[go: up one dir, main page]

RU2536314C1 - Flux cord wire underwater steels welding - Google Patents

Flux cord wire underwater steels welding Download PDF

Info

Publication number
RU2536314C1
RU2536314C1 RU2013136023/02A RU2013136023A RU2536314C1 RU 2536314 C1 RU2536314 C1 RU 2536314C1 RU 2013136023/02 A RU2013136023/02 A RU 2013136023/02A RU 2013136023 A RU2013136023 A RU 2013136023A RU 2536314 C1 RU2536314 C1 RU 2536314C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alkali metal
welding
mixture
hydrogen
alf
Prior art date
Application number
RU2013136023/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Михайлович Левченко
Сергей Георгиевич Паршин
Иван Сергеевич Антипов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ")
Priority to RU2013136023/02A priority Critical patent/RU2536314C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2536314C1 publication Critical patent/RU2536314C1/en

Links

Landscapes

  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: charge in wire steel cover contains the following component ratio, wt %: rutile concentrate 25-37; calcium fluoride 8-17; iron powder 32-45; ferromanganese 5-9; nickel 1-3; alkaline metal carbonate 3-7, alkaline metal complex fluoride 3-13.
EFFECT: wire has good welding processing characteristics, it provides microdrop transfer of molten metal, arc stability and better formation of welded seal and quality of welded joints due to active metallurgic reactions on binding of water with hydrogen.
3 cl, 1 tbl

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено при механизированной и автоматической подводной сварке и наплавке металлических деталей.The present invention relates to mechanical engineering and can be applied in mechanized and automatic underwater welding and surfacing of metal parts.

Известна порошковая проволока для сварки сталей (см. Гришанов А.А., Паньков В.И. Порошковая проволока для сварки сталей. Патент РФ №2012469, В23К 35/368 от 29.12.1991 г. Опубликовано 15.05.1994 г.), которая содержит шихту, при следующем содержании компонентов, масс.%: фторид кальция 40-49; фторид лития 5-11; фторид кобальта 0,5-2; углекислый кальций 5-8; двуокись кремния 4-6; алюминий 9-11; молибден 7-10; железный порошок 13-15; никель 1,5-3.Known flux-cored wire for welding steels (see Grishanov A.A., Pankov V.I. Flux cored wire for welding steels. RF patent №2012469, V23K 35/368 dated 12/29/1991, published on 05/15/1994), which contains a mixture, with the following components, wt.%: calcium fluoride 40-49; lithium fluoride 5-11; cobalt fluoride 0.5-2; calcium carbonate 5-8; silicon dioxide 4-6; aluminum 9-11; molybdenum 7-10; iron powder 13-15; Nickel 1.5-3.

Указанная порошковая проволока позволяет повысить качество сварного соединения за счет интенсивных металлургических реакций по связыванию воды и водорода. Однако в состав шихты введен дифторид кобальта, который имеет высокую реакционную способность и является ядовитым соединением, что недопустимо при сварке под водой. Кроме того, шлаковая система на основе фторида кальция с введением двуокиси кремния имеет пониженную плотность (см. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. М.: Наука, 1977. - 192 с.), что ухудшает условия шлаковой защиты сварочной ванны при подводной сварке. Введение алюминия совместно с никелем приводит к образованию легкоплавкой эвтектики NiAl и хрупкого интерметаллида Ni3Al, что снижает пластичность и ударную вязкость сварных швов при динамических нагрузках, типичных для подводных конструкций.The specified flux-cored wire can improve the quality of the welded joint due to intense metallurgical reactions for the binding of water and hydrogen. However, cobalt difluoride, which has a high reactivity and is a toxic compound, is introduced into the charge, which is unacceptable when welding under water. In addition, the slag system based on calcium fluoride with the introduction of silicon dioxide has a reduced density (see Lepinsky BM, Manakov AI Physical chemistry of oxide and oxyfluoride melts. M: Nauka, 1977. - 192 p.), which worsens the conditions of the slag protection of the weld pool during underwater welding. The introduction of aluminum together with nickel leads to the formation of a low-melting eutectic NiAl and brittle intermetallic Ni 3 Al, which reduces the ductility and toughness of welds at dynamic loads typical of underwater structures.

Известен электрод для подводной сварки металлоконструкций (см. Ляховская И.В., Максимов С.Ю., Бут B.C. и др. Электрод для подводной сварки. Патент РФ №2364483, В23К 35/365 от 11.05.2006 г. Бюл. №23. Опубликовано 20.08.2009 г.). Указанный электрод содержит стержень марки Св-08, на который нанесено покрытие при следующем содержании компонентов, масс.%: флюорит 19,5-28; рутиловый концентрат 18-33,5; окись железа 13-28; полевой шпат 8-12; магнезит 4-8; марганец 5-10; никель 0,5-3,5; карбометилцеллюлоза 1,5-2.Known electrode for underwater welding of metal structures (see I. Lyakhovskaya, S.Yu. Maksimov, BC But and others. Underwater welding electrode. RF patent №2364483, V23K 35/365 from 05/11/2006 Bull. No. 23 Published on August 20, 2009). The specified electrode contains a rod brand Sv-08, which is coated with the following components, wt.%: Fluorite 19.5-28; rutile concentrate 18-33.5; iron oxide 13-28; feldspar 8-12; magnesite 4-8; manganese 5-10; nickel 0.5-3.5; carbomethyl cellulose 1.5-2.

Электрод позволяет выполнять дуговую сварку под водой деталей в любых пространственных положениях с формированием швов с пониженным содержанием водорода. Однако указанный электрод можно применять только при ручной дуговой сварке, что значительно увеличивает трудоемкость и снижает производительность сварочных подводных работ. Кроме того, покрытие электрода содержит значительное количество газообразующих и раскисляющих компонентов, что способствует помутнению воды за счет выделения аэрозолей. Это затрудняет визуальный контроль сварщику-водолазу за формированием шва и способствует образованию дефектов в виде непроваров, подрезов, шлаковых включений.The electrode allows you to perform arc welding under water of parts in any spatial positions with the formation of welds with a low hydrogen content. However, this electrode can be used only for manual arc welding, which significantly increases the complexity and reduces the performance of welding underwater operations. In addition, the electrode coating contains a significant amount of gas-forming and deoxidizing components, which contributes to turbidity of the water due to the release of aerosols. This complicates the visual control of the welder-diver over the formation of the seam and contributes to the formation of defects in the form of imperfections, undercuts, and slag inclusions.

Известна порошковая проволока для сварки под водой при ремонте корпусов судов, восстановления трубопроводов и других гидротехнических сооружений (см. Гришанов А.А., Паньков В.И. Порошковая проволока для сварки сталей. Патент РФ №2012471, В23К 35/368 от 20.02.1992 г. Опубликовано 15.05.1994 г.), которая принята за прототип. Указанная проволока содержит стальную оболочку и порошкообразную шихту при следующем содержании компонентов, масс.%: рутиловый концентрат 28-35; гематит 16-25; железный порошок 30-40; двухромовокислый калий 0,5-2; марганец 5-7; силикокальций 1-2; никель 3,5-5.Known flux-cored wire for welding under water during the repair of hulls, restoration of pipelines and other hydraulic structures (see Grishanov A.A., Pankov V.I. Flux cored wire for welding steels. RF patent №2012471, V23K 35/368 from 02.20. 1992 Published May 15, 1994), which is taken as a prototype. The specified wire contains a steel sheath and a powder mixture with the following components, wt.%: Rutile concentrate 28-35; hematite 16-25; iron powder 30-40; potassium dichromate 0.5-2; manganese 5-7; silicocalcium 1-2; nickel 3.5-5.

Изобретение позволяет повысить качество сварных соединений за счет улучшения его механических свойств. Однако состав шихты по прототипу содержит повышенное количество раскислителей - марганца и силикокальция. При сварке указанные компоненты образуют мелкодисперсные оксиды марганца и кальция, которые выделяются в зоне горения дуги и формирования сварного шва. Выделение аэрозолей вызывает помутнение воды в зоне проведения сварочных работ и сварщик под водой не может осуществлять визуальный контроль за плавлением металла и формированием сварного шва. Кроме того, при сварке указанной проволокой выделяются токсичные оксиды марганца и оксиды хрома, которые вредят экологии водной среды. Другим существенным недостатком прототипа является отсутствие в составе шихты активных компонентов для связывания водяного пара и водорода. Сварочная дуга под водой горит в парогазовом пузыре, который преимущественно состоит из водяного пара, молекул, атомов и ионов водорода. Водород может насыщать сварной шов и вызывать образование дефектов в виде газовых пор и трещин.The invention improves the quality of welded joints by improving its mechanical properties. However, the composition of the charge according to the prototype contains an increased amount of deoxidizing agents - manganese and silicocalcium. When welding, these components form finely dispersed oxides of manganese and calcium, which are released in the zone of arc burning and the formation of the weld. The release of aerosols causes turbidity of the water in the welding zone and the welder under water cannot visually monitor the melting of the metal and the formation of the weld. In addition, when welding with the indicated wire, toxic manganese oxides and chromium oxides are released, which harm the ecology of the aquatic environment. Another significant disadvantage of the prototype is the absence in the composition of the mixture of active components for binding water vapor and hydrogen. The welding arc under water burns in a gas-vapor bubble, which mainly consists of water vapor, molecules, atoms and hydrogen ions. Hydrogen can saturate the weld and cause the formation of defects in the form of gas pores and cracks.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение сварочно-технологических свойств порошковой проволоки и качества сварных соединений за счет изменения химического состава шихты, оптимизации шлаковой системы, изменения атмосферы парогазового пузыря и активных металлургических реакций по связыванию воды и водорода.The technical result of the invention is to improve the welding and technological properties of cored wire and the quality of welded joints by changing the chemical composition of the charge, optimizing the slag system, changing the atmosphere of a gas-vapor bubble and active metallurgical reactions to bind water and hydrogen.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что порошковую проволоку изготавливают из стальной оболочки, внутри которой размещают порошкообразную шихту при следующем содержании компонентов, масс.%: рутиловый концентрат 25-37; плавиковый шпат 8-17; железный порошок 32-45; ферромарганец 5-9; никель 1-3; карбонат щелочного металла 3-7, комплексный фторид щелочного металла 3-13.The essence of the invention lies in the fact that the flux-cored wire is made of a steel sheath, inside which a powdery mixture is placed at the following content of components, wt.%: Rutile concentrate 25-37; fluorspar 8-17; iron powder 32-45; ferromanganese 5-9; nickel 1-3; alkali metal carbonate 3-7, complex alkali metal fluoride 3-13.

В отличие от прототипа предлагаемая проволока позволяет уменьшить количество выбросов нерастворимых токсичных аэрозолей, что сохраняет прозрачность воды и улучшает визуальный контроль сварщику-водолазу за формированием шва.Unlike the prototype, the proposed wire allows to reduce the amount of emissions of insoluble toxic aerosols, which preserves the transparency of the water and improves visual control of the diver welder over the formation of the seam.

Шихта по предлагаемому изобретению имеет высокое суммарное содержание фторида кальция и комплексного фторида щелочного металла, например гексафторалюмината натрия Na3AlF6, который способствует интенсивным металлургическим реакциям и при сварке разлагается с выделением значительного количества натрия и фтора. Натрий является элементом с низким потенциалом ионизации, что улучшает стабильность горения дуги под водой и снижает напряжение дуги. Фториды связывают молекулы, атомы и ионы водорода в парогазовом пузыре с образованием газообразного фтористого водорода HF, что снижает образование дефектов и улучшает качество сварных соединений. Аналогичное влияние оказывают гексафторалюминаты Li3AlF6, K3AlF6, гексафтортитанаты Na2TiF6, Li2TiF6, K2TiF6, гексафторсиликаты Na2SiF6, Li2SiF6, K2SiF6, гексафторцирконаты Na2ZrF6, Li2ZrF6, K2ZrF6.The mixture according to the invention has a high total content of calcium fluoride and complex alkali metal fluoride, for example sodium hexafluoroaluminate Na 3 AlF 6 , which contributes to intense metallurgical reactions and decomposes during welding with the release of a significant amount of sodium and fluorine. Sodium is an element with a low ionization potential, which improves the stability of arc burning under water and reduces the arc voltage. Fluorides bind hydrogen molecules, atoms and ions in a gas-vapor bubble with the formation of gaseous hydrogen fluoride HF, which reduces the formation of defects and improves the quality of welded joints. A similar effect is exerted by hexafluoroaluminates Li 3 AlF 6 , K 3 AlF 6 , hexafluorotitanates Na 2 TiF 6, Li 2 TiF 6 , K 2 TiF 6 , hexafluorosilicates Na 2 SiF 6, Li 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 , hexafluorozirconates Na 2 ZrF 6, Li 2 ZrF 6 , K 2 ZrF 6 .

Гексафторалюминат натрия Na3AlF6 имеет низкую температуру плавления 1000°C и низкое поверхностное натяжение - около 130 мДж/м2, что способствует смачиванию металла шлаком и уменьшает межфазное натяжение расплавленного металла стальной оболочки проволоки. Это улучшает процесс капельного перехода металла в сварочную ванну при расплавлении порошковой проволоки, стабильность горения дуги и формирования сварного шва. Аналогичное влияние оказывают гексафторалюминаты, Li3AlF6, K3AlF6, гексафтортитанаты Na2TiF6, Li2TiF6, K2TiF6, гексафторсиликаты Na2SiF6, Li2SiF6, K2SiF6, гексафторцирконаты Na2ZrF6, Li2ZrF6, K2ZrF6.Sodium hexafluoroaluminate Na 3 AlF 6 has a low melting point of 1000 ° C and a low surface tension of about 130 mJ / m 2 , which contributes to the wetting of the metal by slag and reduces the interfacial tension of the molten metal of the steel shell of the wire. This improves the process of dropping the metal into the weld pool during the melting of the flux-cored wire, the stability of arc burning and the formation of the weld. A similar effect is exerted by hexafluoroaluminates, Li 3 AlF 6 , K 3 AlF 6 , hexafluorotitanates Na 2 TiF 6 , Li 2 TiF 6 , K 2 TiF 6 , hexafluorosilicates Na 2 SiF 6, Li 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 , hexafluorozirconates Na 2 ZrF 6, Li 2 ZrF 6 , K 2 ZrF 6 .

Такое сочетание известных и новых признаков позволяет улучшить сварочно-технологические свойства порошковой проволоки и качество сварных соединений при подводной сварке металлических изделий. Это становится возможным, поскольку состав шихты имеет рудно-кислую шлаковую систему, которая имеет низкую влагопроницаемость (см. Петров Г.Л. Сварочные материалы. М.: Машиностроение, 1972 г. - 280 с.). Основа рудно-кислого шлака состоит из TiO2 с плотностью 4,2 г/см3 и CaF2 с плотностью 2,5 г/см3, поэтому имеет стекловидное плотное строение с пониженной вязкостью и поверхностным натяжением около 240 мДж/м2.This combination of well-known and new features allows to improve the welding and technological properties of cored wire and the quality of welded joints during underwater welding of metal products. This becomes possible because the composition of the charge has an ore-acid slag system, which has low moisture permeability (see Petrov GL, Welding materials. M.: Mechanical Engineering, 1972 - 280 p.). The basis of ore-acid slag consists of TiO 2 with a density of 4.2 g / cm 3 and CaF 2 with a density of 2.5 g / cm 3 , therefore it has a glassy dense structure with a reduced viscosity and a surface tension of about 240 mJ / m 2 .

Это позволяет шлаку в расплавленном состоянии закрывать поверхность сварочной ванны и препятствовать проникновению воды и водорода в металл сварного шва, что улучшает формирование шва и снижает образование дефектов в наплавленном металле. Смачиванию сварочной ванны при высоких скоростях охлаждения под водой способствует низкая вязкость кислого шлака системы TiO2-CaF2 около 0,08 Н·с/м2, которая дополнительно уменьшается за счет введения комплексного фторида щелочного металла.This allows the slag in the molten state to close the surface of the weld pool and prevent the penetration of water and hydrogen into the weld metal, which improves the formation of the weld and reduces the formation of defects in the weld metal. Wetting of the weld pool at high cooling rates under water is facilitated by the low viscosity of the acidic slag of the TiO 2 -CaF 2 system of about 0.08 N · s / m 2 , which is further reduced by the introduction of complex alkali metal fluoride.

Оптимальное содержание рутилового концентрата в шихте составляет, масс.,%: 25-37, плавикового шпата: 8-17. Указанное соотношение шлакообразующих компонентов выбрано из условия достижения минимальной вязкости и поверхностного натяжения системы TiO2-CaF2 в целях улучшения капельного перехода и формирования сварного шва под водой. Кроме того, указанное соотношение TiO2-CaF2 обеспечивает однородность шлака, снижает вероятность его расслаивания и обладает минимальной температурой плавления (см. Торопов Н.А., Барзаковский В.П. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. Выпуск 1. Двойные системы. Л.: Наука, 1969. - 822 с.).The optimal content of rutile concentrate in the charge is, mass.,%: 25-37, fluorspar: 8-17. The specified ratio of slag-forming components is selected from the condition of achieving the minimum viscosity and surface tension of the TiO 2 -CaF 2 system in order to improve the drip transition and the formation of a weld under water. In addition, the specified ratio of TiO 2 -CaF 2 ensures the uniformity of the slag, reduces the likelihood of delamination and has a minimum melting temperature (see Toropov N.A., Barzakovsky V.P. et al. State diagrams of silicate systems. Handbook. Issue 1. Binary Systems.Leningrad: Nauka, 1969 .-- 822 p.).

При уменьшении содержания шлакообразующих компонентов ниже оптимального значения объем образующегося шлака является недостаточным для защиты сварочной ванны от проникновения воды, водорода и кислорода, что ухудшает формирование и качество сварного шва. При увеличении содержания шлакообразующих компонентов выше оптимального значения уменьшается коэффициент наплавки и эффективность тепловложения, что снижает производительность процесса сварки.If the content of slag-forming components is reduced below the optimum value, the volume of slag formed is insufficient to protect the weld pool from the ingress of water, hydrogen and oxygen, which affects the formation and quality of the weld. With an increase in the content of slag-forming components above the optimum value, the deposition coefficient and heat input efficiency decrease, which reduces the productivity of the welding process.

Введение в состав шихты железного порошка способствует увеличению коэффициента наплавки и эффективности тепловложения, что увеличивает глубину проплавления и производительность процесса сварки. Оптимальное содержание железного порошка в шихте составляет, масс., %: 32-45. При уменьшении содержания железного порошка ниже оптимального значения снижается коэффициент наплавки и эффективность тепловложения, что вызывает уменьшение глубины проплавления и производительности процесса сварки. При увеличении содержания железного порошка выше оптимального значения ухудшается шлаковая защита сварочной ванны, что ухудшает формирование шва, плотность наплавленного металла и сварочно-технологические свойства порошковой проволоки.The introduction of iron powder into the mixture contributes to an increase in the deposition coefficient and heat input efficiency, which increases the penetration depth and productivity of the welding process. The optimal content of iron powder in the mixture is, mass.,%: 32-45. When the content of iron powder decreases below the optimum value, the deposition coefficient and heat input efficiency decrease, which causes a decrease in the penetration depth and productivity of the welding process. With an increase in the iron powder content above the optimum value, the slag protection of the weld pool deteriorates, which affects the formation of the weld, the density of the weld metal and the welding and technological properties of the flux-cored wire.

Введение в состав шихты ферромарганца при оптимальном содержании, масс., %: 5-9, способствует восстановлению железа через металлургические реакции раскисления оксидов железа, связыванию загрязнений в виде серы в тугоплавкие сульфиды марганца MnS. Это улучшает плотность наплавленного металла шва и его механические характеристики. При уменьшении содержания ферромарганца ниже оптимального значения ухудшаются механические характеристики сварного шва, а при увеличении содержания ферромарганца выше оптимального значения снижается прозрачность водной среды из-за роста количества выбросов аэрозолей.The introduction of ferromanganese into the mixture at the optimum content, wt.%: 5–9, promotes the reduction of iron through metallurgical reactions of the oxidation of iron oxides, the binding of sulfur contaminants to refractory manganese sulfides MnS. This improves the density of the weld metal and its mechanical characteristics. If the ferromanganese content decreases below the optimum value, the mechanical characteristics of the weld deteriorate, and when the ferromanganese content increases above the optimum value, the transparency of the aqueous medium decreases due to an increase in the number of aerosol emissions.

Введение в состав шихты никеля при оптимальном содержании, масс., %: 1-3 улучшает механические характеристики сварного шва, способствует увеличению пластичности шва и росту коэффициента наплавки. При уменьшении содержания никеля ниже оптимального значения отсутствует эффект улучшения пластичности металла шва, а при увеличении содержания никеля выше оптимального значения ухудшается формирование шва и плотность наплавленного металла.The introduction of the mixture of Nickel at the optimum content, wt.,%: 1-3 improves the mechanical characteristics of the weld, increases the ductility of the weld and the growth of the deposition coefficient. With a decrease in the nickel content below the optimum value, there is no effect of improving the ductility of the weld metal, and with an increase in nickel content above the optimum value, the formation of the weld and the density of the weld metal deteriorate.

Введение в состав шихты карбоната щелочного металла, например Li2CO3 при оптимальном содержании, масс., %: 3-7, способствует улучшению стабильности горения дуги за счет увеличения степени ионизации плазмы и увеличению парциального давления углекислого газа в парогазовом пузыре, что снижает концентрацию воды и водорода над сварочной ванной. Аналогичным влиянием обладают карбонаты калия K2CO3 и натрия Na2CO3. При уменьшении содержания карбоната щелочного металла снижается стабильность горения дуги, а при увеличении содержания снижется эффективность тепловложения и коэффициент наплавки.The introduction of the mixture of alkali metal carbonate, for example Li 2 CO 3 at the optimum content, wt.%: 3-7, improves the stability of arc burning by increasing the degree of plasma ionization and increasing the partial pressure of carbon dioxide in a gas-vapor bubble, which reduces the concentration water and hydrogen over the weld pool. A similar effect is exerted by potassium carbonates K 2 CO 3 and sodium Na 2 CO 3 . With a decrease in the alkali metal carbonate content, the stability of arc burning decreases, and with an increase in the content, the heat input efficiency and the deposition coefficient decrease.

Введение в состав шихты комплексного фторида щелочного металла, например гексафторалюмината натрия Na3AlF6 с низким поверхностным натяжением - около 130 мДж/м2 обеспечивает мелкокапельный перенос металла. Этот эффект возникает в результате частичной диссоциации соединения по реакции: Na3AlF6=2NaF+NaAlF4. Тетрафторалюминат натрия NaAlF4 имеет низкую температуру плавления и низкое поверхностное натяжение - около 86,6 мДж/м2, концентрируется в поверхностном слое шлака и способствует уменьшению межфазного натяжения расплавленного металла (см. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. М.: Наука, 1977. - 192 с.). В результате этого снижается диаметр капель и увеличивается частота капельного перехода.The introduction of a mixture of complex alkali metal fluoride, such as sodium hexafluoroaluminate Na 3 AlF 6 with a low surface tension of about 130 mJ / m 2 provides a small drop transfer of metal. This effect occurs as a result of partial dissociation of the compound by the reaction: Na 3 AlF 6 = 2NaF + NaAlF 4 . Sodium tetrafluoroaluminate NaAlF 4 has a low melting point and low surface tension of about 86.6 mJ / m 2 , it is concentrated in the surface slag layer and helps to reduce the interfacial tension of the molten metal (see Lepinsky B.M., Manakov A.I. Physical chemistry oxide and oxyfluoride melts. M: Nauka, 1977. - 192 p.). As a result, the diameter of the droplets decreases and the frequency of the droplet transition increases.

В результате разложения и испарения Na3AlF6 вокруг сварочной дуги образуются газообразные соединения NaF, AlF3, AlF2, AlF, которые изменяют химический состав атмосферы парогазового пузыря, образующегося при разложении воды сварочной дугой. Давление газообразных фторидов в парогазовом пузыре увеличивается с ростом концентрации AlF3, который обладает наиболее высокой упругостью пара. Насыщению парогазового пузыря фторидами способствуют реакции соединений NaF, AlF3, AlF2, AlF с двуокисью титана TiO2. При этом образуются фториды титана TiF4, TiF3, TiF2, которые имеют высокую химическую активность в реакциях по связыванию водорода. Аналогичное действие оказывает введение в состав шихты гексафторалюмината лития Li3AlF6, который при сварке диссоциирует на соединения LiF, AlF3, AlF2, AlF, а также гексафторалюмината калия K3AlF6, который при сварке диссоциирует на соединения KF, AlF3, AlF2, AlF. Аналогичное влияние по связыванию воды и водорода оказывают гексафтортитанаты Na2TiF6, Li2TiF6, K2TiF6, гексафторсиликаты Na2SiF6, Li2SiF6, K2SiF6, гексафторцирконаты Na2ZrF6, Li2ZrF6, K2ZrF6.As a result of the decomposition and evaporation of Na 3 AlF 6 , gaseous compounds of NaF, AlF 3 , AlF 2 , AlF are formed around the welding arc, which change the chemical composition of the atmosphere of the vapor-gas bubble formed during the decomposition of water by the welding arc. The pressure of gaseous fluorides in a vapor-gas bubble increases with increasing concentration of AlF 3 , which has the highest vapor pressure. The saturation of the vapor-gas bubble with fluorides is facilitated by the reactions of the compounds NaF, AlF 3 , AlF 2 , AlF with titanium dioxide TiO 2 . In this case, titanium fluorides TiF 4 , TiF 3 , TiF 2 are formed , which have high chemical activity in hydrogen bonding reactions. A similar effect is exerted by introducing lithium hexafluoroaluminate Li 3 AlF 6 into the mixture, which during welding dissociates into LiF, AlF 3 , AlF 2 , AlF compounds, as well as potassium hexafluoroaluminate K 3 AlF 6 , which when welding dissociates into KF, AlF 3 , AlF 2 , AlF. A similar effect on the binding of water and hydrogen is exerted by hexafluorotitanates Na 2 TiF 6, Li 2 TiF 6 , K 2 TiF 6 , hexafluorosilicates Na 2 SiF 6, Li 2 SiF 6 , K 2 SiF 6 , hexafluorozirconates Na 2 ZrF 6, Li 2 ZrF 6 K 2 ZrF 6 .

Увеличение концентрации активного фтора в атмосфере парогазового пузыря позволяет эффективно связывать воду, молекулы и атомы водорода в нерастворимые в сварочной ванне газообразные соединения фтористого водорода HF.An increase in the concentration of active fluorine in the atmosphere of a gas-vapor bubble allows efficient bonding of water, molecules and hydrogen atoms into gaseous compounds of hydrogen fluoride HF insoluble in the weld pool.

Основной причиной образования газовых пор является поглощение водорода расплавленным металлом [Походня И.К. Газы в сварочных швах. М., Машиностроение, 1972 г., 256 с.]. Источниками водорода при сварке является вода, пары которой содержатся в атмосфере парогазового пузыря и в плазме дуги. Вода Н2О и молекула водорода при температуре сварочной дуги диссоциирует по реакциям:The main reason for the formation of gas pores is the absorption of hydrogen by molten metal [I. Pokhodnya Gases in the welds. M., Engineering, 1972, 256 S.]. Sources of hydrogen during welding are water, the vapor of which is contained in the atmosphere of a gas-vapor bubble and in the plasma of an arc. Water Н 2 О and a hydrogen molecule at the temperature of the welding arc dissociate according to the reactions:

H2O↑=H2↑+1/2O2↑ и H2↑=H↑+H↑.H 2 O ↑ = H 2 ↑ + 1 / 2O 2 ↑ and H 2 ↑ = H ↑ + H ↑.

Константа равновесия реакций диссоциации увеличивается с ростом температуры плазмы, которая максимальна в центре дуги и минимальна на ее границе. Удаление влаги и водорода основано на химическом связывании молекул воды H2O, молекул водорода H2, атомов водорода H в газообразные соединения, нерастворимые в сварочной ванне, по следующим типам химических реакций:The equilibrium constant of dissociation reactions increases with increasing plasma temperature, which is maximum in the center of the arc and minimum at its boundary. The removal of moisture and hydrogen is based on the chemical bonding of water molecules H 2 O, hydrogen molecules H 2 , hydrogen atoms H to gaseous compounds insoluble in the weld pool, according to the following types of chemical reactions:

2 M e F к + H 2 O г = 2 H F г + M e 2 O к                                                    I

Figure 00000001
2 M e F to + H 2 O g = 2 H F g + M e 2 O to I
Figure 00000001

2 M e F к + H 2 O г = 2 H F г + M e 2 O г                                                II  

Figure 00000002
2 M e F to + H 2 O g = 2 H F g + M e 2 O g II
Figure 00000002

M e F г + H 2 O г = H F г + M e 2 O к                                                       III

Figure 00000003
M e F g + H 2 O g = H F g + M e 2 O to III
Figure 00000003

M e F г + H 2 O г = H F г + M e 2 O г                                                      IV 

Figure 00000004
M e F g + H 2 O g = H F g + M e 2 O g IV
Figure 00000004

2 M e F к + H 2 г = 2 H F г + M e г                                                           V

Figure 00000005
2 M e F to + H 2 g = 2 H F g + M e g V
Figure 00000005

2 M e F г + H 2 г = 2 H F г + M e г                                                              VI

Figure 00000006
2 M e F g + H 2 g = 2 H F g + M e g VI
Figure 00000006

M e F к + H г = H F г + M e г                                                                VII

Figure 00000007
M e F to + H g = H F g + M e g VII
Figure 00000007

M e F г + H г = H F г + M e г ,                                                          VIII 

Figure 00000008
M e F g + H g = H F g + M e g , VIII
Figure 00000008

где Me - щелочной металл; к - конденсированная (жидкая или твердая) фаза; г - газообразная фаза. При сварке фториды могут существовать в двух отдельных фазах, которые имеют разные значения энтальпии, энтропии и приведенной энергии Гиббса.where Me is an alkali metal; k - condensed (liquid or solid) phase; g is the gaseous phase. In welding, fluorides can exist in two separate phases, which have different values of enthalpy, entropy and reduced Gibbs energy.

Аналогичные реакции по связыванию воды, молекулы и атома водорода происходят с фторидом алюминия AlF3:Similar reactions to bind water, a molecule and a hydrogen atom occur with aluminum fluoride AlF 3 :

2 A l F 3 к + 3 H 2 O г = 6 H F г + A l 2 O 3 к                                                        I

Figure 00000009
2 A l F 3 to + 3 H 2 O g = 6 H F g + A l 2 O 3 to I
Figure 00000009

2 A l F 3 к + 3 H 2 O г = 6 H F г + A l 2 O 3 г                                                    II

Figure 00000010
2 A l F 3 to + 3 H 2 O g = 6 H F g + A l 2 O 3 g II
Figure 00000010

2 A l F 3 г + 3 H 2 O г = 6 H F г + A l 2 O 3 к                                                      III

Figure 00000011
2 A l F 3 g + 3 H 2 O g = 6 H F g + A l 2 O 3 to III
Figure 00000011

2 A l F 3 г + 3 H 2 O г = 6 H F г + A l 2 O 3 г                                                   IV

Figure 00000012
2 A l F 3 g + 3 H 2 O g = 6 H F g + A l 2 O 3 g IV
Figure 00000012

2 A l F 3 к + 3 H 2 г = 6 H F г + 2 A l г                                                               V

Figure 00000013
2 A l F 3 to + 3 H 2 g = 6 H F g + 2 A l g V
Figure 00000013

2 A l F 3 г + 3 H 2 г = 6 H F г + 2 A l г                                                            VI

Figure 00000014
2 A l F 3 g + 3 H 2 g = 6 H F g + 2 A l g VI
Figure 00000014

A l F 3 к + 3 H г = 3 H F г + A l г                                                                    VII

Figure 00000015
A l F 3 to + 3 H g = 3 H F g + A l g VII
Figure 00000015

A l F 3 г + 3 H г = 3 H F г + A l г                                                               VIII

Figure 00000016
A l F 3 g + 3 H g = 3 H F g + A l g VIII
Figure 00000016

В результате всех типов реакций I…VIII количество воды и водорода в зоне горения дуги и в расплавленном металле резко снижается, что предупреждает возникновение газовых пор и повышает качество сварного соединения.As a result of all types of reactions I ... VIII, the amount of water and hydrogen in the arc burning zone and in the molten metal decreases sharply, which prevents the formation of gas pores and improves the quality of the welded joint.

Вероятность химических реакций увеличивается с ростом констант равновесия, которые для большинства реакций при T=3000-5000 К имеют положительные значения, см. табл.1The probability of chemical reactions increases with increasing equilibrium constants, which for most reactions at T = 3000-5000 K have positive values, see Table 1

Таблица 1Table 1 Значения логарифма константы равновесия химических реакций lg Kp The values of the logarithm of the equilibrium constant of chemical reactions log K p Тип реакцииReaction type Температура реакции, KThe reaction temperature, K Значение lg KP для реакций с фторидамиThe value of log K P for reactions with fluorides CaF2 CaF 2 NaFNaF AlF3 Alf 3 KFKf LiFLiF II 3000 K3000 K 0,2 0.2 -1,1-1.1 5,15.1 -1,3-1.3 -0,5-0.5 4000 K4000 K 0,9 0.9 -0,4-0.4 5,55.5 -0,5-0.5 00 5000 K5000 K 1,21,2 -0,1-0.1 5,65,6 -0,2-0.2 0,040.04 IIII 3000 K3000 K -3,1-3.1 -0,3-0.3 1,31.3 -0,7-0.7 -0,2-0.2 4000 K4000 K 0,050.05 1,31.3 3,13,1 0,450.45 1one 5000 K5000 K 1,51,5 2,22.2 3,73,7 1,31.3 1,91.9 IIIIII 3000 K3000 K 5,55.5 4,74.7 2,12.1 3,3 3.3 5,8 5.8 4000 K4000 K 4,64.6 3,93.9 1,81.8 2,802.80 4,8 4.8 5000 K5000 K 3,93.9 3,33.3 1,51,5 2,32,3 4,14.1 IVIV 3000 K3000 K -3,6-3.6 1,71.7 -1,8-1.8 -2,5-2.5 -1,8-1.8 4000 K4000 K -1,2-1.2 -1,1-1.1 -0,1-0.1 -1,90-1.90 -1,3-1.3 5000 K5000 K 0,20.2 -0,7-0.7 1one -1,5-1.5 -1,1-1.1 VV 3000 K3000 K -2,3-2.3 1,451.45 1one 1,41.4 0,10.1 4000 K4000 K 0,30.3 2,22.2 3,83.8 1,971.97 1one 5000 K5000 K 1,71.7 2,82,8 4,44.4 2,62.6 1,51,5 VIVI 3000 K3000 K -2,6-2.6 0,020.02 -2-2 -0,4-0.4 -1,4-1.4 4000 K4000 K -0,9-0.9 0,60.6 0,970.97 0,130.13 -0,4-0.4 5000 K5000 K 0,070,07 0,90.9 2,72.7 0,40.4 0,20.2 VIIVII 3000 K3000 K -0,57-0.57 2,252.25 3,43.4 2,1 2.1 0,9 0.9 4000 K4000 K 0,50.5 2,282.28 3,93.9 2.302.30 1,51,5 5000 K5000 K 1,11,1 2,32,3 4,24.2 2,42,4 1,61,6 VIIIVIII 3000 K3000 K -1-one 0,80.8 0,30.3 0,40.4 -0,64-0.64 4000 K4000 K 1,31.3 0,30.3 0,350.35 -0,05-0.05 -0,63-0.63 5000 K5000 K 1,41.4 00 0,40.4 -0,3-0.3 -0,62-0.62

Оптимальное содержание комплексного фторида щелочного металла составляет, масс., %: 3-13. Такой интервал значений позволяет обеспечить минимальную вязкость шлаковой системы TiO2-CaF2 и уменьшить поверхностное натяжение расплавленного плавикового шпата до 160 мДж/м2.The optimal content of complex alkali metal fluoride is, wt.,%: 3-13. This range of values allows you to ensure the minimum viscosity of the slag system TiO 2 -CaF 2 and reduce the surface tension of the molten fluorspar to 160 mJ / m 2 .

При уменьшении содержания комплексного фторида щелочного металла ниже оптимального значения ухудшается процесс расплавления порошковой проволоки и капельный переход, а также способность шихты к активному связыванию воды и водорода, что приводит к появлению дефектов в наплавленном металле шва. При увеличении содержания комплексного фторида щелочного металла выше оптимального значения ухудшается стабильность горения дуги, шлаковая защита сварочной ванны, формирование шва и плотность наплавленного металла.With a decrease in the content of complex alkali metal fluoride below the optimum value, the process of flux-cored wire melting and droplet transition, as well as the ability of the mixture to actively bind water and hydrogen, deteriorate, which leads to the appearance of defects in the weld metal deposited. With an increase in the content of complex alkali metal fluoride above the optimum value, the stability of arc burning, the slag protection of the weld pool, the formation of the seam and the density of the deposited metal are deteriorated.

В качестве примера применения предлагаемой проволоки является механизированная дуговая сварка образцов из низкоуглеродистой стали размером 300×200 мм и толщиной 10 мм. Особо мягкую стальную ленту толщиной 0,2 мм шириной 10 мм из стали 08кп помещали в прокатный стан, в котором формовали стальную оболочку диаметром 4,5 мм. Одновременно с формовкой внутрь стальной оболочки засыпали тонкоизмельченную шихту следующего состава, масс., %: рутиловый концентрат 30; плавиковый шпат 15; железный порошок 35; ферромарганец 5; никель 3; углекислый литий 5; гексафторалюминат натрия 7. Затем проволоку методом последовательного волочения уменьшали до диаметра 1,6 мм.As an example of the application of the proposed wire is a mechanized arc welding of samples of low carbon steel with a size of 300 × 200 mm and a thickness of 10 mm A particularly soft steel strip 0.2 mm thick 10 mm wide made of 08kp steel was placed in a rolling mill in which a 4.5 mm diameter steel sheath was formed. At the same time as molding, a finely ground mixture of the following composition was poured into the steel shell, mass.,%: Rutile concentrate 30; fluorspar 15; iron powder 35; ferromanganese 5; nickel 3; lithium carbonate 5; sodium hexafluoroaluminate 7. Then, the wire was reduced by a method of successive drawing to a diameter of 1.6 mm.

Полученную порошковую проволоку использовали при механизированной дуговой сварке с применением источника питания «Магма-315У» с погружением на глубину 14 м в акватории Балтийского моря. Стыковое соединение пластин имело два симметричных скоса кромок с двух сторон, обозначение сварного соединения С25 по ГОСТ 14771-76. Заполнение разделки шва осуществляли за два прохода с каждой стороны при напряжении дуги 37 В. Порошковая проволока с шихтой указанного состава имела стабильное горение дуги, устойчивый мелкокапельный перенос, обеспечивала мелкочешуйчатое плавное формирование сварных валиков, хорошую шлаковую защиту сварочной ванны. Механические испытания сварных соединений показали, что прочность сварных швов выше прочности основного металла на 22-26%.The obtained flux-cored wire was used in mechanized arc welding using a Magma-315U power source with immersion to a depth of 14 m in the Baltic Sea. The butt joint of the plates had two symmetrical bevel edges on both sides, the designation of the welded joint C25 according to GOST 14771-76. The filling of the weld was carried out in two passes on each side with an arc voltage of 37 V. The flux cored wire with a charge of the indicated composition had stable arc burning, stable small droplet transfer, ensured fine-scale smooth formation of welded beads, good slag protection of the weld pool. Mechanical tests of welded joints showed that the strength of welds is higher than the strength of the base metal by 22-26%.

Таким образом, предлагаемая порошковая проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в улучшении капельного перехода, стабильности горения дуги и формирования сварного шва при подводной сварке, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed flux-cored wire provides a technical effect, which is expressed in the improvement of the drip transition, the stability of the arc burning and the formation of the weld during underwater welding, can be manufactured and applied using methods known in the art, therefore, it has industrial applicability.

Claims (3)

1. Порошковая проволока для сварки сталей под водой, состоящая из стальной оболочки и шихты, содержащей рутиловый концентрат, железный порошок, ферромарганец и никель, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит плавиковый шпат, карбонат щелочного металла и комплексный фторид щелочного металла при следующем содержании компонентов, мас.%:
рутиловый концентрат 25-37
плавиковый шпат 8-17
железный порошок 32-45
ферромарганец 5-9
никель 1-3
карбонат щелочного металла 3-7
комплексный фторид щелочного металла 3-13.
1. A flux-cored wire for welding steels under water, consisting of a steel shell and a mixture containing rutile concentrate, iron powder, ferromanganese and nickel, characterized in that the mixture additionally contains fluorspar, alkali metal carbonate and complex alkali metal fluoride in the following components , wt.%:
rutile concentrate 25-37
fluorspar 8-17
iron powder 32-45
ferromanganese 5-9
nickel 1-3
alkali metal carbonate 3-7
complex alkali metal fluoride 3-13.
2. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбоната щелочного металла шихта содержит соединение или смесь соединений, выбранных из группы карбонатов лития, калия, натрия.2. The flux cored wire according to claim 1, characterized in that, as an alkali metal carbonate, the mixture contains a compound or mixture of compounds selected from the group of lithium, potassium, sodium carbonates. 3. Порошковая проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве комплексного фторида щелочного металла шихта содержит соединение или смесь соединений, выбранных из группы гексафторалюминатов, гексафтортитанатов, гексафторсиликатов, гексафторцирконатов щелочных металлов. 3. The flux cored wire according to claim 1 or 2, characterized in that, as a complex alkali metal fluoride, the mixture contains a compound or mixture of compounds selected from the group of hexafluoroaluminates, hexafluorotitanates, hexafluorosilicates, alkali metal hexafluorozirconates.
RU2013136023/02A 2013-07-30 2013-07-30 Flux cord wire underwater steels welding RU2536314C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136023/02A RU2536314C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Flux cord wire underwater steels welding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013136023/02A RU2536314C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Flux cord wire underwater steels welding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2536314C1 true RU2536314C1 (en) 2014-12-20

Family

ID=53286327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013136023/02A RU2536314C1 (en) 2013-07-30 2013-07-30 Flux cord wire underwater steels welding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2536314C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792266C1 (en) * 2022-08-24 2023-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Rare earth austenitic flux cored wire for underwater wet welding of high strength steels

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984004716A1 (en) * 1983-05-24 1984-12-06 Leonard M Andersen Electrode for arc welding, electrode coating, and method for underwater welding
RU2012471C1 (en) * 1992-02-20 1994-05-15 Аркадий Александрович Гришанов Powder wire for underwater welding
UA23931A (en) * 1995-01-10 1998-08-31 Аркадій Олександрович Гришанов Powder wire for welding steels
UA89266C2 (en) * 2008-03-31 2010-01-11 Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Нан Украины Flux cored wire for wet underwater welding high-alloy nickel-chromium steel of 18-10 type

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1984004716A1 (en) * 1983-05-24 1984-12-06 Leonard M Andersen Electrode for arc welding, electrode coating, and method for underwater welding
RU2012471C1 (en) * 1992-02-20 1994-05-15 Аркадий Александрович Гришанов Powder wire for underwater welding
UA23931A (en) * 1995-01-10 1998-08-31 Аркадій Олександрович Гришанов Powder wire for welding steels
UA89266C2 (en) * 2008-03-31 2010-01-11 Институт Электросварки Им. Е.О.Патона Нан Украины Flux cored wire for wet underwater welding high-alloy nickel-chromium steel of 18-10 type

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2792266C1 (en) * 2022-08-24 2023-03-21 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Rare earth austenitic flux cored wire for underwater wet welding of high strength steels
RU2832711C1 (en) * 2024-03-14 2024-12-27 Сергей Георгиевич Паршин Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102655978B (en) Can the coat core-wire for gas-protection arc welding of all-position welding
US20180221997A1 (en) Agglomerated welding flux and submerged arc welding process of austenitic stainless steels using said flux
US10112267B2 (en) Flux-cored wire for Ar—CO2 mixed gas shielded arc welding
KR102764193B1 (en) Method for manufacturing flux-containing wire and welding joint
JP2015217393A (en) Flux-cored wire for carbon dioxide gas shielded arc welding
JP2015080811A (en) Flux-cored wire for Ar-CO2 mixed gas shielded arc welding
Pessoa et al. The state of the art of underwater wet welding practice: part 2
Kozyrev et al. New carbon-fluorine containing additive for the welding fluxes
JPWO2015068273A1 (en) Flux-cored wire for gas shielded arc welding and method for welding cryogenic steel using the wire
KR20230162714A (en) Manufacturing method of flux cored wire and welded joints
WO2024069985A1 (en) Flux cored wire and method for forming welded joint
RU2595161C2 (en) Flux cored wire for mechanised welding
CN111819029B (en) Method for manufacturing flux-cored wire, and method for manufacturing welded joint
RU2539284C1 (en) Nanostructured flux cord wire for underwater welding
RU2536313C1 (en) Flux cord wire for underwater welding by wet method
NO348266B1 (en) Flux-cored wire for Ar-CO2 mixed gas shielded arc welding
RU2536314C1 (en) Flux cord wire underwater steels welding
RU2585605C1 (en) Flux cored wire for underwater welding steels
CN104043912B (en) A self-shielded flux-cored wire suitable for pipeline steel welding
RU2576717C2 (en) Welding flux
RU2832711C1 (en) Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels
RU2825112C1 (en) Coated electrode for underwater wet welding
RU2319590C2 (en) Electrodes for manual welding of steels of pearlite class
RU2792266C1 (en) Rare earth austenitic flux cored wire for underwater wet welding of high strength steels
JP7783478B2 (en) Flux-cored wire and method for manufacturing welded joint