Переробка шлаку з пилки виявляється надійною та повторюваною

Х. П. Бек та А. Р. Джексон
Стаття спочатку розміщувалася в Американському товаристві зварювальних робіт

При правильній обробці та відповідно до вимог коду перероблений шлак може стати надійною та здійсненною альтернативою придбанню нового флюсу. Переробка плавленого шлаку в процесі ПАВ є економічною та екологічно чистою.

Шлак для дугового зварювання (ПАВ) переробляється шляхом взяття плавленої частини шлаку після зварювання та його обробки таким чином, що дозволяє використовувати його повторно для тієї ж операції ПАВ. Цей процес переробки шлаку існує довгі роки в галузі зварювальної промисловості, і експерименти методом спроб і помилок протягом багатьох років зробили його надійним та прийнятим процесом. Дві основні причини, чому виробник зварювального обладнання розглядає можливість використання переробленого зварювального шлаку для дугового зварювання, це економія коштів та екологія.

Витрати на переробку переробленого шлаку менші, ніж придбання нового флюсу у виробника. Багато разів це може становити заощадження 50% і більше. Економія також може бути реалізована шляхом усунення необхідності збирати шлак і вивозити його на затверджене звалище. Екологічно, переробка шлаку зводить до мінімуму використання невідновлюваних ресурсів, таких як корисні копалини, і зменшує масу матеріалу, який необхідно відправити на звалище. Слід зазначити, однак, що в більшості процесів переробки спостерігається певна втрата ваги, і не весь шлак переробляється в багаторазовий флюс. Також існує магнітна сепарація під час обробки, при якій магнітні домішки видаляються та утилізуються як відходи. В середньому ця втрата становить 25% від загальної обробленої ваги.

Щоб усвідомити всі переваги переробки, важливо, щоб процес виконувався належним чином і відповідно до стандартів, встановлених промисловістю. Нижче наведені кроки, необхідні для переробки шлаку, як встановлено двома організаціями, що встановлюють стандарти.

Вимоги коду AWS

Утилізація зварювального шлаку для дугового зварювання під флюсом для використання у зварювальних роботах, які відповідають Структурному кодексу зварювання Американського зварювального товариства (AWS), 01 .1-94, вимагає, щоб кожен раз, коли шлак переробляється, його тестували. Усі зварювальні роботи та випробування, представлені у цьому звіті, проводились незалежною третьою стороною, яка не була ані частиною організації виробника зварювання, ані організації переробника шлаку.

У Кодексі структурного зварювання також зазначено, що частота випробувань повинна відповідати вимогам AWS щодо закупівлі металевих шпаклів, AS.01-87. У цій публікації зазначено, що необхідні випробування проводяться для кожної партії, що відвантажується. Потрібні випробування відповідають або Специфікації AWS для вуглецевих сталевих електродів та потоків для зварювання під флюсом, AS.17-89, або Специфікації для низьколегованих сталевих електродів та флюсів для зварювання під флюсом, AS. 23-90. Випробування, що розглядались тут, відповідали AWS AS.17-89. Тестовий купон був 1-дюймовим. (25-мм) товста пластина, зварена підкладкою з використанням 5/32 дюйма. (4,0 мм) електрод з діаметром, а класифікація AWS - EMl 2K.

Використовувані параметри зварювання становили позитивний позитивний електрод постійного струму (DCEP), 28 В і швидкість ходу 15 дюймів/хв (6,3 мм/с). Випробувальний купон був достатньо великим, щоб вилучити п’ять зразків з V-подібним вирізом Шарпі, зразок для хімічного аналізу та один зразок натягу із суцільнозвареного металу. Повну інформацію про випробувальний талон, параметри зварювання, розташування та кількість зразків див. У Специфікації для вуглецевих сталевих електродів та флюсів для зварювання під флюсом, AS.17-89.

Мета тесту

Результати від виробника, який зварює щодня. Не було спроб контролю за використанням того самого шлаку з попередньої переробки. Перший раз, коли цей шлак був перероблений, виробник зварювальних виробів виробляв шлак з нового потоку, відомого під торговою назвою Lincoin 860.

На малюнку 1 показано загальне розташування зразків V-образного вирізу Шарпі, зразка мас-спектрометра та зразка на розтягнення з суцільнозвареного металу. У таблиці 1 наведені результати хімічного аналізу, проведеного на переробленому шлаку ПАВ.

Таблиця 1 - Аналіз депозитних сертифікатів

Вимоги до елемента AWS Перша переробка Друга переробка Третя переробка Четверта переробка П'ята переробка Шоста переробка

Вуглець	0,05/0,15	0,07	0,06	0,05	0,08	0,05	0,06
Марганець	0,80/1,25	1.15	1.08	0,9	1.03	1,25	1.14
Кремній	0,10/0,35	0,31	0,29	0,32	0,33	0,21	0,25
Сірка	0,030 макс.	0,019	0,021	0,026	0,021	0,011	0,012
Фосфор	0,030 макс.	0,018	0,027	0,016	0,019	0,021	0,015
Мідь	0,35 макс.	0,21	0,22	0,25	0,18	0,25	0,23

Методи хімічного аналізу

Хімічний аналіз для першої-четвертої рециркуляції проводили мокрим аналітичним методом, і місцем для аналізу був зменшений зріз розірваного зразка суцільнометалевого розплавленого металу. Хімічний аналіз для п’ятої та шостої рециркуляції проводили за допомогою мас-спектрометра, взятого з зони низького розведення зварного шару. Для вуглецю, марганцю та кремнію специфікація A5.17 визначає як мінімум, так і максимум. Як видно з таблиці 1, усі значення випробувань на зварні шви, виготовлені з переробленого шлаку ПАВ, знаходяться в межах діапазону вуглецю, марганцю та кремнію. Що стосується сірки, фосфору та міді, які можна вважати забруднювачами в наплавленому металі, в специфікації A5.17 вказано максимальне значення. З таблиці 1 видно, що рівні сірки, фосфору та міді при випробуваннях на зварювання з використанням переробленого шлакового пилу падають нижче цих максимумів, і в більшості випадків значно нижче.

У таблиці 2 наведено результати зразка розтягування суцільнометалевого зварного металу, взятого з зварених зварювальних шахт, зварених переробленим флюсом, а також результати рентгенологічних випробувань цих самих зварювальних купонів. Рентгенологічні випробування кожного зварного талона демонструють здатність переробленого флюсу виробляти зварні шви рентгенологічної якості. Зварні шви досліджують неруйнівними випробуваннями відповідно до методу Американського товариства випробувальних матеріалів (ASTM) El 42 Контроль якості радіографічних випробувань. Рівень якості перевірки становив 2-2Т. Критерії прийнятності були визначені в A5.17.

Як видно з таблиці 2, зварювальні купони, виготовлені зі шлаком ПАВ, мають здатність виробляти звукові шви при дослідженні методом рентгенологічного неруйнівного контролю. Всі шість купонів зварних швів, виготовлені з переробленим флюсом зварного шва, були прийнятними відповідно до критеріїв рентгенологічної прийнятності.

Таблиця 2 - Механічні та рентгенологічні результати сертифікації

Дані вимог AWS до розтягування з цільнозвареного металу (ksi) Перша переробка (ksi) Друга переробка (ksi) Третя переробка (ksi) Четверта переробка (ksi) П’ята переробка (ksi) Шоста переробка (ksi)

Межа врожайності	58 хв.	63,6	60,9	61.7	63.2	58,7	61.4
Міцність на розрив	70/05	72,5	71,8	73,6	74	70,6	74,9
% Подовження	22 хв.	32,5	33	32,5	31	31.9	29.7
% R від A	Не застосовується	67,9	70,8	72,6	70,9	73,9	70.1
Метод результатів рентгенографії E142	Див. AWS A5.17	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов

Випробування механічних властивостей

У специфікації A5.17 зазначено, що зразки на розтяг із суцільнозвареного металу повинні мати мінімальний межа текучості 58000 фунтів/дюйм 2 (400 МПа) і межа міцності на розрив 70000 фунтів/дюйм 2 (480 МПа) мінімум і 95000 2 фунтів/дюйм (650 МПа) З таблиці 2 видно, що мінімальна межа текучості була перевищена, а межа міцності на розрив була в межах допустимого діапазону для кожного з шести зразків на розтягнення з цільнозвареного металу, взятих із купонів, виготовлених із переробленим зварювальним шлаком SA.

У специфікації зазначено, що мінімальне подовження в 2-дюйм. Довжина калібру (50,8 мм) зразка на розтягнення з суцільнометалевого шва повинна становити 22%. Немає жодної вимоги щодо зменшення площі зразка на розтягнення з цільнозвареного металу, але це подано в таблиці 3, оскільки його було дуже легко отримати, оскільки зразок вже був доступний. З таблиці 2 видно, що всі зразки на розтяг, виготовлені із шести зварених купонів, перевищували мінімальну вимогу у 22%. Зменшення площі зразка при розтягуванні з цільнозвареного металу повідомляється лише для інформації.

У специфікації A5.17 зазначено, що п’ять зразків з V-подібним вирізом Charpy повинні бути оброблені з випробувального талона зварного шва та випробувані при температурі відповідно до необхідної класифікації. При оцінці результатів найменші та найвищі отримані значення не враховуються. Два з трьох інших значень, що використовуються для обчислення середнього значення, повинні дорівнювати або перевищувати вказані 20 фунтів-фунтів, і жодне з трьох інших, що залишилися, не може бути менше 15 футів-фунтів (20 Дж).

З таблиці 3 видно, що зразки V-образного вирізу Шарпі, оброблені та випробувані із шести купонів, зварених переробленим потоком ПАВ, відповідають цим критеріям. Зразки випробовували при -20 ° F.

Таблиця 3 - Дані тесту сертифікації Charpy V-Notch у Ft/Lb

Значення впливу Шарпі V-виїмки Результати першої переробки Ft/Lb Результати другої переробки Ft/Lb Результати третьої переробки Ft/Lb Результати четвертої переробки Ft/Lb П'яті результати переробки Ft/Lb Шості результати переробки Ft/Lb

Використовуйте	33	17	17	42	18	57
Використовуйте	40	52	23	50	29	63
Використовуйте	44	69	53	54	58	86
Середній	39	46	31	49	35	69
Тестова температура.	-20 ℉	-20 ℉	-20 ℉	-20 ℉	-20 ℉	-20 ℉

Тестування відповідно до вимог ASME

Утилізація зварювального шлаку для дугового зварювання під флюсом для використання у зварювальних роботах, які відповідають Американському товариству інженерів-механіків (ASME) Розділ IX Кодексу котлів та посудин під тиском, Кваліфікація зварювання та пайки, вимагає, щоб кожен раз, коли шлак переробляється, він повинен бути випробуваний . Але в якості альтернативи сертифікаційним випробуванням та класифікації, як описано вище, виробник зварювальних робіт також може вибрати процедуру зварювання кожного разу, коли шлаковий пил переробляється. Потім перероблений потік вважається некласифікованим потоком.

Кваліфікація процедури, використана в цьому звіті, була проведена 3/8 дюйма. (9,5-мм) пластина з єдиним V-подібним пазом і опорною штангою. Основним металом є P №1, як зазначено в Розділі IX ASME. Зварювання проводили 5/32-дюймовим. Електрод діаметром (4,0 мм) (AWS EM1 2K) з позитивним електродом постійного струму.

Зварювання тест-купона проводили із 100% переробленим флюсом. Метою цього випробування було провести кваліфікаційне випробування процедури та відповідати всім критеріям, що вимагаються ASME Розділ IX для передбачуваного застосування виробником зварювальних робіт. Вимоги зазначали, що зварювальний купон повинен бути випробуваний у зварному стані, а зразки на розтяг, зразки згину та хімічний аналіз відповідають вимогам останньої редакції та додатків ASME Розділу IX.

На малюнку 2 показано загальне розташування зразків торцевого та кореневого згинів, зразка мас-спектрометра та зразків на розтягування зменшеного перерізу, коли вони були вилучені з випробувального купона для зварювання.

Випробування на механічні властивості

Вимоги ASME, розділ IX до механічних випробувань цієї кваліфікаційної перевірки цієї процедури, вимагали видалення та випробування двох зразків на розтяг. Кожне розтягування повинно перевищувати мінімальну вимогу до 58000 фунтів/дюйм 2 (400 МПа) граничної міцності на розрив. Розділ IX ASME також вимагає вилучення та випробування чотирьох зразків згину відповідно до та згідно з критеріями прийнятності Розділу IX ASME.

У таблиці 4 наведено результати випробувань на розтягування та згинання семи кваліфікаційних випробувань процедур, що проводяться з переробленим потоком ПАВ. Видно, що для кожного із семи проведених кваліфікаційних випробувань зразки на розтяг значно перевищували вимоги, і всі місця руйнування мали природний метал і пластичний характер. Крім того, з таблиці 4 видно, що всі зразки вигину були прийнятними відповідно до вимог Розділу IX ASME.

Таблиця 4 - Безперервні результати кваліфікаційних механічних випробувань

Вимоги до ASME Перша утилізація Друга утилізація Третя утилізація Четверта утилізація П’ята утилізація Шоста утилізація Сьома утилізація

Випробування на розтяг	58 ксі Мін.	72,9/73,4 ксі	70,7/71,7 ксі	70,7/69,2 ксі	74,4/74,0 ксі	71,4/72,8 ксі	71,9/72,2 ксі	74,4/74,4 ксі
Тип	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.	Скорочена сек.
Розташування	Не застосовується	Неблагородний метал	Неблагородний метал	Неблагородний метал	Неблагородний метал	Неблагородний метал	Неблагородний метал	Неблагородний метал
Природа	Не застосовується	Ковкий	Ковкий	Ковкий	Ковкий	Ковкий	Ковкий	Ковкий
Змішані тести	За QW-163	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов	Пройшов
Тип	За QW-462	Корінь/обличчя	Бічні	Корінь/обличчя	Корінь/обличчя	Корінь/обличчя	Корінь/обличчя	Корінь/обличчя

Вимоги до хімічного аналізу

Розділ IX ASME також вимагає проведення хімічного аналізу наплавленого металу зварного шва для кожного талона кваліфікаційного випробування на процедуру. Оскільки метою є наплавлення зварного шва з м'якої сталі, зварювальний шов повинен відповідати критеріям A-No 1 відповідно до Розділу IX ASME. Ці вимоги вимагають максимум 0,15% вуглецю, 1,60% марганцю та 1,00% кремнію.

У таблиці 5 наведено результати хімічного аналізу наплавленого шару для семи випробувань, проведених з переробленим флюсом ПАВ. У всіх семи кваліфікаційних процедурах можна побачити, що необхідні хімічні елементи були нижчими за максимальну вимогу ASME, розділ IX. Хімічний аналіз кваліфікаційних процедур, наведених у таблиці 5, проводили мокрим аналітичним методом від одного до шести. Хімічний аналіз кваліфікації процедури для семи випробувань проводили за допомогою мас-спектрометра.

Оскільки отримати результати для додаткових елементів за допомогою мас-спектрометра легко, тест на переробку семи також аналізували на вміст сірки, фосфору та міді. Було встановлено, що сірки 0,02%, фосфору 0,019%, міді 0,23%. Посилаючись на таблицю 1, видно, що рівні сірки, фосфору та міді були б прийнятними навіть при сертифікаційних випробуваннях згідно з AWS A5.17-89.

Таблиця 5 - Аналіз депозитів, безперервна кваліфікація

Значення елемента ASME для A-No. 1 Депозити Результати першої утилізації Результати другої утилізації Результати третьої утилізації Четверті результати утилізації П'яті результати утилізації Шості результати утилізації Сьомі результати утилізації

Вуглець	0,15 макс.	0,08	0,05	0,06	0,06	0,09	0,09	0,06
Марганець	1,60 макс.	1.06	1.17	1.13	0,92	0,9	1.1	1,25
Кремній	1,00 макс.	0,37	0,62	0,73	0,4	0,31	0,33	0,32

Висновки

На основі представлених тут даних логічними виглядають такі висновки:

Вимоги Американського товариства зварювальників D1 .1-94, Структурно-зварювальний код-сталь, для сертифікаційних випробувань переробленого шлаку можуть бути виконані на послідовній та повторюваній основі.
Вимоги Розділу IX Кодексу котлів та напірних судин Американського товариства механічних інженерів, зварювання та пайка, для проведення кваліфікаційних випробувань переробленого шлаку можуть бути виконані на послідовній та повторюваній основі.
Програми рециркуляції шлаку під дуговим зварюванням не можна проводити без випробувань, щоб довести, що продукт, що переробляється, не матиме шкідливого впливу на наплавлення.
Виробники зварювальних робіт повинні оцінити результати випробувань, вибір нового флюсу та взяти на себе зобов’язання утримувати забруднення поза шлаком для переробки.
Виробники зварювальних робіт повинні бути впевнені, що вони отримуватимуть перероблений флюс лише зі шлаку, який вони утворили та утримали від забруднення.
Переробка шлаку ПАВ у флюс ПАВ є можливою альтернативою придбанню нового флюсу для користувачів ПАВ. Переробка забезпечує економічні вигоди компаніям і дозволяє їм бути екологічно відповідальними.

Будьте екологічно чисті та заощаджуйте

Заповніть форму нижче, і ми зв’яжемось з вами!
( * ) вказує обов'язкові для заповнення поля.