Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к производству порошковой проволоки, и может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и изностойкости.

Известна, выбранная в качестве прототипа [1], шихта порошковой проволоки содержащая углерод, хром, вольфрам, ванадий, кремнефтористый натрий, серу, кобальт, молибден и алюминий при соотношении компонентов, мас.%:

Существенными недостатками данной шихты порошковой проволоки являются:

- пониженные механические свойства наплавленного металла, в частности твердости, за счет повышенной загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями;

- высокая стоимость сварочного процесса за счет использования дорогостоящих материалов в значительных количествах (вольфрама, молибдена и кремнефтористого натрия)

- плохая устойчивость горения дуги в связи с отсутствием в шихте элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги;

- низкое качество наплавленного металла в связи с порообразованием и повышенным содержанием водорода.

Желаемыми техническими результатами изобретения являются:

- повышение механических свойств наплавленного металла, в частности твердости, за счет снижение загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями;

- снижение стоимости сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и использования отходов производства;

- повышение устойчивости горения дуги за счет введения элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги;

- улучшение формирования наплавленного металла и исключение порообразования за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты.

Для этого предлагается шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий и железо, в которой взамен кремнефтористого натрия содержится пыль электрофильтров алюминиевого производства, при этом пыль электрофильтров алюминиевого производства имеет следующий состав, мас.%: Al₂O₃=21-46,23; F⁺=18-27; Na₂O=8-15; K₂O=0,4-6%, CaO=0,7-2,3; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-3,27; C_общ=12,5-30,2, MnO=0,07-0,9, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,19, P=0,1-0,18;

при соотношении компонентов, мас.%:

Заявляемые пределы подобраны эмпирическим путем исходя из качества, получаемого при наплавке металла, стабильности процесса наплавки и требуемых механических свойств.

Введение в состав шихты порошковой проволоки пыли электрофильтров алюминиевого производства обусловлено содержанием в составе последнего элементов позволяющих:

- проводить удаление водорода за счет комплекса фторсодержащих соединений (типа Na₂SiF₆, NaF, KF, CF_x (1≥x>0), AlF₃, Na₃AlF₆) разлагающихся при температурах сварочных процессов с выделением F, который в свою очередь взаимодействует с водородом растворенным в стали с образованием газообразного соединения HF;

- повысить устойчивость горения дуги за счет элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги - калия и натрия;

- проводить интенсивное науглероживание при взаимодействии фтористого углерода CF_x (1≥x>0) с карбидообразующими элементами

Для изготовления шихта порошковой проволоки использовали пыль электрофильтров алюминиевого производства со следующим химическим составом, мас.%: Al₂O₃=21-46,23; F⁺=18-27; Na₂O=8-15; K₂O=0,4-6%, CaO=0,7-2,3; SiO₂=0,5-2,48; Fe₂O₃=2,1-3,27; C_общ=12,5-30,2, MnO=0,07-0,9, MgO=0,06-0,9, S=0,09-0,19, P=0,1-0,18.

Нижние пределы по содержанию в шихте порошковой проволоки пыли электрофильтров алюминиевого производства определяется эффективностью ее применения для получения качественного наплавленного металла. Увеличение содержания пыли электрофильтров в шихте выше верхних граничных значений (более 15%) приводит к существенному изменению коэффициента заполнения порошковой проволоки, что нежелательно, так как требует корректировки пределов шихты, а также увеличивает количество шлака.

Порошковая проволока изготавливалась из стали 0,8 кп (оболочка) из стальной холоднокатаной ленты размером 0,8 мм толщиной и 15 мм шириной и заявляемой шихт (сердечника). Компоненты шихты перемешивались в специальном приспособлении для получения однородной массы. Загрузка шихты в порошковую проволоку осуществляется с помощью дозатора. Перед закаткой порошковую проволоку прокаливали в сушильном шкафу для удаления влаги при температуре 300-350°C. Коэффициент заполнения порошковой проволоки составлял 0,32-0,33, а диаметр готовой проволоки - 3,7 мм.

Влияние изменения химического состава компонентов с граничными, заграничными и заявляемыми пределами шихты порошковой проволоки приведены в таблице 1. Наплавку проводили в азотосодержащих защитно-легирующих газовых смесях на цилиндрических заготовках из стали 30ХГСА длинной 600 мм и диаметром 100 мм. Режимы плазменной наплавки приведены в таблице 2. После наплавки деталей производился замер твердости поверхности на приборе ТК-2М. Результаты измерения твердости наплавленного металла после наплавки и отпуска на вторичную твердость приведены в таблице 3. Режим трехкратного отпуска на вторичную твердость: нагрев до температуры 560°C и выдержка 1 час.

Контроль качества наплавленного металла производился визуально в процессе наплавки и по образцам, вырезанным из наплавленного слоя. Отделимость шлаковой корки оценивали визуально. Трещины во всех образцах в процессе наплавки и при охлаждении не обнаружены.

При наплавке образца №1 наблюдалось интенсивное кипение сварочной ванны. В этом случае в наплавленном металле наблюдалось значительное количество пор. Твердость металла после наплавки и отпуска значительно ниже средних значений, характерных для теплостойких инструментальных сталей. Снижение твердости обусловлено недостаточной степенью легирования твердого раствора и незначительным количеством упрочняющей карбидной фазой. Качество наплавленного металла образцов №2-4 и его твердость после наплавки и отпуска удовлетворяет требованиям, предъявляемым к качеству и твердости наплавленного металла. При наплавке образца №5 на поверхности металла наблюдается значительное количество шлака. Образцы, вырезанные из наплавленного металла, содержат значительное количество неметаллических шлаковых включений, что в значительной степени снижает твердость.

Использование заявляемой смеси по сравнению с базовой (прототип) позволяет:

- повысить твердость наплавленного рабочего слоя наплавляемого металла до 62-65 HRC (против 50-54 HRC в прототипе);

- снизить стоимость сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и использования отходов производства;

- повысить устойчивость горения дуги за счет введения элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги;

- улучшить формирования наплавленного металла и исключение порообразования за счет введения фторсодержащих компонентов и создания дополнительной газовой защиты.

Источники информации

1. пат РФ №2088392 кл B23K 35/36