формирование валика шва,При содержании компонентов во флюсе 7 таблицы иэ-за высокого содержания шеелита (707) и низкого содержания фтористого алюминия валик шва формируется неудовлетворительно.Наиболее оптимальное соотношениекомпонентов в предлагаемом керамическом флюсе, при котором наблюдается высокое качество валика шва при повышенной стойкости наплавленного металла к межкристаллитной коррозии, соответствует составу, вес.7.:Шеелит 38Рутил 13Плавиковый шпат 11Глинозем 8 5 Окись циркония 7Фтористый алюминий 7Окись железа 2,5 Поташ 5Магнезит 4,5 Окись хрома 3,5 При таком соотношении компонентов керамического флюс процесс протекает устойчиво, формирование наплавленного металла хорошееВалик шва блестящий не окислен. Шлаковая корка легко удаляется Дефекты в виде трещин, пор или шлаковых включений не наблюдаются. Состав флюса позволяет осуществлять сварку бездефектных стыков, стойких к межкристаллитной коррозии на хромоникелевых коррозионно-стойких аустенитных сталях и сплавах повышенной толщины. Прочностные и ударно-пластические свойства металла шва не нихе основногометалла.При использовании изобретения ожидается повышение качества сварного соединения вследствие высокой стойкости метачла шва к межкристаллитной коррозии и, как следствие этого, повышение эксплуатационных характеристик сварных конструкций из высоколегированных хромоникелевых аустенитных сталей и сплавов.Формула изобретения Керамический флюс для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей и сплавов аустенитного класса, содержащий рутил, глинозем, плавиковый шлат, окислы железа, окись хрома, магнезит и поташ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышерлн ааеаллее аличне ХХХ прл температ е, 2 0 Ь рис тть ат Ес Есть Есть Есть го 15 Ю Ю летьа- рлтельЕс ст 100 Не ет Есть 0 В 12 12 10 9 Есть т 1 а ю ю 1 о вв 1 ь ь а ь а Елр сере Ес 100 а ао50 5 Ь а а ь Ест ет в Хет 00 Не ель 00 Нет Ъ 20 ет Корректор С. Шек едак аз 6619/11 аж 10 одпис ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 оектная, 4 водственно-полиграфическое предприятие, г. ужгород, у Пр 7 1276471 ния стойкости металла шва против межкристаллитной коррозии, флюс дополнительно содержит шеелит, двуокись циркония,и фтористый алюминий приследующем соотношении компонентов, мас.Е:Рутил . 8-18Плавиковый шпат 7-16 Составитель Т. А Бандура Техред А.Кравчук тГлиноземОкислы железаОкись хромаМагнезитПоташШеелитФтористый алюминийДвуокись циркония 5-124-62-52-63-620-604-93-10