[go: up one dir, main page]

RU2832711C1 - Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels - Google Patents

Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels Download PDF

Info

Publication number
RU2832711C1
RU2832711C1 RU2024106814A RU2024106814A RU2832711C1 RU 2832711 C1 RU2832711 C1 RU 2832711C1 RU 2024106814 A RU2024106814 A RU 2024106814A RU 2024106814 A RU2024106814 A RU 2024106814A RU 2832711 C1 RU2832711 C1 RU 2832711C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluoride
powder
strength
earth metal
wire
Prior art date
Application number
RU2024106814A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Георгиевич Паршин
Original Assignee
Сергей Георгиевич Паршин
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Георгиевич Паршин filed Critical Сергей Георгиевич Паршин
Application granted granted Critical
Publication of RU2832711C1 publication Critical patent/RU2832711C1/en

Links

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to machine building and can be used in underwater wet mechanized and automatic welding and surfacing of metal structures from low-alloy steels of increased and high strength in any spatial positions. Low-alloy self-shielded flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels consists of a steel shell and a mixture at the following content of components of the total weight of the wire, wt.%: rare-earth metal fluoride 6.2-9.8, alkali-earth metal fluoride 5-7.8, complex alkali metal fluoride 1.7-2.5, nickel powder 1.4-1.9, iron powder 7-10, ferrochrome powder 0.14-0.56, ferromanganese powder 1.4-2.2, ferrosilicon powder 0.56-1.1, ferrotitanium powder 0.28-0.84, steel shell – the rest.
EFFECT: higher strength and impact strength of weld in underwater wet welding of high-strength steels.
4 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть применено при подводной мокрой механизированной и автоматической сварке и наплавке металлических конструкций из низколегированных сталей повышенной и высокой прочности в любых пространственных положениях.The proposed invention relates to mechanical engineering and can be used in underwater wet mechanized and automatic welding and surfacing of metal structures made of low-alloy steels of increased and high strength in any spatial positions.

Известна порошковая проволока ППС-АПЛ2 для сварки углеродистых и низколегированных сталей под водой [Левченко A.M., Паршин С.Г., Антипов И.С. Порошковая проволока для сварки сталей под водой. Патент РФ на изобретение №2536314 от 30.07.2013 г. Опубликовано 20.12.2014 г. Бюл. №35]. Проволока изготавливается из углеродистой стальной оболочки, внутри которой размещают 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. Предлагаемая порошковая проволока позволяет достичь равнопрочности сварного шва с основным металлом при мокрой сварке углеродистых сталей с пределом текучести 245-345 МПа. Однако, состав проволоки включает рутил TiO2 и карбонат щелочного металла. При сварке рутил и карбонат окисляют сварочную ванну, что снижает прочность и ударную вязкость шва и не позволяет достичь равнопрочности сварного шва при сварке низколегированных сталей высокой прочности с пределом текучести более 355 МПа.A flux-cored wire PPS-APl2 is known for underwater welding of carbon and low-alloy steels [Levchenko AM, Parshin SG, Antipov I.S. Flux-cored wire for underwater welding of steels. Russian Federation Patent for Invention No. 2536314 dated 30.07.2013. Published on 20.12.2014. Bulletin No. 35]. The wire is made of a carbon steel shell, inside which a charge is placed with the following content of components, mass %: 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. The proposed flux-cored wire allows achieving equal strength of the weld with the base metal during wet welding of carbon steels with a yield strength of 245-345 MPa. However, the composition of the wire includes rutile TiO 2 and alkali metal carbonate. During welding, rutile and carbonate oxidize the weld pool, which reduces the strength and impact toughness of the weld and does not allow achieving equal strength of the weld when welding low-alloy high-strength steels with a yield strength of more than 355 MPa.

Известна редкоземельная аустенитная порошковая проволока для подводной мокрой сварки высокопрочных сталей [Паршин С.Г., Никулин В.Е., Антипов И.С., Левченко A.M. Редкоземельная аустенитная порошковая проволока для подводной мокрой сварки высокопрочных сталей. Патент РФ №2792266 от 24.08.2022. Опубликовано 21.03.2023. Бюл. №9.]. Указанная проволока состоит из никелевой оболочки и шихты, масс. %: оксид редкоземельного металла 10-35; фторид редкоземельного металла 12-38; комплексный фторид щелочного металла 3-6; никель 30-45; хром 8-18; молибден 3-7; марганец 4-8; алюминий 2-4; титан 2-4. Порошковая проволока имеет шлаковую систему повышенной плотности и позволяет достичь равнопрочности сварного шва со свариваемой высокопрочной сталью типа D40 за счет формирования в шве аустенитной микроструктуры на основе никеля. Однако, применение никелевой оболочки и большого содержания никеля в составе шихты увеличивает стоимость проволоки. При сварке швов большой протяженности и толщиной более 10 мм, расход проволоки значительно увеличивается, что делает ее использование экономически нецелесообразным.A rare-earth austenitic flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels is known [Parshin S.G., Nikulin V.E., Antipov I.S., Levchenko A.M. Rare-earth austenitic flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels. Russian Federation Patent No. 2792266 dated 08/24/2022. Published on 03/21/2023. Bulletin No. 9.]. The specified wire consists of a nickel sheath and a charge, mass %: rare earth metal oxide 10-35; rare earth metal fluoride 12-38; complex alkali metal fluoride 3-6; nickel 30-45; chromium 8-18; molybdenum 3-7; manganese 4-8; aluminum 2-4; titanium 2-4. The powder wire has a slag system of increased density and allows achieving equal strength of the weld with welded high-strength steel type D40 due to the formation of an austenitic microstructure based on nickel in the weld. However, the use of a nickel shell and a high nickel content in the charge increases the cost of the wire. When welding seams of great length and thickness over 10 mm, the wire consumption increases significantly, which makes its use economically impractical.

Другим недостатком указанной проволоки является наличие тяжелого шлака из оксидов редкоземельных металлов с плотностью 5-10 г/см3. При подводной мокрой сварке многослойных швов сварочная ванна быстро кристаллизуется, что может приводить к плохому удалению шлака с поверхности шва и крупным шлаковым включениям. Кроме того, оксиды в шлаковой фазе образуют анионы кислорода О2-, которые дополнительно окисляют сварочную ванну (см. Рудской А.И., Паршин С.Г. Электрохимическое удаление гидроксила и диффузионного водорода в алюмофтористых шлаках сварочных порошковых проволок // Доклады российской академии наук. Химия, науки о материалах, 2022, 504, С. 62-66). Поэтому использование указанной шлаковой системы в составе низколегированной порошковой проволоки нецелесообразно, поскольку будет снижаться прочность сварного шва из-за окисления железной матрицы и формирования шлаковых включений.Another disadvantage of this wire is the presence of heavy slag of rare earth metal oxides with a density of 5-10 g/ cm3 . During underwater wet welding of multilayer seams, the weld pool quickly crystallizes, which can lead to poor slag removal from the weld surface and large slag inclusions. In addition, the oxides in the slag phase form oxygen anions O2- , which additionally oxidize the weld pool (see Rudskoy A.I., Parshin S.G. Electrochemical removal of hydroxyl and diffusible hydrogen in aluminofluoride slags of welding flux-cored wires // Reports of the Russian Academy of Sciences. Chemistry, Materials Science, 2022, 504, pp. 62-66). Therefore, the use of the specified slag system in the composition of low-alloy flux-cored wire is impractical, since the strength of the weld will decrease due to oxidation of the iron matrix and the formation of slag inclusions.

Известна порошковая проволока для подводной сварки (см. Левченко A.M., Паршин С.Г., Антипов И.С. Порошковая проволока для механизированной подводной сварки. Патент РФ №2595161, В23К 35/368 от 09.12.2014 г. Опубликовано 20.08.2016 г), которая принята за прототип. Проволока изготавливается из углеродистой стальной оболочки и шихты, при следующем содержании компонентов, масс. %: рутиловый концентрат 25-37; плавиковый шпат 8-17; железный порошок 32-45; никель 1-3; карбонат щелочного металла 3-7; комплексный фторид щелочного металла 3-13; ферромарганец 4-6; ферросилиций 2-4; ферротитан 1-3; алюминий 1-2. Указанная порошковая проволока позволяет улучшить качество и прочность сварных швов при подводной мокрой сварке углеродистых сталей за счет введения группы активных раскислителей: Mn, Si, Ti, Al. Однако, указанная проволока также не позволяет достичь равнопрочности при сварке низколегированных сталей высокой прочности с пределом текучести более 355 МПа. Причиной этого также является окисление сварочной ванны карбонатом и рутилом. Окисление сварочной ванны приводит к образованию шлаковых неметаллических включений в сварном шве, что снижает прочность и ударную вязкость шва. Шлакообразующие компоненты шихты имеют низкую плотность: рутил TiO2 имеет плотность 4,23 г/см3, а плавиковый шпат CaF2 имеет плотность 3,18 г/см3 (см. CRC Handbook of chemistry and physics. 97th edition. Editor-in-chief W.M. Haynes. CRC Press, 2017. 2641 p.). При заполнении сварных соединений толщиной более 10 мм требуются поперечные колебания проволокой, что способно нарушать сплошность шлакового слоя из-за низкой плотности шлака. Нарушение сплошности шлакового слоя на поверхности сварочной ванны может вызывать проникновение воды, водорода и образование газовой пористости.A flux-cored wire for underwater welding is known (see Levchenko AM, Parshin SG, Antipov I.S. Flux-cored wire for mechanized underwater welding. Russian Federation Patent No. 2595161, B23K 35/368 dated 09.12.2014. Published 20.08.2016), which is taken as a prototype. The wire is made of a carbon steel shell and a charge with the following content of components, mass %: rutile concentrate 25-37; fluorspar 8-17; iron powder 32-45; nickel 1-3; alkali metal carbonate 3-7; complex alkali metal fluoride 3-13; ferromanganese 4-6; ferrosilicon 2-4; ferrotitanium 1-3; aluminum 1-2. The specified flux-cored wire improves the quality and strength of welds in underwater wet welding of carbon steels due to the introduction of a group of active deoxidizers: Mn, Si, Ti, Al. However, the specified wire also does not allow achieving equal strength when welding low-alloy high-strength steels with a yield strength of more than 355 MPa. This is also due to the oxidation of the weld pool by carbonate and rutile. Oxidation of the weld pool leads to the formation of slag non-metallic inclusions in the weld, which reduces the strength and impact toughness of the weld. The slag-forming components of the charge have low density: rutile TiO 2 has a density of 4.23 g/cm 3 , and fluorspar CaF 2 has a density of 3.18 g/cm 3 (see CRC Handbook of chemistry and physics. 97th edition. Editor-in-chief W. M. Haynes. CRC Press, 2017. 2641 p.). When filling welded joints with a thickness of more than 10 mm, transverse vibrations of the wire are required, which can disrupt the continuity of the slag layer due to the low density of the slag. Disruption of the continuity of the slag layer on the surface of the weld pool can cause penetration of water, hydrogen and the formation of gas porosity.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочности и ударной вязкости сварного шва за счет создания бескислородной шлаковой системы порошковой проволоки, состоящей из стальной оболочки и редкоземельной легирующей системы с введением группы ферросплавов.The technical result of the proposed invention is an increase in the strength and impact toughness of a weld seam due to the creation of an oxygen-free slag system of a flux-cored wire consisting of a steel shell and a rare-earth alloying system with the introduction of a group of ferroalloys.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что порошковую проволоку изготавливают из стальной оболочки, внутри которой размещают порошкообразную шихту при следующем содержании компонентов, % от общей массы проволоки: фторид редкоземельного металла 6,2-9,8; фторид щелочноземельного металла 5-7,8; комплексный фторид щелочного металла 1,7-2,5; порошок никеля 1,4-1,9; порошок железа 7-10 и группу ферросплавов: феррохром 0,14-0,56; ферромарганец 1,4-2,2; ферросилиций 0,56-1,1; ферротитан 0,28-0,84; стальная оболочка - остальное.The essence of the proposed invention lies in the fact that the flux-cored wire is made from a steel shell, inside which a powder charge is placed with the following content of components, in % of the total weight of the wire: rare earth metal fluoride 6.2-9.8; alkaline earth metal fluoride 5-7.8; complex alkali metal fluoride 1.7-2.5; nickel powder 1.4-1.9; iron powder 7-10 and a group of ferroalloys: ferrochrome 0.14-0.56; ferromanganese 1.4-2.2; ferrosilicon 0.56-1.1; ferrotitanium 0.28-0.84; steel shell - the rest.

В отличие от прототипа, предлагаемая проволока не имеет кислородосодержащих компонентов в виде рутила и карбонатов. Вторым отличием от прототипа является наличие шлаковой системы из фторида редкоземельного металла: LaF3, CeF3, YF3 и др. которые обладают более высокой плотностью (4-6,5 г/см3) по сравнению с плотностью легких шлаков на основе плавикового шпата CaF2 (3,18 г/см3) и рутила TiO2 (4,14 г/см3). Вместе с тем, плотности фторидов РЗМ меньше, чем плотности железа (7,87 г/см3), что позволяет расплавленному шлаку удаляться (всплывать) из сварочной ванны без образования шлаковых включений. Температуры плавления фторидов РЗМ и фторидов щелочноземельных металлов находятся в диапазоне 1110-1493°С, что способствует образованию однородного шлака в смеси с плавиковым шпатом CaF2, который имеет температуру плавления 1418°С. Наличие группы ферросплавов из раскислителей: ферромарганца, ферросилиция и ферротитана, а также феррохрома позволяют эффективно раскислять, легировать сварочную ванну и упрочнять сварной шов.Unlike the prototype, the proposed wire does not have oxygen-containing components in the form of rutile and carbonates. The second difference from the prototype is the presence of a slag system of rare earth metal fluoride: LaF 3 , CeF 3 , YF 3 , etc., which have a higher density (4-6.5 g / cm 3 ) compared to the density of light slags based on fluorspar CaF 2 (3.18 g / cm 3 ) and rutile TiO 2 (4.14 g / cm 3 ). At the same time, the density of REE fluorides is less than the density of iron (7.87 g / cm 3 ), which allows the molten slag to be removed (float up) from the weld pool without the formation of slag inclusions. The melting temperatures of rare-earth metal fluorides and alkaline earth metal fluorides are in the range of 1110-1493°C, which contributes to the formation of a homogeneous slag in a mixture with fluorspar CaF 2 , which has a melting point of 1418°C. The presence of a group of ferroalloys from deoxidizers: ferromanganese, ferrosilicon and ferrotitanium, as well as ferrochrome allow for effective deoxidation, alloying of the weld pool and strengthening of the weld seam.

Плотный шлак более эффективно изолирует сварочную ванну от воды, что снижает образование дефектов в виде газовой пористости. Отсутствие кислорода и оксидов в шлаковой системе предупреждает окисление сварочной ванны и образование неметаллических шлаковых включений, что увеличивает прочность и ударную вязкость сварного шва. Увеличению прочности сварного шва способствует также легирование при введении раскислителей, хрома и микролегирование сварочной ванны редкоземельными металла из шлаковой фазы фторидов РЗМ, что способствует модификации зерен микроструктуры.Dense slag more effectively isolates the weld pool from water, which reduces the formation of defects in the form of gas porosity. The absence of oxygen and oxides in the slag system prevents oxidation of the weld pool and the formation of non-metallic slag inclusions, which increases the strength and impact toughness of the weld. Alloying with the introduction of deoxidizers, chromium and microalloying of the weld pool with rare earth metals from the slag phase of REE fluorides also contributes to an increase in the strength of the weld, which contributes to the modification of the microstructure grains.

Шихта имеет высокое суммарное содержание фторида кальция, фторида редкоземельного металла и комплексного фторида щелочного металла, которые при сварке разлагаются с выделением значительного количества газообразного фтора. Щелочные и редкоземельные металлы являются элементами с низким потенциалом ионизации, что улучшает стабильность горения дуги под водой и снижает напряжение дуги, улучшая формирование шва при мокрой сварке на повышенных глубинах. Фтор связывает молекулы, атомы и ионы водорода в парогазовом пузыре с образованием газообразного фтористого водорода HF, что снижает образование газовой пористости и улучшает плотность сварного шва.The charge has a high total content of calcium fluoride, rare earth metal fluoride and complex alkali metal fluoride, which decompose during welding with the release of a significant amount of gaseous fluorine. Alkali and rare earth metals are elements with a low ionization potential, which improves the stability of arc combustion under water and reduces arc voltage, improving the formation of a seam during wet welding at increased depths. Fluorine binds molecules, atoms and ions of hydrogen in the vapor-gas bubble with the formation of gaseous hydrogen fluoride HF, which reduces the formation of gas porosity and improves the density of the weld.

Такое сочетание известных и новых признаков позволяет повысить прочность и ударную вязкость сварного шва при подводной мокрой сварке металлических конструкций из низколегированных высокопрочных сталей. Это становится возможным, поскольку шлаковая система на основе фторидов не имеет кислородосодержащих соединений в виде рутилового концентрата и карбонатов металлов, что позволяет предохранить сварочную ванну от окисления и образования шлаковых включений.This combination of known and new features allows increasing the strength and impact toughness of the weld seam during underwater wet welding of metal structures made of low-alloy high-strength steels. This becomes possible because the fluoride-based slag system does not contain oxygen-containing compounds in the form of rutile concentrate and metal carbonates, which allows protecting the weld pool from oxidation and the formation of slag inclusions.

В качестве фторида редкоземельного металла выбирают фториды из группы: фторид лантана, фторид церия, фторид иттрия, фторид неодима, фторид тория. Указанные соединения РЗМ обладают более высокой плотностью по сравнению с плотностью легких шлаков на основе CaF2 (3,18 г/см3), TiO2 (4,14 г/см3), см. табл. 1. (CRC Handbook of chemistry and physics. 97th edition. Editor-in-chief W.M. Haynes. CRC Press, 2017. 2641 p.).The fluorides of rare earth metals are selected from the following group: lanthanum fluoride, cerium fluoride, yttrium fluoride, neodymium fluoride, thorium fluoride. The specified REE compounds have a higher density compared to the density of light slags based on CaF 2 (3.18 g/cm 3 ), TiO 2 (4.14 g/cm 3 ), see Table 1. (CRC Handbook of chemistry and physics. 97th edition. Editor-in-chief WM Haynes. CRC Press, 2017. 2641 p.).

Дополнительным эффектом для повышения прочности и ударной вязкости является обогащение наплавленного металла редкоземельными металлами (РЗМ) за счет диффузионного микролегирования РЗМ из тяжелого шлака, состоящего из расплавленных фторидов РЗМ. РЗМ измельчают микроструктуру и повышают вязкость сталей, поскольку являются эффективными модификаторами (см. Ефименко Н.Г. Редкоземельные металлы в сварочных материалах: Монография. - Харьков: Коллегиум, 2017.- 188 с.).An additional effect for increasing strength and impact toughness is the enrichment of the deposited metal with rare earth metals (REM) due to diffusion microalloying of REM from heavy slag consisting of molten REM fluorides. REM refine the microstructure and increase the toughness of steels, since they are effective modifiers (see Efimenko N.G. Rare earth metals in welding materials: Monograph. - Kharkov: Collegium, 2017.- 188 p.).

В качестве фторида редкоземельного металла можно использовать фториды из группы: фторид лантана, фторид церия, фторид иттрия, фторид неодима, фторид тория, которые обладают похожими физико-химическими свойствами. Оптимальное содержание фторида редкоземельного металла в шихте составляет 6,2-9,8% от общей массы проволоки. При уменьшении или увеличении содержания фторида редкоземельного металла ухудшается защита сварочной ванны и формирование сварного шва.Fluorides from the following group can be used as rare earth metal fluorides: lanthanum fluoride, cerium fluoride, yttrium fluoride, neodymium fluoride, thorium fluoride, which have similar physical and chemical properties. The optimal content of rare earth metal fluoride in the charge is 6.2-9.8% of the total mass of the wire. When the content of rare earth metal fluoride decreases or increases, the protection of the weld pool and the formation of the weld seam deteriorate.

В качестве фторида щелочноземельного металла можно использовать фториды из группы: фторид кальция, фторид бария, фторид стронция, фторид магния, которые обладают похожими физико-химическими свойствами. Оптимальное содержание фторида щелочноземельного металла в шихте составляет 5-7,8% от общей массы проволоки. При уменьшении или увеличении содержания фторида (смеси фторидов) щелочноземельного металла ухудшается защита сварочной ванны и формирование сварного шва.Fluorides from the following group can be used as alkaline earth metal fluoride: calcium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, magnesium fluoride, which have similar physical and chemical properties. The optimal content of alkaline earth metal fluoride in the charge is 5-7.8% of the total mass of the wire. When the content of alkaline earth metal fluoride (fluoride mixture) decreases or increases, the protection of the weld pool and the formation of the weld seam worsens.

Введение в шихту комплексного фторида щелочного металла при содержании 1,7-2,5% от общей массы проволоки, например, гексафторалюмината натрия Na3AlF6, способствует интенсивным металлургическим реакциям. При сварке он 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.The introduction of a complex alkali metal fluoride into the charge at a content of 1.7-2.5% of the total wire mass, for example, sodium hexafluoroaluminate Na 3 AlF 6 , promotes intensive metallurgical reactions. During welding, it decomposes 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 the arc burning under water and reduces the arc voltage. Fluorides bind molecules, atoms and ions of hydrogen in the vapor-gas bubble with the formation of gaseous hydrogen fluoride HF, which reduces the formation of defects and improves the quality of welded joints.

В качестве комплексного фторида щелочного металла можно использовать фториды из группы: гексафторалюминаты Li3AlF6, K3AlF6, гексафтортитанаты Na2TiF6 Li2TiF6, K2TiF6, гексафторсиликаты Na2SiF6 Li2SiF6, K2SiF6, гексафторцирконаты Na2ZrF6 Li2ZrF6, K2ZrF6, которые обладают похожими физико-химическими свойствами. При уменьшении содержания комплексного фторида щелочного металла ниже оптимального значения ухудшается 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 и формирование шва.The following fluorides can be used as complex alkali metal fluorides: 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 , which have similar physical and chemical properties. When the content of complex alkali metal fluoride decreases below the optimum value, the ability of the charge to actively bind water and hydrogen deteriorates, which leads to the appearance of defects in the deposited weld metal. When the content of complex alkali metal fluoride increases above the optimum value, the stability of arc combustion and weld formation deteriorate.

Введение в состав шихты порошка никеля при содержании 1,4-1,9% от общей массы проволоки способствует увеличению прочности, ударной вязкости и пластичности сварных швов. При уменьшении содержания никеля ниже оптимального значения отсутствует эффект по увеличению прочности, ударной вязкости и пластичности. При увеличении содержания никеля выше оптимального значения возрастает опасность появления мартенситных структур и охрупчивания шва.The introduction of nickel powder into the charge at a content of 1.4-1.9% of the total mass of the wire helps to increase the strength, impact toughness and ductility of welds. When the nickel content is reduced below the optimum value, there is no effect on increasing the strength, impact toughness and ductility. When the nickel content is increased above the optimum value, the risk of martensite structures and weld embrittlement increases.

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 7-10% от общей массы проволоки. 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, формирование шва, плотность наплавленного металла и сварочно-технологические свойства порошковой проволоки.The introduction of iron powder into the charge helps to increase 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 charge is 7-10% of the total weight of the wire. When the iron powder content decreases below the optimal value, the deposition coefficient and heat input efficiency decrease, which causes a decrease in the penetration depth and productivity of the welding process. When the iron powder content increases above the optimal value, the slag protection of the weld pool, the formation of the seam, the density of the deposited metal and the welding and technological properties of the flux-cored wire deteriorate.

Введение в состав шихты феррохрома при содержании 0,14-0,56% от общей массы проволоки дополнительно увеличивает прочность шва за счет легирования хромом. Увеличение содержания феррохрома приводит к росту твердости шва и околошовной зоны, к появлению холодных трещин. Снижение содержания феррохрома не позволяет достичь равнопрочности шва при сварке низколегированных сталей с пределом текучести более 355 МПа.The introduction of ferrochrome into the charge at a content of 0.14-0.56% of the total weight of the wire additionally increases the weld strength due to alloying with chromium. An increase in the ferrochrome content leads to an increase in the hardness of the weld and the weld-affected zone, and to the appearance of cold cracks. A decrease in the ferrochrome content does not allow achieving equal weld strength when welding low-alloy steels with a yield strength of more than 355 MPa.

Введение в состав шихты ферромарганца при содержании 1,4-2,2% от общей массы проволоки способствует связыванию вредных загрязнений в виде серы в тугоплавкие сульфиды марганца MnS и увеличению прочности сварного шва. Совместное введение 0,56-1,1% ферросилиция и 0,28-0,84% ферротитана позволяет увеличить эффективность раскисления сварочной ванны и замедлить ее окисление при взаимодействии с водяным паром и гидроксилом в парогазовом пузыре при разложении воды. Дополнительным эффектом при введении указанных ферросплавов является легирование шва элементами: Mn, Si, Ti, что увеличивает прочность и вязкость шва. Увеличение содержания группы раскислителей в шихте приводит к снижению пластичности шва и появлению трещин на границе шва с основным металлом. Снижение содержания раскислителей приводит к разупрочнению шва, увеличению объема оксидных шлаковых включений из оксидов железа и к снижению ударной вязкости.The introduction of ferromanganese into the charge at a content of 1.4-2.2% of the total wire weight helps to bind harmful contaminants in the form of sulfur into refractory manganese sulfides MnS and increase the strength of the weld. The combined introduction of 0.56-1.1% ferrosilicon and 0.28-0.84% ferrotitanium allows to increase the efficiency of deoxidation of the weld pool and slow down its oxidation during interaction with water vapor and hydroxyl in the vapor-gas bubble during water decomposition. An additional effect of the introduction of the specified ferroalloys is alloying the weld with the elements: Mn, Si, Ti, which increases the strength and viscosity of the weld. An increase in the content of the deoxidizer group in the charge leads to a decrease in the ductility of the weld and the appearance of cracks at the boundary of the weld with the base metal. A decrease in the content of deoxidizers leads to a weakening of the weld, an increase in the volume of oxide slag inclusions from iron oxides and a decrease in impact toughness.

В качестве примера применения предлагаемой редкоземельной проволоки является подводная механизированная сварка пластин из низколегированной судостроительной стали марки D36W по ГОСТ Р 52927-2015 размером 300×150 мм и толщиной 20 мм с пределом текучести более 355 МПа и с пределом прочности 490-620 МПа. Особо мягкую низколегированную стальную ленту толщиной 0,4 мм шириной 10 мм из стали 08сп помещали в прокатный стан, в котором формовали стальную оболочку диаметром 4 мм. Одновременно с формовкой внутрь стальной оболочки засыпали шихту №1 следующего состава, % от общей массы проволоки: фторид лантана - 7; фторид кальция - 5,6; гексафторалюминат натрия - 2,2; никель - 1,4; порошок железа - 8,4; феррохром 0,24; ферромарганец - 2; ферросилиций - 0,8; ферротитан - 0,6. Затем проволоку методом последовательного волочения уменьшали до диаметра 1,6 мм. Дополнительно изготавливали проволоку с шихтой №2 следующего состава, масс, %: фторид иттрия - 7; фторид бария - 5,6; гексафторсиликат натрия - 2,2; никель - 1,4; порошок железа - 8,4; феррохром 0,24; ферромарганец - 2; ферросилиций - 0,8; ферротитан - 0,6.An example of application of the proposed rare-earth wire is underwater mechanized welding of plates made of low-alloy shipbuilding steel grade D36W according to GOST R 52927-2015 with dimensions of 300×150 mm and a thickness of 20 mm with a yield strength of more than 355 MPa and a tensile strength of 490-620 MPa. An especially soft low-alloy steel strip with a thickness of 0.4 mm and a width of 10 mm made of 08sp steel was placed in a rolling mill, in which a steel shell with a diameter of 4 mm was formed. Simultaneously with forming, charge No. 1 of the following composition was poured into the steel shell, % of the total wire weight: lanthanum fluoride - 7; calcium fluoride - 5.6; sodium hexafluoroaluminate - 2.2; nickel - 1.4; iron powder - 8.4; ferrochrome 0.24; ferromanganese - 2; ferrosilicon - 0.8; ferrotitanium - 0.6. Then the wire was reduced to a diameter of 1.6 mm by sequential drawing. Additionally, wire was produced with charge No. 2 of the following composition, mass %: yttrium fluoride - 7; barium fluoride - 5.6; sodium hexafluorosilicate - 2.2; nickel - 1.4; iron powder - 8.4; ferrochrome 0.24; ferromanganese - 2; ferrosilicon - 0.8; ferrotitanium - 0.6.

Полученную порошковую проволоку использовали при механизированной дуговой сварке с применением сварочного комплекса КОПС-М (ТУ 3441-002-83763787-2016) с погружным механизмом подачи проволоки в бассейне с морской водой на глубине 3 метра. Стыковое соединение пластин имело конструкцию сварного соединения С19 по ГОСТ 14771-76. Заполнение разделки шва осуществляли в вертикальном положении за 20 проходов при напряжении дуги 32-34 В и сварочном токе 180-200 А. Механические испытания при растяжении образцов по ГОСТ 6996-66 показали, что предел прочности сварных соединений при сварке проволокой с шихтой №1 составил 519-564 МПа. ударная вязкость сварных швов KCV0 составила 38-54 Дж/см2; с шихтой №2 предел прочности составил 525-548 МПа. ударная вязкость сварных швов KCV0 составила 34-48 Дж/см2.The obtained flux-cored wire was used in mechanized arc welding using the KOPS-M welding complex (TU 3441-002-83763787-2016) with a submersible wire feed mechanism in a pool with sea water at a depth of 3 meters. The butt joint of the plates had a welded joint design C19 according to GOST 14771-76. Filling of the seam groove was carried out in a vertical position in 20 passes at an arc voltage of 32-34 V and a welding current of 180-200 A. Mechanical tensile tests of samples according to GOST 6996-66 showed that the tensile strength of welded joints when welding with wire with charge No. 1 was 519-564 MPa. Impact toughness of welded joints KCV 0 was 38-54 J/cm 2 ; with charge No. 2, the tensile strength was 525-548 MPa. The impact toughness of welded seams KCV 0 was 34-48 J/cm 2 .

Таким образом, предлагаемая порошковая проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в увеличении прочности и ударной вязкости сварных швов при подводной мокрой сварке высокопрочной стали, 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 an increase in the strength and impact toughness of welded seams during underwater wet welding of high-strength steel, can be manufactured and applied using known technical means, therefore, it has industrial applicability.

Claims (14)

1. Низколегированная самозащитная порошковая проволока для подводной мокрой сварки высокопрочных сталей, состоящая из стальной оболочки и шихты, содержащей фторид щелочноземельного металла, комплексный фторид щелочного металла, порошок железа, порошок никеля, порошок ферромарганца, порошок ферросилиция и порошок ферротитана, отличающаяся тем, что шихта является бескислородной и дополнительно содержит фторид редкоземельного металла и порошок феррохрома, при следующем содержании компонентов от общей массы проволоки, мас.%: 1. Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels, consisting of a steel shell and a charge containing alkaline earth metal fluoride, complex alkali metal fluoride, iron powder, nickel powder, ferromanganese powder, ferrosilicon powder and ferrotitanium powder, characterized in that the charge is oxygen-free and additionally contains rare earth metal fluoride and ferrochrome powder, with the following content of components from the total weight of the wire, wt.%: фторид редкоземельного металла 6,2-9,8; rare earth metal fluoride 6.2-9.8; фторид щелочноземельного металла 5-7,8; alkaline earth metal fluoride 5-7.8; комплексный фторид щелочного металла 1,7-2,5; complex alkali metal fluoride 1.7-2.5; порошок никеля 1,4-1,9; nickel powder 1.4-1.9; порошок железа 7-10; iron powder 7-10; порошок феррохрома 0,14-0,56; ferrochrome powder 0.14-0.56; порошок ферромарганца 1,4-2,2; ferromanganese powder 1.4-2.2; порошок ферросилиция 0,56-1,1; ferrosilicon powder 0.56-1.1; порошок ферротитана 0,28-0,84; ferrotitanium powder 0.28-0.84; стальная оболочка - остальное. steel shell - the rest. 2. Проволока по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве фторида редкоземельного металла она содержит фторид, выбранный из группы: фторид лантана, фторид церия, фторид иттрия, фторид неодима или фторид тория. 2. The wire according to claim 1, characterized in that as a rare earth metal fluoride it contains a fluoride selected from the group: lanthanum fluoride, cerium fluoride, yttrium fluoride, neodymium fluoride or thorium fluoride. 3. Проволока по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве фторида щелочноземельного металла она содержит фторид, выбранный из группы: фторид кальция, фторид бария, фторид стронция или фторид магния. 3. The wire according to claim 1, characterized in that, as an alkaline earth metal fluoride, it contains a fluoride selected from the group: calcium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride or magnesium fluoride. 4. Проволока по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве комплексного фторида щелочного металла она содержит фторид, выбранный из группы: гексафторалюминат, гексафтортитанат, гексафторсиликат или гексафторцирконат щелочного металла.4. The wire according to claim 1, characterized in that, as a complex fluoride of an alkali metal, it contains a fluoride selected from the group: hexafluoroaluminate, hexafluorotitanate, hexafluorosilicate or hexafluorozirconate of an alkali metal.
RU2024106814A 2024-03-14 Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels RU2832711C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2832711C1 true RU2832711C1 (en) 2024-12-27

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102019518B (en) * 2010-12-31 2012-12-19 上海狮百盛焊材科技有限公司 Two phase stainless steel welding rod
RU2536314C1 (en) * 2013-07-30 2014-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ") Flux cord wire underwater steels welding
RU2536313C1 (en) * 2013-07-29 2014-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ) Flux cord wire for underwater welding by wet method
RU2585605C1 (en) * 2014-12-09 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ) Flux cored wire for underwater welding steels
RU2595161C2 (en) * 2014-12-09 2016-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ") Flux cored wire for mechanised welding
CN108723634A (en) * 2018-06-29 2018-11-02 淮北百壹领域建筑科技有限公司 A kind of medicine core steel band welding wire
CN107335942B (en) * 2017-07-12 2019-09-27 西安理工大学 Self-shielded welding wire for PH13-8Mo stainless steel and preparation method thereof

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102019518B (en) * 2010-12-31 2012-12-19 上海狮百盛焊材科技有限公司 Two phase stainless steel welding rod
RU2536313C1 (en) * 2013-07-29 2014-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ) Flux cord wire for underwater welding by wet method
RU2536314C1 (en) * 2013-07-30 2014-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ") Flux cord wire underwater steels welding
RU2585605C1 (en) * 2014-12-09 2016-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ) Flux cored wire for underwater welding steels
RU2595161C2 (en) * 2014-12-09 2016-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Региональный Северо-Западный Межотраслевой Аттестационный Центр" (ООО "РСЗ МАЦ") Flux cored wire for mechanised welding
CN107335942B (en) * 2017-07-12 2019-09-27 西安理工大学 Self-shielded welding wire for PH13-8Mo stainless steel and preparation method thereof
CN108723634A (en) * 2018-06-29 2018-11-02 淮北百壹领域建筑科技有限公司 A kind of medicine core steel band welding wire

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2067042C1 (en) Tubular electrode for arc welding
KR101003249B1 (en) Flux cored wire for electro-gas arc welding
JP6033755B2 (en) Flux-cored wire for Ar-CO2 mixed gas shielded arc welding
EP0688630B1 (en) Flux-cored wire for gas shielded arc welding
JP2003220481A (en) Method and welding wire for arc-laser composite welding
Kozyrev et al. New carbon-fluorine containing additive for the welding fluxes
EP3974097A2 (en) Covered electrode for arc welding high strength steel background
RU2832711C1 (en) Low-alloy self-shielding flux-cored wire for underwater wet welding of high-strength steels
KR100709521B1 (en) Welding joint of large heat input welding and welding method thereof
KR101719797B1 (en) Flux cored wire
RU2595161C2 (en) Flux cored wire for mechanised welding
JPH08257785A (en) Flux-cored wire for arc welding that improves cold crack resistance of steel welds
RU2792266C1 (en) Rare earth austenitic flux cored wire for underwater wet welding of high strength steels
RU2825112C1 (en) Coated electrode for underwater wet welding
KR100502571B1 (en) Flux cored wire for co2 gas shielded arc welding
RU2220833C2 (en) Electrode coating composition
RU2536313C1 (en) Flux cord wire for underwater welding by wet method
RU2071895C1 (en) Electrode coating mixture content
JPH0510199B2 (en)
RU2012470C1 (en) Powder wire for steel welding
JP2002121642A (en) Laser welding joint of steel and laser welding method
RU2012469C1 (en) Powder wire for steel welding
RU2610374C2 (en) Welding composite wire for arc welding of pipe and crypto-resistant steels
SU1706817A1 (en) Charge composition for powder wire
KR100350048B1 (en) Titania based flux cored wire and a welding method using it