Керамический флюс для сварки деталей

,89. Я СВА к сварке, а ченным для олегирован-. рки сталей, е реакторов ктов как в лки кромок. ОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-производственное объедпо технологии машиностроения(56) Авторское свидетельство СССРМ 967749, кл, В 23 К 35/362, 02,03,8Авторское свидетельство СССРМ 1088904, кл. В 23 К 35/362, 11,02Авторское свидетельство СССРМ 1594820, кл, В 23 К 35/362, 20.06Авторское свидетельство СССРМ. 1658524, кл, В 23 К 35/362, 20.09(54) КЕРАМИЧЕСКИЙ ФЛЮС ДСТАТАЛ ЕЙ(57) Изобретение относитсяименно к флюсам, предназнамеханизированной сварки низкных сталей, в том числе для сваиспользуемых при производствдля переработки нефтепродуобычную, так и в узкую разде Изобретение относится к сварке, а именно к составу флюсов для механизированной сварки низколегированных высоко- прочных сталей, в том числе для сварки сталей, используемых при производстве реакторов для переработки нефтепродуктов.Основными задачами при сварке оборудования указанного типа являются следующие; обеспечение высокой водородной Цель изобретения - обеспечение сочетания высокой водородной проницаемости и пластичности наплавленного металла; а также повышение сварочно-технологических свойств флюса. Керамический флюс содержит следующие компоненты, мас,0 ь: порошок магнезитовый обожженный 20-32; электрокорунд 13 - 24; концентрат плавиковошпатовый 8-14; волластонит 11-19; концентрат цирконовый 5,0-15,0; алюмомагниевый порошок 0,5-2,5; хром металлический 0,3 - 5,5; ферромолибден 0,1-5,0; окислы редкоземельных металлов 5,0 - 15,0; ферромарганец 0,1 - 5,0. Положительный эффект повышения работоспособности реактора достигается увеличением водородной проницаемости и высокими пластическими свойствами, что обеспечивается за счет совместного введения во флюс хрома металлического, ферромолибдена, окислов редкоземельных металлов и алюмомагниевого порошка в указанных пределах. Повышение сварочно-технологических свойств обеспечивается за счет использования цирконового концентрата и окислов РЗМ в качестве компонентов шлаковой системы.2 табл. лла шва, способствуюда при высокихтемпепроницаемости мета щей диФФузии водоро ратурах эксплуатаци локализацию его в о верженных максима напряжениям; обес стических свойств ме мирования мелкоз наплавленного метал и, что предотвращает бластях металла, подльным растягивающим печение высоких платалла шва эа счет форернистой структуры ла повышенной чисто 3 1726183ты; обеспечение высоких сварочно-технологических свойств с возможностью сварки в узкие разделки сварочных кромок.Известен флюс, содержащий мас.%: Магнезит обожженный 25-35 Волластонит 12 - 24 Ильменитовый концентрат 4 - 12Силикомарганец 12-24 Плавиковый шпат 6-10Ферромарганец 0,4-2,3 Сили кальций 0,1 - 1,3 Алюминиевый порошок 0,1 - 0,8 Электрокорунд 15-25 Указанный флюс при сварке низколегированной проволокой типа СвГА или Св 10 Г 2 обеспечивает в металле шва содержание кремния 0,4 - 0,5 и кислорода 0,04 - 0,05. Содержание алюминия при этом составляет не более 0,025. Указанная композиция обеспечивает высокие значения ударной вязкости металла шва, в том числе и при отрицательных температурах.Получаемый прирост кремния 0,4 - 0,5;6 отрицательно сказывается на пластичности и ударной вязкости наплавленного металла. Уменьшение прироста кремния за счет снижения содержания силикокальция вызывает возрастание содержания кислорода до значений более 0,05 ф, а повышение раскисленности за счет увеличения количества алюминиевого порошка вызывает возрастание содержания алюминия в металле более 0,025 )ь, что крайне отрицательно влияет на ударную вязкость металла швов.Наиболее близким к предлагаемому является, флюс, содержащий, мас:Волластонит . 12-36 Магнезит 0,1 - 20 Глинозем 2,5 - 16,5 Корунд 0,1-14 Оксид хрома 0,1-5Лигатура 0,5 - 15 Плавиковый шпат Остальное При этом соотношение компонентов удовлетворяет следующим условиям: Г+ К =(0,7 - 1,25) (24 - 0,5 В);Г = (0,76 - 1,5) (15 - 0,34 В),где Г - содержание глинозема, мас. ;К - содержание корунда, мас;В - содержание волластонита, мас. )ь, а лигатура содержит компоненты в следующем соотношении, мас. ф:Алюминиевый порошок 1 - 15Марганец металлический 2 - 20 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Магниевый порошок 3-30 РЗМ или оксиды РЗМ 5 - 45 Хром металлический 43 - 57 Указанный флюс, предназначенный для сварки коррозионно-стойких сталей,обладает удовлетворительными сварочно- технологическими свойствами при сварке в стандартные (широкие) разделки, однако не обеспечивает комплекса требований, позволяющих осуществлять процесс сварки в узкую разделку за счет недостаточного содержания комплексообразующих компонентов, так как значение его интервала нормального формирования, определяющего вероятность образования пристеночных дефектов при сварке в разделку, составляет 40 мм, что значительно ниже критического значения ИНФ (величина интервала нормального позиционирования связана с интервалом нормального формирования зависимостью ИНП= тд ИНФ), составляющего для стандартного оборудования 70 мм.Кроме того, указанный флюс не обеспечивает требуемых значений водородной проницаемости металла шва при использовании проволоки типа СвХМФТУ, поскольку не позволяет получить при сварке оптимальное содержание элементов, влияющих на водородную проницаемость.Так, при использовании указанного флюса значение водородной проницаемости в наплавленном металле составляет (0,8-1,0) 10 мл/см с, тогда как его значение в условиях работы реактора гидрокрегинга нефтепродуктов должно составлять не менее 1,6 10мл/см с.Указанный флюс также не позволяет получить требуемых пластических свойств наплавленного металла вследствие того, что раздельное введение алюминия и магния, а также применение любого другого вида магнезита, кроме обожженного, не обеспечивает низкого содержания кислорода в наплавленном металле,Целью изобретения является создание керамического флюса, при использовании которого обеспечивается высокая водородная проницаемость наплавленного металла, препятствующая водородному охрупчиванию, высокие пластические свойства металла шва, возможность сварки в узкую разделку кромок за счет повышения комплекса сварочно-технологических свойств.Поставленная цель достигается тем, что в сварочном керамическом флюсе, содержащем магнезит, корунд, плавиковый шпат, оксиды РЗМ, алюминий, магний, хром металлический, марганец, волластонит, дополнительно введены ферромолибден и концентрат цирконовый, алюминий и магний введены в виде алюмомагниевого порошка, марганец - в виде ферромарганца, а магнезит - в виде порошка магнезитового обожженного при следующем соотношении компонентов флюса, мас. ф :Порошок магнезитовыйобожженный 20-32 Корунд 13-24 Плавиковый шпат 8 - 14Волластонит 11-19 Концентрат цирконовый 5-15Ал юмомагниевый порошок 0,5-2,5 Хром металлический 0,3-5,5 Ферромолибден 0,1 - 5,0 Ферромарганец 0,1-5,0 Оксиды РЗМ 5,0-15,0 Предлагаемый флюс обеспечивает высокую водородную проницаемость, пластичность металла шва и повышение сварочно-технологические свойства флюса.В качестве раскислителя использованы алюминий и магний в виде алюмомагниевого порошка, обеспечивающего по сравнению с их раздельным введением более равномерное их распределение в наплавленном металле и меньшие потери на окисление. Алюмомагниевый порошок снижает содержание кислорода в наплавленном металле до 0,03, обеспечивая при этом оптимальное содержание алюминия 0,01 - 0,025,При введении алюмомагниевого порошка во флюс меньше 0,5 раскисляющего воздействия его недостаточно и содержание кислорода в шве составляет 0,04 - 0,05. При введении же его больше 2,5 содержание алюминия в шве превышает оптимальное значение 0,025 ф, что также отрицательно влияет на ударную вязкость.Повышение водородной проницаемости с целью предотвращения водородного охрупчивания обеспечивается за счет введения во флюс ферромолибдена, хрома металлического и окислов редкоземельных металлов в указанных пределах.Введение во флюс ферромолибдена и хрома металлического в количествах, меньших указанных нижних пределов, не влияет существенно на изменение водородной проницаемости, Кроме того, при содержании Ре - Мо и Сг ниже указанных значений проявляется отрицательное влияние содержащихся в сварочной проволоке титана и55 Для оценки свойств керамическогофлюса предлагаемого состава изготовлено11 его партий по 15 кг каждая,Составы указанных партий приведены втабл. 1. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ванадия на стойкость сварных соединений против образования трещин в процессе отпуска.Превышение верхних пределов, указанных для этих компонентов, приводит к существенным изменениям химического состава металла шва по сравнению с оптимальным, что приводит к снижению пластичности наплавленного металла.Оксиды редкоземельных металлов вводятся во флюс с целью повышения водородной проницаемости металла шва. Установлено влияние РЗМ, содержащихся в наплавленном металле, на его водородную проницаемость. В исследованном диапазоне (от 0 до 20 оксидов РЗМ во флюсе) наблюдается прямая зависимость водородной проницаемости наплавленного металла от содержания оксидов РЗМ во флюсе.Кроме того, будучи компонентом шлаковой системы оксиды РЗМ влияют на вязкость, поверхностное натяжение шлака, межфазовое натяжение на границе шлак - металл и улучшают сварочно-технологические свойства флюса, увеличивая интервал нормального формирования.Содержание оксидов РЗМ во флюсе меньше 5 недостаточно для повышения сварочно-технологических свойств, введение их в количестве, большем 15, приводит к образованию кристаллизационных трещин.Ферромарганец вводится для легирования металла шва с целью обеспечения требуемого химсостава наплавленного металла и его механических свойств,Введение магнезита в виде обожженного магнезитового порошка в указанных пределах способствует улучшению формирующих и сварочно-технологических свойств флюса вследствие повышения вязкости и температуры плавления жидкого шлака и уменьшает газовыделение и окислительный потенциал атмосферы сварочной дуги по сравнению с введением необожженного магнезита в виде МяСОз.Введение во флюс необожженного магнезита приводит к протеканию в сварочной дуге реакций МдСОз -ф М 90+ СО 2 Ф, и содержание 2 СО 2-+2 СО+ 021 кислорода в наплавленном металле, в этом случае превышает 0,03 ф , что недопустимо, так как снижает пластические свойства наплавленного металла.1726183 55 Технология изготовления керамического флюса стандартная, принятая при изготовлении керамических флюсов с использованием интенсивного смесителя.Перед сваркой опытные партии керамического флюса прокаливались при температуре 650+ 20 С 4 ч.В качестве критерия оценки сварочно- технологических свойств применяли методику определения интервала нормального формирования.Пластичность металла шва оценивалась склонностью его к хрупкому разрушению, которая определялась по величине критического раскрытия трещины Зс,Под опытными флюсами заварены разделки из стали 15 ХМФА проволокой СвХМФТУ, Режимы сварки следующие:св= 600 650 А: Осв= 32 34 В Ясв = = 20 - 22 м/ч.Результаты исследования свойств наплавленного металла и оценка сварочно- технологических свойств приведены в табл.2,Предварительные результаты свидетельствуют, что при сварке под флюсами М 2-4 обеспечивается совокупность высоких значений водородной проницаемости при обеспечении высокой пластичности наплавленного металла, Эти же составы отличаются наибольшими значениями интервала нормального формирования. Таким образом, содержание компонентов в этих составах следует считать оптимальным, Сварка под флюсами М 1, 5 не обеспечивает высокой пластичности наплавленного металла вследствие содержания алюмомагниевого порошка, в количестве, отличном от оптимального, указанного в формуле. Состав 6 характеризуется низкой пластичностью наплавленного металла, обусловленной отрицательным влиянием титана и ванадия, переходящих в металл из сварочной проволоки при отсутствии железа,молибдена и хрома, низкой водородной проницаемостью из-за недостатка этих же компонентов. Состав М 7 не обеспечивает требуемых значений водородной проницаемости из-за низкого содержания в нем окислов РЗМ, Превышение верхних пределов содержания хрома и ферромолибдена (пример 8) существенно меняет химический состав наплавленного металла, что снижает его пластические свойства. Примеры 9 - 11 иллюстрируют совместное влияние цирко нового концентрата и окислов РЗМ на сварочно-технологические свойства.Установлено, что превышение верхнего предела содержания цирконового концентрата (В 11) резко ухудшает отделимость 10 шлаковой корки, введение окислов РЗМ вколичестве, превышающем верхний предел (М 9), приводит к образованию кристаллизационных трещин. Пример М 10 показывает, что использование только окислов РЗМ без 15 введения цирконового концентрата для повышения сварочно-технологических свойств недостаточно. Формула и зоб рете н и я 20 Керамический флюс для сварки сталей,содержащий магнезит, корунд, плавиковый шпат, волластонит, окислы РЗМ, алюминий, магний, металлический хром, марганец, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыше ния эксплуатационных свойств наплавленного металла за счет увеличения его водородной проницаемости и пластических свойств, а также улучшения сварочно-технологических свойств флюса при сварке низ колегированных высокопрочных сталейтипа 15 ХМФА проволокой типа Св 10 ХМФТУ, флюс дополнительно содержит ферромолибден и цирконовый концентрат, алюминий и магний введены в виде алюмо магниевого порошка, марганец - в видеферромарганца, а магнезит - в виде магнезитового обожженного порошка при следующем соотношении компонентов флюса, мас. :40 Магнезитовый обожженныйпорошок 20-32 Корунд 13-24 Волластонит 11-19 Плавиковый шпат 8 - 1445 Цирконовый концентрат 5 - 15Металлический хром 0,3 - 5,5 Ферромарганец 0,1- 5 Алюмомагниевый поро 50 шок 0,5-2,5Ферромолибден 0,1 - 5 Окислы РЗМ 5 - 15:1 .11 Содержание компонентовт г о Компоненты 1 1 9 10 1 Порошок магнезитовыйобожженный 24 24 24 19 20 19 25 24 20 19 27 32 26 20. 17 24 17 13 25 25 20 20 Электрокорунд Концентрат плавикошпатовый 9 12 91,3,5 16,5 13,5 12 14 12 8 9 10171 19,0 16,5 11,0 16,9 15,75 12 1015,0 12,3 Волластонит Концентрат цирконо"вый 1 О 4 . 16 10 5 10 15 10 10 10 1 О Алюмома гниевый порошок Окислы редкоземель"ных металлов 5 10 15 10 15 4 10 16 ф 5 10 10 Таблица 2о етт в ге Состав о оо ат711ррототоор 150,625 0,784 0,641 0,219 0,191 0,546 0,182 Не оп(14 0,695 0,420ределен 1,2 2,3 Не оп,1 2,0ределен 0,8 2,0 2,2 2,1 2,3 1,1 1 9 40 65 92 92 68 91 92 90 88 91 г ае аееевтв ввг 91 кПрименение при сварке реактора гидрокрегинга невозможно.Кристаллизационные трещины .ооПлохая отделимость шлаковой корки,45 50 Составитель О,НатаповТехред М.Моргентал Корректор И,Муска Редактор Е,Копча Заказ 1233 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Жг 35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Хром металлическийферромарганецферромолибден Определяе мыи пара. метр Величина критическогораскрытиятрещин,мм 0,185 ВодороднаяпроницаемостО 1 Омл 7 смэ с Интервал нормального фор" мирования,мм 91 0,4 2) 2,02,0 0,5 2,0 2,5 03 25 5 Ь 0,1 2,0 5,0 0 1 2,0 5,0 2,6 2,0 2,5 0,2 2,0 2,0 2,0 0,05 2,0 2,0 5,0 5,6 2,0 2,0 5,0 51 2,0 2,0 2,0 2,5 2,5 2,5 2,0 2,0 20 2,0 2,0 2,0