Принципы выбора состава флюсов для сварки сталей и сплавов. Флюсы для сварки низкоуглеродистых сталей. Флюс для сварки стали
Принципы выбора состава флюсов для сварки сталей и сплавов. Флюсы для сварки низкоуглеродистых сталей
ТЕОРИЯ сварочных процессов
При сварке низкоуглеродистых сталей (СтЗсп, сталь 20) необходимо сохранить углерод - единственный упрочнитель. Для этого Применяют кислые флюсы и электродные проволоки двух систем.
В отечественной практике применяют высокомарганцовистый
флюс - силикат (MnO + Si02) в сочетании с низкоуглеродистой проволокой Св-08А или Св-08АА (по ГОСТ 2246-70). В зарубежной практике применяют безмарганцевый высококремнистый флюс в сочетании с высокомарганцовистой проволокой. Общим в обеих практиках являются легирование капли и сварочной ванны кремнием за счет кремневосстановительного процесса и легирование металла сворочной ванны марганцем через флюс или проволоку. Реакция в капле имеет вид
2 [Fe] + (Si02)^ [Si] + 2[FeO]. (10.7)
Для кипящих сталей, практически не содержащих Si, она имеет особо важное значение, так как только при содержании кремния в жидкой сварочной ванне не ниже 0,2 % можно предотвратить в сварочной ванне реакцию окисления углерода (см. пример 8.9)
[С] + [0] = С0. (10.8)
Ввод кремния позволяет сохранить прочность шва и одновременно исключить образование пор при выделении из сварочной ванны оксида углерода СО. К повышению содержания Si приводит и реакция его восстановления марганцем. Кроме того, наличие в каплях и сварочной ванне при высоких температурах значительного количества FeO по реакциям (10.7) и
Fe + МпО <=> Мп + FeO (10.9)
способствует обогащению ванны кислородом, который связывает водород и препятствует образованию других (водородных) пор в результате реакции
[FeO] + Н2 <=± (Н20) + Fe>K. (10.10)
При отсутствии кремния углерод выгорает, причем весьма интенсивно при высоких температурах, а также в конце кристаллизации, когда все примеси и углерод ликвируют в последние порции жидкой фазы и его концентрация повышается. Эта реакция экзотермическая и согласно принципу подвижного равновесия должна развиваться и при понижении температуры.
Наряду с защитой углерода и железа кислые флюсы обеспечивают легирование металла шва элементами Si и Мп. Кислые флюсы способствуют рафинированию сварочной ванны с помощью Мп и МпО, связывающих серу в тугоплавкие соединения (МпО выводит серу в шлак).
Наибольшее распространение получили плавленные флюсы АН-348А, ОСЦ-45, ФЦ-6, ФЦ-3, ФЦ-9, АН-60, TA. St.10, а также керамические АНК-25, FB-106, SPSMn-35/ЮО. Их химический состав приведен в табл. 10.1.
Флюсы ОСЦ-45, АН-348 применяются более 50 лет. Они
имеют высокие сварочно-технологические свойства, но сваренные
с их применением швы содержат много дисперсных силикатных
включений и имеют ограниченную ударную вязкость {KCU < 2
< 100 Дж/см для образцов с U-образным надрезом при нормальной температуре).
Флюсы для сварки низколегированных сталей. Низколегированные стали содержат в сумме не более 5 % легирующих элементов, причем содержание каждого из них не превышает 2 % (10ХСНД, 09Г2С, 16Г2АФ и др.).
Такие стали являются металлургически законченными продуктами, т. е. в них прошли все реакции раскисления, легирования, модифицирования и рафинирования. Основная задача при их сварке сводится к сохранению их механических свойств путем защиты сварочной ванны от влияния атмосферы и взаимодействия с флюсом. При выборе флюсов следует руководствоваться установленными предельно низкими значениями коэффициента химической активности флюса в зависимости от эквивалента углерода при сохранении
высокого уровня ударной вязкости металла шва в исходном, т. е. без
2
термической обработки, состоянии (KCV > 100 Дж/см ).
| 02, % (мае.) Сэкв* % (мае.) Рис. 10.8. Диаграмма допустимого содержания кислорода (заштрихованная область) в металле шва при уровне легирования электродной проволоки С-зкв, сохраняющем KCV более 1 МДж/м2 (для металла шва в исходном состоянии при скорости охлаждения шва, не превышающей 2,3 °С/с) |
Из диаграммы на рис. 10.8 следует, что чем больше легирующих элементов содержит свариваемая сталь, тем ниже должны быть содержание О2 и коэффициент химической активности флюса. Однако при этом ухудшаются сварочно-технологические свойства. Более высокие технологические свойства обеспечивают активные флюсы (Лф= 0,6...0,3), которые применяются для сварки сталей средней прочности (ов< 600 МПа).
Сюда относятся плавленые флюсы на базе шлаковой системы СаО-МпО - - СаБг-АІгОз-БіОг следующих марок:
ФЦ-11, ФЦ-15, ФЦ-16, ФЦ-22, АН-15,
АН-42, АН-43, АН-47, FB-10, FB-20,
ФВТ-1, F-202 и F-302. Их температура плавления составляет 1573... 1623 К.
Применяют и керамические флюсы АНК-47, АНК-44, АНК-30, АНК-57,
FC-60, FC-40. Они обеспечивают уро-
2
вень ударной вязкости до 200 Дж/см при 293 К и рекомендуются для сварки конструкций, работающих в условиях Крайнего Севера.
Флюсы для сварки среднелегированных сталей. Среднелегированные стали содержат от 5 до 10 % легирующих элементов.
К ним относятся стали марок ЗОХГСНА, Х5М, 18ХН4МДА, 15ХНМФА, 30Х4НМФА и другие, имеющие наиболее высокие механические свойства (ав до 1800 МПа). Поэтому их называют также высокопрочными. Такие стали применяют в специальном судостроении, для изготовления корпусов атомных реакторов и т. п. Как правило, они содержат до 0,30 % углерода наряду с другими легирующими элементами. Основные проблемы при сварке высокопрочных сталей заключаются в том, чтобы исключить образование горячих и холодных трещин, предотвратить загрязнение серой, фосфором и другими элементами и сохранить химический состав сталей, а следовательно, и их свойства. Для решения этих проблем применяют флюсы, содержащие в качестве основы СаО и
CaF2, что позволяет понизить уровень водорода в зоне сваривания, уменьшить его химическую активность, усилить рафинирующее действие (очистить швы от серы и фосфора).
Для сварки сталей рассматриваемой группы рекомендуются
малоактивные (Аф = 0,3...0,1) и пассивные (Аф < 0,1) флюсы. К ним относятся флюсы АН-15, АН-15М, АВ-5 и ABSM2 входящие в шлаковую систему Ca0-CaF2-Al203-Si02.
Более сложные шлаковые системы имеют флюсы АН-45, АН - 17М и ФИМС-20П. Эти флюсы, в частности АН-17М и НФ-18М, обеспечивают снижение содержания в шве диффузионного водорода до 3 см /100 г, что позволяет использовать их для сварки высокопрочных сталей, склонных к закалочно-водородным (холодным трещинам). Флюс НФ-18М применяют для сварки среднелегированных сталей типа 15ХНМФА в атомном машиностроении.
Флюсы для сварки высоколегированных коррозионно - стойких сталей. При сварке таких сталей решают две главные задачи: 1) сохранение коррозионной стойкости в зонах шва и термического влияния; 2) предотвращение образования горячих трещин. Решение первой задачи требует однородности швов и снижения до минимума содержание углерода, серы, фосфора, оксидов в структуре швов, а второй - требует сохранения ферритной фазы Fes - Противоречивость этих требований разрешают на компромиссной основе, а также дифференциацией сталей по температуре эксплуатации и требуемому уровню коррозионной стойкости. Применяют
пассивные флюсы на основе Са0-АІ20з-Сар2, с добавкой SiC>2 < < 10 % для улучшения отделяемое™ шлаковой корки. Однако доля
Si02 определяется тем, что весь Si02 должен быть связан в комплексы основными окислами.
Подавлению кремневосстановительного процесса также способствует ввод во флюс оксидов железа (SPS/375, ОФ-6). Кроме СаО и CaF2 флюсы этого назначения содержат MgO, Zr02, ТЮ2, т. е. оксиды с повышенной термостойкостью, не выделяющие кислород по механизму диссоциации. Для сохранения в шве хрома Сг - главного элемента, обеспечивающего коррозионную стойкость, в состав флюсов (например, ФЦ-19, ФЦ-17, F-624) вводят его оксид Сг2Оз, что по закону распределения препятствует окислению хрома в ванне.
Для подавления вредного влияния серы и фосфора во флюсах (например F-624) должно содержаться много МпО (8... 11%), очищенного от фосфора и серы. К таким флюсам относятся плавленые флюсы ОФ-6М, ОФ-6, F-624, F-402, АН-26С, АН-18, ФЦ-17, ФЦ-19. Возможно также применение керамических флюсов, изготовленных из порошков: СаО, CaF2, MgO, ферросплавов (раскислителей и легирующих элементов, скрепленных жидким стеклом). К ним относятся керамические флюсы SPS/375, АНК-45, ФЦК и ФЦК-С.
Флюсы для сварки никеля и его сплавов. Основные проблемы сварки этих сплавов связаны с их большой чувствительностью к вредным примесям серы и фосфора, растворенным газам, которые вызывают образование пор и горячих трещин. Поэтому активные плавленые флюсы непригодны для сварки никеля НП-1, НП-2 и его сплавов типа ХН77ТЮ. Положительные результаты получены при дуговой сварке под фторидным и высокоосновным флюсом АНФ-5 на базе CaF2-NaF, имеющим температуру плавления 1223... 1423 К и оказывающим модифицирующее действие натрием. Эффективен также флюс ИМЕТФ на базе CaF2-BaCl2 с добавками фторидов NaF
и SrF2. Флюс АНФ-22 позволяет легировать шов бором до 0,6 %, что предотвращает образование горячих трещин.
Возможно применение керамических флюсов ФЦК, а также ЖН-1, который легирует металл шва элементами Мп, Ті и А1 и обеспечивает его раскисление, рафинирование и модифицирование.
Флюсы для сварки меди и медных сплавов. Главное достоинство меди - сочетание хорошей электропроводности, теплопроводности и высокой коррозионной стойкости. Сохранение чистоты меди в швах необходимо для обеспечения указанного комплекса ее свойств.
При окислении меди образуется С112О, не растворимый в твердой меди, но растворимый в жидкой меди с образованием эвтектики при 0,39 % О2. При кристаллизации С112О происходят следующие реакции:
CU2O + Н2= 2Cu + Н2О; CU2O + СО = 2Cu + СО2.
Отсюда следует, что образование паров воды и углекислого газа, которые не могут выделиться из металла диффузионным путем, может привести к образованию пор и трещин («водородная болезнь» меди).
Вследствие малой химической активности меди и ряда ее сплавов при сварке применяют следующие стандартные плавленые флюсы: ОСЦ-45, АН-348, АН-60, ФЦ-10, АН-26, АН-22, АН-20, разработанные для сварки сталей. При сварке меди под рассмотренными выше активными плавлеными флюсами возможно протекание реакций типа (FeO) + 2Cu = [С112О] + Fe. В результате этих
реакций возникают другие оксиды: MnO, Si02, AI2O3. Поэтому для сохранения в шве чистоты меди применяют низкокремнистые флюсы АН-20 с содержанием Si02 <21 %, а также специальные флюсы для меди АНМ-1, АНМ-2 и электродную проволоку из бескислородной меди Ml или МБ. Для сварки листов меди большой толщины применяется флюс АН-26.
Если допустимо снижение электропроводности и теплопроводности меди, то применяют бронзовую проволоку БрХ07 и др., которые обеспечивают равнопрочность металла шва с основным металлом.
Для сварки латуней (Си + Zn) применяют флюсы АН-20, АНФ-5 и МАТИ-53, ФУ-10. Для сварки меди применяют также специальные керамические флюсы ЖМ-1 и К-13МВТУ. Шлаковая система флюса ЖМ-1 включает: Ca0-Si02~Al203-CaF2 с добавкой раскислителей: углерода и буры (Ыа2В40з • MgO). Роль углерода состоит в превращении окислителя СО2 в газовой среде в восстановительный газ СО по реакции С + СО2 = 2СО.
Флюсы для сварки титана и сплавов на его основе. Титан обладает весьма высокой химической активностью и при нагревании активно взаимодействует с О2, N2, Н2, С. Основная проблема свариваемости Ті и его сплавов связана с получением пластичных сварных соединений. Потеря пластичности - результат отрицатель-ного влияния растворенных газов, примесей и структурных превращений, поскольку титан обладает полиморфизмом. Окисление титана начинается при нагреве выше 700 К. До этой температуры он защищен оксидно-нитридной пленкой, которая имеет аналогичную структуру и прочно удерживается на поверхности. Совместное действие кислорода, углерода и азота на свойства металла шва определяют эквивалентом кислорода
[0]экв = [О] + 2[N] + 2/3[С], (10.13)
который входит в формулу для определения твердости
НВ = 40 + 310[0]экв. (10.14)
Главное требование, предъявляемое к флюсам - надежная защита от воздуха и загрязнений компонентами шлака. Этому требованию удовлетворяют бескислородные флюсы на основе фторидов и хлоридов щелочных и щелочно-земельных металлов: АНТ-1, АНТ-3 (см. табл. 10.1), а также АНТ-5 и АНТ-7 (последний применяется для сварки деталей толщиной до 40 мм при большой силе тока). Однако ударная вязкость швов при сварке под флюсом не достигает значений, получаемых при сварке в аргоне неплавящимся электродом. Более эффективна комбинированная флюсогазовая защита.
Флюсы для сварки алюминия и его сплавов. Плавленые флюсы для сварки алюминия состоят из хлоридов и фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов. Вследствие высокой электропроводности расплавленный флюс АН-А1 и другие шунтируют дугу, что препятствует ее устойчивому горению. Сварка ведется по слою флюса полуоткрытой дугой.
% Для сварки самых распространенных алюминиевых сплавов, легированных магнием, флюсы АН-А1 и УФОК-А1 непригодны, так как натрий из флюса частично восстанавливается магнием и поступает в шов, вызывая образование пор, горячих трещин и снижая пластичность металла. Для сварки этих сплавов применяют флюсы МАТИ-10 и 48-АФ-1 на основе ВаСІ2-КС1. Керамические флюсы для сварки алюминия (например, ЖА-64) позволяют выполнять сварку закрытой дугой. Они содержат повышенное количество криолита, снижающего электропроводность расплава.
Чтобы решить дифференциальное уравнение теплопроводности, необходимо задать распределение температур в начальный момент времени (начальное условие) и условия взаимодействия тела с окружающей средой на его границах (граничные условия). Начальное условие определяется …
На современном уровне развития математики аналитическое решение уравнения теплопроводности в общем виде (5.21) еще не найдено, однако при введении некоторых допущений и упрощений можно получить пригодные для практического использования частные …
Сложный процесс изменения температуры точек тела с координатами jc, у, z во времени t описывается дифференциальным уравнением теплопроводности. Для вывода этого уравнения необходимо рассмотреть баланс теплоты в некотором элементарном объеме …
msd.com.ua
Выбор флюсов и сварочных проволок для сварки углеродистых, низколегированных и высоколегированных сталей и сплавов.
Флюсы классифицируют по назначению, химическому составу, структуре, степени легирования шва, способу изготовления, зависимости вязкости шлака от температуры.
По назначению флюсы делят на три группы:
1) для сварки углеродистых и легированных сталей;
2) для сварки высоколегированных сталей;
3) для сварки цветных металлов и сплавов.
По химическому составу различают флюсы оксидные, солевые и солеоксидные (смешанные). Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фтористых соединений. Их применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Солевые флюсы состоят из фтористых и хлористых солей металлов и других, не содержащих кислород химических соединений. Они используются для сварки активных металлов электрошлакового переплава. Солеоксидные флюсы состоят из фторидов и оксидов металлов, применяются для сварки легированных сталей.
По химическим свойствам оксидные флюсы подразделяют на кислые и основные, а также нейтральные. К кислым относят SiO2 и ТiO2; к основным — CaO, MgO, к химически нейтральным соединениям — фториды и хлориды.
В зависимости от содержания SiO2 различают высококремнистые, низкокремнистые и бескремнистые флюсы, а в зависимости от содержания MnO — марганцевые и безмарганцевые флюсы.
По степени легирования металла шва различают флюсы пассивные, т. е. не вступающие во взаимодействие с расплавленным металлом, активные — слабо легирующие металл шва и сильно легирующие, к которым относят большинство керамических флюсов.
По способу изготовления флюсы делят на плавленые и неплавленые (керамические).
По строению крупинок — стекловидные, пемзовидные и цементированные.
По характеру зависимости вязкости шлаков от температуры различают флюсы, образующие шлаки с различными физическими свойствами. Флюсы, у которых вязкость шлаков с понижением температуры возрастает медленно, называют длинными, а флюсы, у которых вязкость шлаков при аналогичных условиях возрастает быстро — короткими. Зависимость вязкости флюсов от температуры существенно влияет на качество формирования шва. Преимущественно находят применение флюсы с короткими шлаками (основные флюсы)
При сварке под флюсом состав флюса полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги. Взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства наплавленного металла.
Применительно к углеродистым сталям качественный шов можно получить при следующем сочетании флюсов и сварочной проволоки:
1) плавленый марганцевый, высококремнистый флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая сварочная проволока;
2) плавленый безмарганцевый, высококремнистый флюс и низкоутлеродистая марганцовистая сварочная проволока;
3) керамический флюс и низкоуглеродистая сварочная проволока.
Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей чаще всего используют углеродистую проволоку марок Св-08 и Св-08А в сочетании с высококремнистым марганцевым флюсом марок ОСЦ-45, АН-348А, ОСЦ-45М, АН-348АМ (мелкий). Требования к этим флюсам регламентируются ГОСТ 9087 — 81.
Флюсы ОСЦ-45 и АН-348А с зерном 0,35-3,0 мм применяют для автоматической сварки сварочной проволокой диаметром 3 мм и более. Флюсы ОСЦ-45М и АН-348АМ с зерном 0,25 — 1,6 мм применяют для автоматической и механизированной сварки сварочной проволокой диаметром менее 3 мм.
Флюс ОСЦ-45 малочувствителен к ржавчине, дает весьма плотные швы, стойкие против образования горячих трещин. Существенным недостатком флюса является большое выделение вредных фтористых газов. Флюс АН-348А более чувствителен к коррозии, чем ОСЦ-45, но выделяет значительно меньше вредных фтористых газов.
Флюсы для высоколегированных сталей
Керамические флюсы.
Изготавливают так же, как и электродное покрытие.
Сухие компоненты шихты замешиваются в жидком стекле. Полученную массу измельчают путем продавливания. Потом прокаливают, просеивают для получения частиц определенного размера.Частицы сухой смеси могут быть скреплены за счет спекания. Происходит это при повышенных температурах без расплавления. Затем гранулируют до необходимого размера.
Не плавильные флюсы приготавливаются в виде механической смеси. Наиболее распространенны керамические флюсы. По составу близки к составу основного покрытия.Легирование металла флюсом достигается путем введения в их состав ферросплавов.Сочетание легирующих элементов может быть различно, а это позволяет получать практически любой состав металла шва.
Это наиболее характерная особенность керамических флюсов.
Химический состав шва также зависит от параметров сварки.
Чтобы определить, как изменились свойства шва, надо замерить твердость в различных местах.
Наиболее критичная зона – зона сплавления и околошовная зона. Керамические флюсы имеют и свои недостатки: малая прочность, вследствие чего в процессе транспортировки или эксплуатации меняют свою грануляцию.
Часто применяют для сварки высоколегированных и специальных сталей, а также для наплавочных работ.
Плавильные флюсы.
Сплавы оксидов и солей металлов. Процесс их изготовления включает следующие стадии:
1. Расчет и подготовка шихты.2. Выплавка флюса.3. Грануляция.4. Сушка, если использовалась мокрая грануляция.5. Просеивание.
Предварительно измельченные части флюса загружают в дуговые или плавильные печи. После расплавления и выдержки до окончания реакции при температуре 1400 C флюс выпускают из печи.
При сухой грануляции флюс выливается в металлические формы. После остывания отливка дробится, при этом используются валки. Размер частиц 0,1-3 мм. Затем флюсы просеивают.
Сухая грануляция применяется для гигроскопических флюсов, содержащих большое количество фтористых и хромистых солей.
Преимущество этих флюсов в том, что они могут быть использованы несколько раз.
Используют для сварки алюминиевых и титановых сплавов.
Мокрый способ грануляции: расплавленный флюс выпускается из печи достаточно тонкой струей и попадает в емкость с проточной водой. В ряде случаев используют дополнительную струю воды.Далее идет просеивание.
Получают различную грануляцию. Флюс сушат при температуре 250-300 C, а после дробят, если возникает необходимость. После этого просеивают.
Флюс представляет из себя неровные зерна светло-серого, красно-бурого и коричневого цвета.
Транспортируют в герметичной таре, полиэтиленовых мешках, бочках.
Плавильный флюс не может содержать легирующих элементов в чистом виде, так как они окисляются в процессе изготовления. Поэтому легирование происходит путем восстановления окислов флюсов.
В основу классификации флюсов по химическому составу положено содержание в нем оксидов и солей.
Различают окислительные флюсы, имеющие оксид марганца и кремния в составе.
Для получения определенных свойств флюса, в его состав вводят другие компоненты – плавиковый шпат, более прочные оксиды.
Чем больше во флюсе оксида марганца и кремния, тем сильнее он может легировать металл данными элементами, но тем больше он будет окислять этот металл.
Плавильные флюсы применяются для сварки углеродистых и низколегированных сталей.
Безокислительные флюсы практически не содержат оксидов марганца и кремния, в их состав входят фториды, используются для сварки высоколегированных сталей.Также безокислительные флюсы могут состоять из фтористых и хлоридных солей и элементов, не содержащих кислород.Используют для сварки высокоактивных металлов – алюминия и титана.
В связи с широким применением флюсов, есть ГОСТ на основные марки: ГОСТ 9087-81 «Флюсы сварочные плавильные».Регламентирует химический состав.
Различают стекловидный и пемзовидный характер зерна.Строение зерна зависит от состава расплава флюса, степени его перегрева.В зависимости от этого, флюс может получаться плотным, прозрачным, пористым, рыхлым.Следует учитывать, что пемзовидный флюс при том же химическом составе, имеет в полтора-два раза меньший вес, чем стекловидный.
Данные флюсы хуже защищают металл от воздействия воздуха, но обеспечивают хорошее формирование шва при больших плотностях тока и скоростях сварки.
Буквы в обозначениях флюсов:М – мелкийС – стекловидныйП – пемзовидныйСП – смешанный
cyberpedia.su
Флюсы для сварки сталей
Основным назначением флюсов, применяющихся при полуавтоматической и автоматической сварке, является защита расплавленного металла от вредных воздействий кислорода и азота воздуха. Флюсы представляют собой сыпучий материал с различной степенью зернистости и различным составом. Состав и зернистость флюса оказывают существенное влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного соединения. Образующаяся на поверхности металла шва шлаковая корка должна легко отделяться. Особенно существенное значение отделение шлаковой корки имеет для сварки многослойных стыковых и валиковых швов. Наряду с этим при сварке под флюсом необходимо допускать как можно меньшее выделение вредных газов. Слой флюса, находящийся в зоне сварки, должен быть достаточным для обеспечения хорошей защиты. При сварке стали на обычных режимах толщина слоя флюса должна быть не менее 40 мм. Недостаточная толщина флюса — одна из причин образования пор в наплавленном металле из-за проникновения в зону горения дуги кислорода и азота воздуха. Легирование наплавляемого металла с помощью флюсов осуществляется редко. Обычно в состав флюсов, предназначенных для сварки конструкционных сталей, не входят легирующие элементы. Однако некоторые флюсы содержат такие легирующие элементы, как марганец и кремний, которые переходят из флюса в наплавленный металл. Правда, переход из флюса в наплавленный металл марганца и кремния весьма незначителен. Так, по данным Модовара Б. И., переход марганца в шов составляет 0,1-0,4% и кремния 0,1-0,3%. В сварочном производстве наиболее широко применяются высококремнистые марганцовые флюсы марок АН-348-А, АН-348 — АМ, ОСЦ-45М (ГОСТ 9087-59). Эти флюсы употребляются в сочетании с малоуглеродистой сварочной проволокой. Химический состав флюсов приведен в табл. 35. (крупная грануляция). Для автоматической и полуавтоматической сварки электродной проволокой диаметром менее 3 мм применяют флюс марок АН-348-АМ и ОСЦ-45М (мелкая грануляция).
Размеры зерен флюса (грануляция) указаны в табл. 36. Флюс АН-348-А и АН-348-АМ разработан институтом электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. По внешнему виду он должен представлять собой однородные по строению стекловидные зерна от светло-желтого до темно-бурого цвета различных оттенков без включений не растворившихся зерен сырых материалов. Недостаток флюса — некоторое выделение вредных фтористых газов при сварке. Флюс ОСЦ-45 и ОСЦ-45М разработан. По своему строению он представляет однородные стекловидные зерна коричневой окраски со слабым красноватым оттенком, зерна непрозрачного стекла светлого молочно-кофейного цвета, зерна светло-серого цвета или их смесь. В этой смеси не должно быть не растворившихся зерен сырых материалов и зерен черного цвета. Недостатки флюса: а) сравнительно большое выделение вредных фтористых газов; б) пониженная устойчивость дугового разряда при питании от источников переменного тока, если напряжение холостого хода менее 6 в. Для сварки низколегированных сталей применяют флюсы АН-10, АН-22 (табл. 37) и другие, разработанные в институте электросварки им. Е. О. Патона. При сварке с применением флюса АН-10 происходит значительный переход марганца из флюса в металл шва. На основе флюса АН-10 разработаны низко кремнистые флюсы различного применения. Например, флюс АНВ — для вертикальной сварки, флюс АН-11 для скоростной сварки труб из низколегированных сталей; флюсы АН-20, АН-26, АН-30 — для наплавки износостойких высоколегированных сталей. Флюс АН-20 успешно применяется для сварки меди. Общим недостатком существующих низко кремнистых флюсов является повышенная склонность сварных швов к образованию пор. Для уменьшения этого необходимо сварку производить на постоянном токе обратной полярности и повышать содержание кремния в свариваемых сталях. При сварке высоколегированных сталей и сплавов применяют флюсы АНФ-1, АНФ-5 (табл. 38). Флюс АНФ-1 представляет собой порошок, получаемый путем измельчения отборочного плавикового шпата. Перед сваркой этот флюс следует прокалить при температуре 700-800° С, Время прокалки 1 -1,5 часа.АНФ-1 не менее 92. Не более 5 0,1 следы АНФ-5 75-80 17-25 I не более 2 0,05 0,02 1
Флюс АНФ-5 получают сплавлением в дуговой печи флюоритового концентрата и фтористого натрия с последующим сухим измельчением. Наряду с рассмотренными флюсами в практике полуавтоматической и автоматической сварки применяются керамические флюсы, представляющие собой смеси различного составе получаемые без расплавления. Зачастую в состав керамических флюсов вводят легирующие компоненты. Расход флюса при автоматической и полуавтоматической сварке Флюс при сварке в основном расходуется на образование шлаковой корки, которая практически в дальнейшем не используется. Флюс также может теряться при неаккуратном его использовании или неисправности флюсоподающей и флюсоотсасывающей аппаратуры. Количество флюса, расплавленного при сварке, зависит от режима сварки: величины с арочного тока, напряжения на дуге и скорости сварки. При одном и том же токе флюса расплавляется больше, если выше напряжение дуги. При повышении сварочного тока без изменения напряжения дуги также увеличивается количество расплавляемого флюса. Увеличение скорости сварки ведет к уменьшению расхода флюса. По данным института электросварки им. Е... Патона, расход флюса, с учетом потерь на просыпание, приближенно можно считать равным расходу электродной проволоки. При полуавтоматической сварке расход флюса на 10-15% больше.
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И ШВЫ
Сварное соединение является элементом сварной конструкции. К сварному соединению относят участки деталей или отдельные детали, соединенные сварным швом. Под сварным швом понимают затвердевший после расплавления металл, соединяющий кромки деталей. При выполнении сварного соединения эти кромки подвергаются определенной подготовке. Взаимное расположение свариваемых частей, форма и размеры кромок после подготовки определяют вид сварного соединения и тип шва. Основные типы сварных швов в зависимости от вида соединений, в которых эти швы применены, размеры и форма швов, а также конструктивные элементы подготовки кромок деталей под сварку регламентируются ГОСТ 5264-58 «Швы сварных соединений флюсоотсасывающая сварка. Основные типы и конструктивные элементы». ГОСТ устанавливает также условные знаки различных швов при их графическом или буквенно-цифровом обозначении. Стыковые соединения приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов стыковых соединений представлены стыковые соединения с отбортовкой кромок и без скоса кромок.
Стыковое соединение с отбортовкой кромок. Имеет малую прочность при действии растягивающих, переменных и ударных нагрузок. Применяется в малоответственных конструкциях. Соединение экономично при применении машинных способов отбортовки кромок. Тип б — стыковое соединение без скоса кромок с двусторонним швом. Обладает высокой прочностью при любом характере нагрузок и отличается высокой экономичностью. Согласно ГОСТ, его рекомендуется применять при толщине металла 3- 8 мм. Однако в отдельных случаях при сварке толсто-покрытыми электродами на режимах, обеспечивающих глубокий провар, такое соединение применяется при толщине металла до 12 мм. Тип в - стыковое соединение без скоса кромок с односторонним швом. Получающийся непровар с обратной стороны обусловливает невысокую прочность соединения. Это соединение непригодно для работы при переменных или ударных нагрузках. Не рекомендуется применять его в случаях, когда корень шва оказывается в растянутой зоне при изгибе. Тип г — стыковое соединение без скоса кромок, полученное при сварке на подкладке. Наиболее часто при ручной сварке применяются медные съемные подкладки или остающиеся (технологические) по кладки. Правильное выполнение соединения с остающейся подкладкой считается таким, когда подкладка проплавляется на 7г-2/з толщины. Возможность проплавления ухудшается с увеличением зазора между подкладкой и соединяемыми элементами ток должен быть не больше 1,5 мм. Прочность соединений с подкладками очень близка к прочности стыковых соединений с двусторонними швами. Соединения с остающейся подкладкой применяются, когда выполнение двустороннего шва затруднено или невозможно Такие соединения широко применяются, в частности, при сварке различных трубопроводов или химических аппаратов с диаметром менее 600-800 мм. На фиг. 33 представлены некоторые виды стыковых соединений с V-образным скосом кромок. Типы а и б соединения с односторонним и двусторонним прямолинейным косом кромок, типы виг — соединения с двусторонним и односторонним криволинейным скосом. Соединения могут иметь о посторонние швы (без подварки), двусторонние швы (с подваркой) и швы, выполненные на медной или остающейся подкладках. В зависимости от этого соединения будут иметь различную прочность. Представлены стыковые соединения с Х-образным скосом кромок. Такие соединения обладают высокой прочностью под действием любых нагрузок. Площадь наплавленного металла швов Х-образных соединений на 30-40% меньше площади швов V-образных соединений. При сварке в стык элементов разных толщин более толстый элемент подвергают дополнительной обработке для получения плавного перехода от одного элемента к другому. Если разность в толщине образуется с одной стороны свариваемых элементов, то по ГОСТ 5264-58 предусматривается дополнительная обработка при разности в толщине стыкуемых элементов (S, — S),более тонкого элемента): S в мм....... <3 4 — 8 9 — 11 12 — 25 >25 Si-0,7 S 0,65 0,45 5 7 Если свариваемые элементы имеют разную толщину с обеих сторон, то приведенные значения разности толщины удваиваются. Более толстый элемент обрабатывается с одной или двух сторон в зависимости от того, как распределяется превышение толщины. Обработка производится на длине, равной 5(Si-S) —при одностороннем превышении толщины и на длине 2,5 (Si-S) — » при двустороннем превышении.
Угловые соединения. В табл. 41 приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов угловых соединений. На фиг. 35 показаны некоторые типы сварных соединений. Si-0,7 S 0,65 0,45 5 7 Если свариваемые элементы имеют разную толщину с обеих сторон, то привел иные значения разности толщины удваиваются. Более толстый элемент обрабатывается с одной или двух сторон в зависимости от того, как распределяется превышение толщины. Обработка производится на длине, равной 5(Si-S) —при одностороннем превышении толщины и на длине 2,5 (Si-S) — » при двустороннем превышении их нагрузок, а также относительно.
Угловые соединения. В табл. 41 приведены размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов угловых соединений. На фиг. 35 показаны некоторые типы сварных соединений некоторые типы тавровых соединений. Соединения без кромок (типа а) обладают высокой прочностью при статических нагрузках. Наличие непроваренной части снижает прочность при переменных и ударных нагрузках. Увеличенный зазор снижает прочность также и при статических нагрузках, Соединения со скосом кромок обладают высокой прочностью при действии любых нагрузок. Во всех случаях рекомендуются выпуклые швы. Сварные соединения и швы Соединения внахлестку. В табл. 43 приведены размеры конструктивных элементов подготовки свариваемых деталей и раме соединений внахлестку. Показаны некоторые типы соединений внахлестку. Прочность этих соединений под действием переменных и ударных нагрузок меньше прочности стыковых соединений. Площадь надавленного металла швов соединения внахлестку больше площади стыковых швов, но подготовка под сварку и сборка более просты. Наличие перекрытия соединяемых элементов (нахлестки) обусловливает больший расход основного металла. Соединения нерациональны при толщине металла свыше 20-25 мм. Тип а - соединение внахлестку с лобовыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных листовых конструкций (сосуды, резервуары, обшивка и т. д.). Тип б — соединение внахлестку с фланговыми швами. Применяется в основном при изготовлении различных конструкций из профильных материалов (подкрановые, стропильные и иные фермы, колонны, мачты). Величина перекрытия соединяемых элементов и размеры швов (длина и толщина) принимаются по расчету. Зазор между соединяемыми элементами снижает прочность соединения. В некоторых случаях применяют соединения внахлестку с комбинированным швом. 110 Типы виг — соединения, изготовляемые с применением круглых отверстий и пазов. Применяются в случаях, когда затруднено выполнение соединен в внахлестку типов а или б (например, при креплении металлического настила к балкам). Соединения хорошо работают на срез. Применение при переменных и ударных нагрузках не рекомендуется.
Для швов НЗ при а > 30 мм допускается проварка по внутреннему контуру отверстий без полного его заполнения (k =0,8 S-rS), при этом для толщины листа < 8 мм раззенковка выполняется на всю толщину. Для S > 16 мм раззенковка производится на величину, обеспечивающую провар. Угол раззенковки 50 ± 5°. Швы НЗ могут выполняться со сквозным проплавлением. Дл
Для швов Н4 расстояние между прорезями и расстояние прорези от кромки детали устанавливается при проектировании. Допускается полное заполнение по внутреннему контуру прорези. 2.йДл Л Дл 4.сДля швов НЗ при а > 30 мм допускается проварка по внутреннему контуру отверстий без полного его заполнения (k =0,8 S-rS), при этом для толщины листа < 8 мм раззенковка выполняется на всю толщину. Для S > 16 мм раззенковка производится на величину, обеспечивающую провар. Угол раззенковки 50 ± 5°. Швы НЗ могут выполняться со сквозным проплавлением. Дл8 Для швов Н4 расстояние между прорезями и расстояние прорези от кромки детали устанавливается при проектировании. Допускается полное заполнение по внутреннему контуру прорези.
В таблице приняты следующие условные обозначения способов сварки: А — автоматическая сварка под слоем флюса без применения подкладок, подушек и ручной подварки; Аф — автоматическая сварка под слоем флюса на флюсовой подушке; Ам — автоматическая сварка под слоем флюса на флюсомедного лодка; Ас — автоматическая сварка под слоем флюса на стальной подкладке; Ар — автоматическая сварка под слоем флюса с ручной подваркой с одной стороны; А автоматическая сварка под слоем флюса с ручной подваркой корня шва с двух сторон; П — полуавтоматическая сварка под слоем флюса без применения подкладок, подушек и ручной подварки; Пс — полуавтоматическая сварка под слоем флюса на стальной подкладке; Пр — полуавтоматическая сварка под слоем флюса по ручной подварке; Полуавтоматическая сварка под слоем флюса с ручной подвар о корня шва с двух сторон. ГОСТ 8173-58 устанавливает размеры конструктивных элементов подготовки кромок свариваемых деталей и размеры швов различных соединений.
различных диаметров для наиболее распространенных видов сварных соединений, а также для швов подварки. Во всех случаях приведены размер швов, для которых подсчитаны значения, указанные в таблицах. Числа проходов, указанные для случаев сварки малоуглеродистых сталей в нижнем положении, определялись в соответствии с производственным опытом заводов Урала. При сварке V-образных и Х-образных стыковых соединений электродами диаметров 6, 7, 8 мм рекомендуется первый валик в вершине угла заделки накладывать электродами меньшего диаметра 3, 4, 5 мм. В таблицах это указано дробным обозначением числа проходов: закладываемых электродами меньшего диаметра, в знаменателе число в ликов, накладываемых электродами большего диаметра. При сварке низко — и среднелегированных сталей число проходов принимается большее, чем при сварке низкоуглеродистых сталей. А. Н. Шашков рекомендует в случае сварки легированных конструкционных сталей площадь поперечного сечения, направляем го за один проход валика, выраженную в лш2, принимает под — 12 раз больше диаметра эл. автоматическая я из этого, определять число подварок. Изображение швов на чертежах необходимости проставляется знак чистоты поверхности обработанных швов. Для более ясного и отражения видимых и невидимых швов на чертежах допускается изображать шов штриховыми линиями, перпендикулярными к линии шва. Знаки в условных обозначениях швов на чертежах должны проставляться в следующем порядке. Швы стыковых соединений: 1) буквенное обозначение вида А \ 5 сварки; 2) графический знак типа шва Швы угловых соединений.
Обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3) катет шва; 4) вспомогательный знак, характеризующий расположение шва. Швы тавровых соединений: 1) буквенное обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3) катет шва; 4) длина участка / для прерывистых швов или диаметр точки для точечных швов; 5) знак, характеризующий взаимное расположение участков шва; 6) шаг прерывистого или точечного шва 7) вспомогательный знак, характеризующий расположение шва.
Пример условного обозначения шва, выполненного автоматической электродуговой сваркой по периметру (шов без скоса кромок, катет шва 6 мм). Швы соединений внахлестку (выполняемые в прорезном отверстии и проплавлением): 1) буквенное обозначение вида сварки; 2) графический знак типа шва; 3)низкого отверстия для швов в круглом прорезном отверстии, катет шва.
Читайте также
Добавить комментарий
electrowelder.ru
Сварочный флюс для электрошлаковой сварки легированных сталей
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополкительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 05. 10. 81 (21) 3346691/25-27 с присоединением заявки ¹â€” (23) ПриоритетОпубликовано 23.0283. Бюллетень it 7
Р11М К з
В 23 К 35/362
Государственный комитет
СССР йо делам изобретений н открытий
t$3j УДК 621. 791. .048(088.8) Дата опубликования описания 23. 02. 83
»-.
-=-=з:ю,.
В. Н. Курлыкин, IO.П. Петрухин, В.В. Ласенко, A. В Иваиченкр,,...., Т.A.×óâèëîâà, В.М.Катаев, A.À.Íèêóëèí и B.Ì (72) Авторы изобретения
Всесоюзный научно-исследовательский проект конструкторский и технологический институт электротермического оборудования (71) Заявитель (54) СВАРОЧНЫЙ ФЛЮС ДЛЯ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ
СВАРКИ JIEI HPOBAHHblX CTAJIEA
Изобретение относится к сварочным материалам, в частности к составу флюса для электрошлаковой сварки (ЭШС) или плавки (ЭШП}легированных сталей.
Флюс для ЭШС должен соответствовать следующим требованиям: обеспечивать быстрое и легкое начало электроытакового процесса и поддерживать устойчивое его прохождение, в особенности при малой глубине шлаковцй ванны и большой скорости подачи сварочного электрода: обеспечивать удовлет ворительное формирование поверхности шва; образовывать легко отделяющийся с поверхности шва шлак; иметь высокую температуру кипения.
Известны флюсы (ЭШС) легированных сталей на основе CaF
Известен флюс для ЭШС и ЭШП легированных сталей, содержащий фтористый кальций, кремнезем при следующем соотношении компонентов, вес.В:
Глинозем 30-40
Кремнезем 2
Фтористый кальций 60-70
Данный флюс. отвечает наибольшему числу требований, предъявляемых к флюсам для ЭШП и ЭШС: нормальная воз будимость и стабильность процесса, умеренная скорость наплавления слитка, минимальная окислительная способность, хорошее смачивание неметалли-. ческих включений $ 2) Однако в связи с дальнейшим развитием процессов ЭШП и ЭШС флис становится дефицитом, и стоимость его довольно высока. Кроме того, при применении данного флюса для ЭШС расходуемых электродов сварочный шов недостаточно прочен, особенно при приварке инвертарных головок к расходуемым электродам из сталей марки ШХ-15 и ШХ-15СГ, а время сварки значительно.
Цель изобретения.- снижение стоимости процесса сварки и повышение качества сварного шва.
Поставленная цель достигается тем, что флюс для электрошлаковой сварки легированных сталей, содержащий фтористый кальций .и глинозем, дополнительно содержит отходы сухой газоочистки печей ЭШП при следующем соотношении ингредиентов, вес.%:
Фтористый кальций
Глинозем
998064
Сос- тавы
Состав флюса, Ъ
Стабилиэац.
ЭШС, мин
Общее время сварки, мин
Качество сварного шва
Гли Отходы но- сухой зем газо.очистки
Фтористый каль ций
1 95
1 4 2 50
9 30
8 25
20 30
15 50
3 35
4 70
69
Отходы сухей газоочистки 30-95
Отходы сухой газоочистки печей
ЭШП имеют следующий химический состав, вес.Ъ: А)205- 25-29, Са0 - 3-5, 3
810 2 1-3, CaFg- Остальное.
В крупных металлургических цехах, специализирующихся на выплавке сталй электрошлакового переплава, в системе газоотсоса скапливается большое количество пыли, эвакуируемой из рабочегб объема кристаллизатора вместе с газами.
Опробование производилось на сваОочном аппарате колонного типа A-55015
-У-3 при сварке расходуемыхэлектродов сечением 370-370 мм из стали марки ШХ-15 СТ с инвентарными головками из углеродистой стали.
Электрошлаковую сварку расходуемых электродов с инвертарной головкой проводят следующим образом.
После укладки на рольганге электрода и инвертарной головки устанавливают формирующее устройство в месте образования сварного шва. Закрепляют в электрододержателе расходуемый сварочный электрод и центруют. его относительно торцов свариваемых, изделий. На нижнее формирующее уст-
Применение пыли сухой газоочистки в качестве добавки к флюсам АНФ-6 и
АНФ-1П показало, что при сварке на установке ЭШС расходуемых электродов из стали марки ШХ-15 и ШХ-15СГ с инвертарными головками сварочный шов получается более качественным, чем на известных флюсах. Отсутствовали непровары в нижней части сварного шва, шов по всей высоте сварки был ровным, беэ заливин и наплывов. Время сварки сокращалось вследствие более быстрого наведения шлаковой ванны и стабилизации процесса переплава расходуемого сварочного электрода.
При этом применение отходов сухой газоочистки в количестве менее 30% ройство насыпают чистую металлическую стружку и опускают сварочный электрод до контакта с ней. На стружку вокруг нижнего торца электрода насыпают запальную смесь, смешанную с флюсом АНФ-6. Одновременно готовят смесь флюса АНФ-6 с отходами сухой газоочистки печей.ЭШП-10Г. Часть смеси (, 50М засыпают вокруг нижнего торца сварочного электрода на запальную смесь. Далее на электрод подают напряжение. Между нижним торцом электрода и- стружкой возникает электрическая дуга, стружка сгорает, запальная смесь расплавляется, и образуется жидкая ванночка, которая шунтирует электрод. Рабочий флюс постепенно подплавляется, образуется жидкая шлаковая ванна, в которой начинается процесс переплава сварочного расходуемого электрода. Глубина шлаковой ванны регулируется путем подсыпания остальной части флюса. После окончания сварки огарок электрода выводится. из шлаковой ванны и удаляется.
Влияние состава флюса на процесс ,сварки расходуемых электродов с инвер тарными головками (составы 1-3 - с, содержанием отходов сухой газоочистки печей ЭШП (предлагаемые), состав
4 — известный)приведено в таблице.
7 25 Хорошее, непровары отсутствуют
15 40 Непровары в нижней части шва практически не давало преимущества быстрого наведения шлаковой ванны и стабилизации процесса переплава. Использование отходов сухой газоочистки .более 95% от общей массы флюса приводило к затруднению процесса возбуждения дуги и наведения шлаковой ванны из-за спекания пыли и образования корочки на поверхности. шлаковой ванны.
Так при флюсе с использованием. 50% пыли процесс стабилизировался за 8мин, а при содержании пыли 25% только за 14 мин. При общей продолжительности сварки в первом случае 25 мин, во втором — 35 мин.
Результаты опробования показали, что в сравнении с известным составом
: 998064
30-.95
Составитель Н.Гершанова
Техред М. Тепер КорреКтор Л.Бокшан
Редактор В.Данко
Заказ 1023/23 Тираж 1104 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
» »»
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 (состав 4) сварка, проведенная на предлагаемом Флюсе, дала положительные результаты. Выстрее происходила стабилизация процесса ЭШС, меньше было общее время сварки, получаевый сварочный uros был более качествейным.
Таким образом, применение предлагаемого Флюса с содержанием отходов сухой газоочистки печей ЭВИ позволит снизить затраты на процесс ЭШС и повысить качество сварного шва по срав- 10 нению с известными Флюсами.
Формула изобретения
Сварочный Сепос для электрошлаковой сварки легированных сталей, содержащий Фтористый кальций и глинозем, о та и ч а ю шийся тем, что, с це-! лью снижения стоимости процесса сварки и повнаения качества сварного шва, в него введены отходы сухой газоочистки печей ЭШП при следующем состношении ингредиентов., вес . Ъ:
Фтористый кальций 4-50
Глинозем 1-20
Отходы сухой газоочистки
Источники информации принятые во внимание при экспертизе
1. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. Б.В.Патона, "Машиностроение", 1974, с.364-365, 2. авторское свидетельство СССР в 356080, кл. В 23 к 35/362, 11.02.71 (прототип).
www.findpatent.ru
