RU2198773C2

RU2198773C2 - Activating flux for electric arc welding

Info

Publication number: RU2198773C2
Application number: RU2001110300A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Паршин; Ю.В. Казаков; К.Б. Корягин
Original assignee: ЗАО "Авиационные технологии"
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly manual and automatic electric arc welding of high- strength heat resistant and refractory steels in inert gas atmosphere. SUBSTANCE: activating flux includes (mass %): lithium hexafluoroaluminate, 20 - 30; titanium dioxide, 20 - 30; alumina, 10 - 30; calcium chloride 20 - 30. EFFECT: enhanced welding-through capability of welding arc, stable formation of welded seam. 1 tbl

Description

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено, например, при ручной и автоматической электродуговой сварке высокопрочных, теплоустойчивых и жаропрочных сталей в инертном газе. The invention relates primarily to mechanical engineering and can be applied, for example, in manual and automatic electric arc welding of high-strength, heat-resistant and heat-resistant steels in inert gas.

Известен активирующий флюс для электродуговой сварки нержавеющих и высокопрочных сталей (Авторское свидетельство СССР 1342649, от 18.11.85 г., МКИ В 23 К 35/362). Этот флюс содержит (вес.%) гексафторалюминат лития 20-30, двуокись титана 20-30, тугоплавкое соединение, выбранное из группы: двуокись кремния, двуокись германия, двуокись теллура 40-60. Такой состав флюса обеспечивает высокую проплавляющую способность дуги и позволяет сваривать за один проход листы толщиной до 20 мм. Однако частицы этого флюса недостаточно хорошо сцепляются с поверхностью детали. При сварке частицы флюса перед дугой могут отслаиваться и выдуваться струей дуговой плазмы. Количество флюса в таких местах уменьшается, его влияние на проплавляющую способность дуги снижается, что ухудшает стабильность формирования шва. Known activating flux for electric arc welding of stainless and high strength steels (USSR Author's Certificate 1342649, 11/18/85, MKI V 23 K 35/362). This flux contains (wt.%) Lithium hexafluoroaluminate 20-30, titanium dioxide 20-30, a refractory compound selected from the group: silicon dioxide, germanium dioxide, tellurium dioxide 40-60. This composition of the flux provides a high penetrating ability of the arc and allows you to weld sheets with a thickness of up to 20 mm in one pass. However, the particles of this flux are not well adhered to the surface of the part. During welding, flux particles in front of the arc can peel off and be blown away by a stream of arc plasma. The amount of flux in such places decreases, its effect on the penetrating ability of the arc decreases, which affects the stability of the formation of the seam.

Известен также активирующий флюс для дуговой сварки, принятый за прототип (Заявка 200010210225/02 (0022192) RU, по которой 27.11.2000 г. принято решение о выдаче патента на изобретение). Этот флюс состоит из 17-25% гексафторалюмината лития, 17-25% двуокиси титана, 35-40% тугоплавкого соединения, выбранного из группы: двуокись кремния, двуокись германия, двуокись теллура и 20-30% хлорида кальция. Такой состав флюса повышает стабильность формирования шва, обеспечивая лучшую сцепляемость слоя флюса с поверхностью свариваемой детали. Однако проплавляющая способность сварочной дуги при сварке с этим составом флюса уменьшается. Причиной этого является чрезмерное увеличение электропроводности жидкого шлака на поверхности сварочной ванны, поскольку хлорид кальция, так же как и оксиды кремния, теллура или германия, обладает высокой электропроводностью в расплавленном состоянии. В результате диаметр анодного пятна дуги расширяется, плотность тока в нем падает, что и вызывает уменьшение проплавляющей способности дуги. Этот недостаток прототипа существенно сказывается при сварке деталей с толщиной кромок больше 10-15 мм. Also known is an activating flux for arc welding, adopted as a prototype (Application 200010210225/02 (0022192) RU, according to which a decision was issued on November 27, 2000 to grant a patent for an invention). This flux consists of 17-25% lithium hexafluoroaluminate, 17-25% titanium dioxide, 35-40% of a refractory compound selected from the group: silicon dioxide, germanium dioxide, tellurium dioxide and 20-30% calcium chloride. This composition of the flux increases the stability of the formation of the weld, providing better adhesion of the flux layer to the surface of the welded part. However, the penetrating ability of the welding arc during welding with this flux composition is reduced. The reason for this is an excessive increase in the electrical conductivity of liquid slag on the surface of the weld pool, since calcium chloride, like silicon, tellurium or germanium oxides, has a high conductivity in the molten state. As a result, the diameter of the anode spot of the arc expands, the current density in it decreases, which causes a decrease in the penetrating ability of the arc. This disadvantage of the prototype significantly affects the welding of parts with edge thicknesses greater than 10-15 mm.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение проплавляющей способности дуги при сохранении стабильности формирования сварного шва. The technical task of the invention is to increase the penetrating ability of the arc while maintaining the stability of the formation of the weld.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что активирующий флюс для электродуговой сварки содержит гексафторалюминат лития, оксид титана и хлорид кальция. В отличие от прототипа в состав флюса дополнительно введен оксид алюминия, а компоненты взяты в следующем соотношении, вес.%:
Гексафторалюминат лития - 20-30
Двуокись титана - 20-30
Оксид алюминия - 10-30
Хлорид кальция - 20-30
Такая совокупность известных и новых признаков позволяет получить высокую проплавляющую способность сварочной дуги при хорошей стабильности формирования сварного шва. Это становится возможным, поскольку хлорид кальция при плавлении в зоне анодного пятна дуги обеспечивает достаточное для повышения плотности тока увеличение электропроводности. В то же время оксид алюминия, обладая высоким электросопротивлением, обуславливает относительно низкую электропроводность остальной части поверхности ванны. Повышенная адгезионная способность хлорида кальция обеспечивает хорошее сцепление флюса с поверхностью свариваемой детали, что сохраняет целостность слоя флюса и стабильность формирования проплава.The essence of the invention lies in the fact that the activating flux for electric arc welding contains lithium hexafluoroaluminate, titanium oxide and calcium chloride. In contrast to the prototype, alumina is additionally introduced into the flux composition, and the components are taken in the following ratio, wt.%:
Lithium hexafluoroaluminate - 20-30
Titanium dioxide - 20-30
Alumina - 10-30
Calcium Chloride - 20-30
This combination of known and new features allows to obtain a high penetrating ability of the welding arc with good stability of the formation of the weld. This becomes possible because calcium chloride, when melted in the zone of the anode spot of the arc, provides an increase in electrical conductivity sufficient to increase the current density. At the same time, alumina, having a high electrical resistance, causes a relatively low electrical conductivity of the rest of the surface of the bath. The increased adhesive ability of calcium chloride ensures good adhesion of the flux to the surface of the welded part, which preserves the integrity of the flux layer and the stability of the formation of the melt.

Предлагаемый активирующий флюс содержит гексафторалюминат лития LiAlF₆, двуокись титана TiO₂, оксид алюминия Al₂O₃ и хлорид кальция CaCl₂. Компоненты флюса взяты в следующем соотношении, вес.%:
Гексафторалюминат лития - 20-30
Двуокись титана - 20-30
Оксид алюминия - 10-30
Хлорид кальция - 20-30
Такой состав активирующего флюса обеспечивает высокую проплавляющую способность сварочной дуги при стабильном формировании сварного шва. Хлорид кальция обеспечивает хорошее сцепление флюса с поверхностью свариваемой детали. Это препятствует выдуванию флюса потоком дуговой плазмы, слой флюса перед дугой остается равномерным по толщине, его воздействие на сварочную дугу одинаково по всей длине стыка деталей, что обуславливает равномерное формирование сварного шва. Наличие в составе флюса оксида алюминия частично нейтрализует резкое уменьшение электрического сопротивления слоя расплавленного шлака на поверхности ванны. При сварке деталей с большой толщиной кромок, когда требуется повышенная сила сварочного тока, это способствует концентрации тока в зоне действия анодного пятна. В результате повышается проплавляющая способность сварочной дуги. Гексафторалюминат лития и двуокись титана, испаряясь в зоне дуги, способствуют сжатию столба дуги, что также повышает ее проплавляющую способность. Предложенное количественное соотношение компонентов флюса обеспечивает наиболее эффективное их воздействие на концентрацию тепловой мощности дуги, обеспечивающее повышение ее проплавляющей способности, при сохранении стабильности формирования шва.The proposed activating flux contains lithium hexafluoroaluminate LiAlF ₆ , titanium dioxide TiO ₂ , aluminum oxide Al ₂ O ₃ and calcium chloride CaCl ₂ . The flux components are taken in the following ratio, wt.%:
Lithium hexafluoroaluminate - 20-30
Titanium dioxide - 20-30
Alumina - 10-30
Calcium Chloride - 20-30
This composition of the activating flux provides a high penetrating ability of the welding arc with stable formation of the weld. Calcium chloride provides good adhesion of the flux to the surface of the welded part. This prevents the flux from being blown out by the arc plasma flow, the flux layer in front of the arc remains uniform in thickness, its effect on the welding arc is the same along the entire joint length of the parts, which leads to uniform formation of the weld. The presence of aluminum oxide in the flux partially neutralizes a sharp decrease in the electrical resistance of the molten slag layer on the surface of the bath. When welding parts with a large thickness of the edges, when an increased strength of the welding current is required, this contributes to the concentration of current in the area of the anode spot. As a result, the penetrating ability of the welding arc is increased. Lithium hexafluoroaluminate and titanium dioxide, evaporating in the arc zone, contribute to the compression of the arc column, which also increases its melting ability. The proposed quantitative ratio of the components of the flux provides the most effective effect on the concentration of the thermal power of the arc, providing an increase in its melting ability, while maintaining the stability of the formation of the weld.

Для проверки эффективности предложенного состава флюса аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом без присадки наплавляли швы на пластины толщиной 10 мм, длиной 150 мм и шириной 80 мм из стали 12Х1МФ. На поверхность пластин наносили слой предлагаемого флюса, содержащего 25% гексафторалюмината лития, 25% двуокиси титана, 25% хлорида кальция и 25% оксида алюминия. На другую партию образцов наносили слой флюса - аналога, содержащего 25% гексафторалюмината лития, 25% двуокиси титана и 50% двуокиси кремния. На третью партию образцов наносили флюс, выбранный в качестве прототипа и содержащий 20% гексафторалюмината лития, 20% двуокиси титана, 35% двуокиси кремния и 25% хлорида кальция. Во всех случаях флюсы готовили путем смешивания компонентов, измельченных до размера частиц 50 мкм. Эту смесь прокаливали при 15-200^oС в течение 1,5-2,0 часов. Смесь порошков разводили этиловым спиртом в соотношении 1:1 и наносили на поверхность образцов в виде пасты слоем толщиной 0,1 мм. Четвертая партия образцов наплавлялась без флюса. Наплавку производили при силе сварочного тока 150 А, скорость сварки составляла 2,5 мм/с, длина дуги устанавливалась равной 1 мм. После наплавки пластины разрезались по оси шва и измерялась глубина проплавления с шагом 10 мм по длине шва.To verify the effectiveness of the proposed flux composition by argon-arc welding without a consumable electrode without additives, welds were welded onto plates 10 mm thick, 150 mm long and 80 mm wide from 12Kh1MF steel. A layer of the inventive flux containing 25% lithium hexafluoroaluminate, 25% titanium dioxide, 25% calcium chloride and 25% aluminum oxide was applied to the surface of the wafers. A flux layer was applied to another batch of samples — an analogue containing 25% lithium hexafluoroaluminate, 25% titanium dioxide, and 50% silicon dioxide. A flux selected as a prototype and containing 20% lithium hexafluoroaluminate, 20% titanium dioxide, 35% silicon dioxide, and 25% calcium chloride was applied to a third batch of samples. In all cases, fluxes were prepared by mixing components crushed to a particle size of 50 μm. This mixture was calcined at 15-200 ^o C for 1.5-2.0 hours. The mixture of powders was diluted with ethyl alcohol in a ratio of 1: 1 and applied to the surface of the samples in the form of a paste with a layer thickness of 0.1 mm. The fourth batch of samples was surfaced without flux. Surfacing was carried out at a welding current of 150 A, the welding speed was 2.5 mm / s, the arc length was set equal to 1 mm. After surfacing, the plates were cut along the axis of the weld and the penetration depth was measured with a step of 10 mm along the length of the weld.

Оказалось, что предложенный состав флюса по сравнению с прототипом увеличивает проплавление на 25%. Стабильность формы шва более чем вдвое выше, чем при сварке с флюсом - аналогом, она сохраняется примерно такой же, как и при сварке с флюсом - прототипом и при сварке без флюса (см. таблицу). It turned out that the proposed composition of the flux compared to the prototype increases penetration by 25%. The stability of the weld shape is more than twice as high as when welding with flux-analogue, it remains approximately the same as when welding with flux-prototype and when welding without flux (see table).

Результаты испытаний показывают, что предлагаемый состав активирующего флюса обеспечивает по сравнению с прототипом технический эффект, заключающийся в повышении проплавляющей способности сварочной дуги при сварке деталей с большой толщиной кромок, при сохранении высокой стабильности формирования шва. Предлагаемый флюс содержит известные и применяющиеся в технике компоненты и может быть изготовлен и применен с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемый активирующий флюс обладает промышленной применимостью. The test results show that the proposed composition of the activating flux provides a technical effect compared to the prototype, which consists in increasing the penetrating ability of the welding arc when welding parts with a large thickness of the edges, while maintaining high stability of the formation of the weld. The proposed flux contains components known and used in the art and can be manufactured and applied using methods known in the art. Therefore, the proposed activating flux has industrial applicability.

Claims

Activating flux for electric arc welding in shielding gases, containing lithium hexafluoroaluminate, titanium dioxide and calcium chloride, characterized in that aluminum oxide Al ₂ O ₃ is additionally introduced into it, and the components are taken in the following ratio, wt.%:
Lithium hexafluoroaluminate - 20-30
Titanium dioxide - 20-30
Alumina - 10-30
Calcium Chloride - 20-30v