×
10.05.2018
218.016.49ad

Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано для изготовления и восстановления деталей и инструмента, работающих в условиях абразивного и других видов изнашивания. Электродуговую наплавку производят плавящимся электродом. В сварочную ванну подают под острым углом к направлению подачи плавящегося электрода электрически изолированную присадочную порошковую проволоку с наполнителем из ультрадисперсного порошка тугоплавкого химического соединения на расстоянии от плавящегося электрода, которое выбирают в зависимости от параметров режима наплавки и теплофизических свойств наплавленного металла. Присадочную проволоку вводят в сварочную ванну со скоростью, обеспечивающей содержание порошка тугоплавкого химического соединения в количестве 0,2…0,6% от массы наплавленного металла. Способ обеспечивает повышение механических и эксплуатационных свойств наплавленного металла за счет измельчения его структуры и формирования в ней упрочняющих твердых фаз. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к сварке и наплавке и может быть применено для изготовления и восстановления деталей и инструмента, работающих в условиях абразивного и других видов изнашивания, путем формирования на их рабочих поверхностях слоев износостойких сплавов, модифицированных ультрадисперсными частицами тугоплавких химических соединений.

Известен способ электродуговой наплавки под слоем флюса бронзы с дополнительной подачей ленты. (Наплавка бронзы с дополнительной подачей ленты / Б.В. Филимонов, В.В. Степанов, Б.В. Степанов // Сварочное производство. - 1976. - №1. - С. 19-21.) Присадочная стальная лента, подаваемая в зону горения дуги, находится в контакте с наплавляемой поверхностью и располагается между дугой и изделием. Расплавляясь, электродная проволока и лента образуют валик наплавленного металла. Данный способ наплавки позволяет повысить производительность процесса наплавки и уменьшить степень проплавления основного металла. Однако в случае применения порошковой ленты с модификатором ее подача прямо в зону действия дуги приводит к расплавлению тугоплавких частиц, что не позволяет достичь упрочнения наплавленного металла.

Известен способ наплавки (патент РФ №2143962, МПК В23K 9/04, опубл. 10.01.2000 г.) в среде защитных газов плавящимся электродом с введением дополнительной присадочной проволоки, нагретой проходящим через нее током, в кристаллизующуюся часть сварочной ванны. Способ позволяет формировать аустенитный подслой между основным и наплавленным металлом и двухфазную структуру в центре сварного шва, что предотвращает появление горячих трещин и позволяет отказаться от предварительного подогрева изделий.

Данный способ предусматривает подогрев присадочной проволоки, что увеличивает сложность конструкции подающего механизма и энергетические затраты на проведение процесса, а также обусловливает необходимость дополнительной газовой защиты нагретой проволоки. В случае использования порошковой проволоки с наполнителем из ультрадисперсных тугоплавких частиц ее предварительный подогрев, а также подача параллельно электроду и электрической дуге могут привести к перегреву проволоки и плавлению вне сварочной ванны. Это обусловливает капельный массоперенос, повышенную степень диссоциации тугоплавких частиц и низкую эффективность упрочнения наплавленного металла.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ восстановления наплавкой поверхностей деталей (патент РФ №2403138, МПК В23Р 6/04, опубл. 10.11.2010, бюл. №31). Способ включает наплавку плавящимся электродом на поверхность восстанавливаемой детали с образованием наплавочной ванны и подачу в нее под острым углом к направлению подачи плавящегося электрода одной или нескольких присадочных проволок сплошного сечения из легированной стали или цветных металлов и сплавов. Причем присадочную проволоку изолируют от тока и подают в ванну на расстоянии от электрода, обеспечивающем сохранение в наплавленном металле легирующих элементов, содержащихся в проволоке. Способ позволяет получать наплавленный металл, различный по химическому составу, а также по физико-механическим и трибологическим свойствам.

Недостатками прототипа является то, что в случае введения в сварочную ванну нескольких (до четырех) порошковых проволок, содержащих модификатор, это приводит к переохлаждению ванны, неполному расплавлению в ней оболочек проволок и неоднородному распределению модификатора по объему наплавленного металла, что снижает его механические и эксплуатационные свойства. Также использование нескольких проволок значительно усложняет конструкцию системы их подачи. Подача проволок под малыми углами к направлению подачи плавящегося электрода не обеспечивает стабильного плавления в ванне их оболочек при повышенных скоростях подачи. При этом возможно приваривание проволок ко дну ванны и возникновение в наплавленном металле структурно-механической неоднородности, что не позволяет обеспечить его высокие эксплуатационные свойства. Введение в ванну присадочной проволоки, содержащей ультрадисперсный порошок тугоплавкого химического соединения (ТХС), на малых расстояниях от плавящегося электрода, выбранных из рекомендуемого диапазона (0,7-2,5)D, где D - диаметр электрода, приводит к интенсивной диссоциации тугоплавких частиц, что снижает свойства наплавленного металла.

Технический результат заключается в повышении механических и эксплуатационных свойств наплавленного металла за счет измельчения его структуры и формирования в ней упрочняющих твердых фаз, кристаллизующихся на недиссоциировавших в процессе наплавки частицах ТХС, введенных в низкотемпературную область сварочной ванны в составе присадочной порошковой проволоки и однородно распределенных по объему металла.

Технический результат достигается тем, что в способе наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну, включающем перемещение электрода относительно поверхности изделия с образованием сварочной ванны, подачу в сварочную ванну изолированной от тока присадочной проволоки, расположенной под острым углом к направлению подачи плавящегося электрода на расстоянии от него, в качестве присадочной проволоки используют порошковую проволоку, содержащую низкоуглеродистую стальную оболочку и наполнитель, представляющий собой модификатор в виде ультрадисперсного порошка тугоплавкого химического соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид и оксикарбонитрид металла, при этом присадочную проволоку подают в сварочную ванну под углом 55…65° со скоростью, обеспечивающей содержание в наплавленном металле модификатора в количестве 0,2…0,6 масс. %, а расстояние В от плавящегося электрода выбирают равным

где k=0,25…0,15 - эмпирический коэффициент, зависящий от содержания в наплавленном металле модификатора; I - сила сварочного тока, A; U - напряжение на дуге, В; Tпл - температура плавления наплавляемого металла, °С; λ - коэффициент теплопроводности наплавляемого металла, Вт/м⋅°С; η - эффективный КПД процесса нагрева изделия дугой. При этом наплавку осуществляют в среде защитных газов, а также под флюсом.

Введение в сварочную ванну в процессе наплавки модификатора в виде порошка ТХС в составе присадочной порошковой проволоки способствует измельчению структуры наплавленного металла и увеличивает количество упрочняющей фазы, что повышает его механические и эксплуатационные свойства, в частности твердость и износостойкость.

Присадочную проволоку необходимо вводить в сварочную ванну на расстоянии В от электрода, вычисленном по формуле (1), учитывающей энергетические параметры режима наплавки (сварочный ток, напряжение на дуге, эффективный КПД процесса) и теплофизические свойства наплавляемого металла (температуру плавления, коэффициент теплопроводности), которые определяют форму и геометрические размеры сварочной ванны. Коэффициент k определен экспериментально на основании анализа тепловых полей на поверхности сварочной ванны, исследования структуры наплавленного Металла, а также изучения распределения твердости по его сечению. Коэффициент k зависит от скорости подачи в сварочную ванну присадочной проволоки, определяющей массовую долю модификатора в наплавленном металле, причем его величина обратно пропорциональна содержанию модификатора.

Присадочную проволоку подают в сварочную ванну со скоростью, обеспечивающей содержание в наплавленном металле порошка ТХС в количестве 0,2…0,6 масс. %, что соответствует диапазону значений k = 0,25…0,15. При содержании в наплавленном металле частиц ТХС меньше 0,2 масс. % они не оказывают существенного влияния на его структуру и эксплуатационные свойства. При содержании частиц ТХС более 0,6 масс. % увеличивается стоимость наплавленного металла, при этом его эксплуатационные свойства повышаются не так значительно.

Допустимые пределы (±0,03) варьирования величиной k определены экспериментально на основе выявления в сварочной ванне области с оптимальными тепловыми и гидродинамическими условиями, обеспечивающими сохранение ультрадисперсных частиц ТХС от диссоциации и их равномерное распределение в объеме наплавленного металла. При уменьшении коэффициента k на величину более 0,03 скорость плавления оболочки присадочной проволоки под воздействием плазмы дуги будет превышать скорость ее подачи. Это обусловливает оплавление проволоки над сварочной ванной и перегрев образующихся на ее торце капель, что приводит к диссоциации значительной части частиц ТХС. При увеличении k на величину более 0,03 скорость плавления оболочки проволоки в низкотемпературной области сварочной ванны будет недостаточной, что приведет к привариванию проволоки ко дну ванны, вызывая нарушение процесса наплавки.

Угол подачи в сварочную ванну присадочной проволоки должен находиться в диапазоне 55…65° относительно направления подачи плавящегося электрода. Такая величина угла позволяет уменьшить перегрев присадочной проволоки от тепла сварочной дуги и увеличить время ее движения в расплаве сварочной ванны, что обеспечивает полное расплавление в ванне стальной оболочки проволоки в широком диапазоне скоростей подачи и равномерное распределение частиц ТХС по объему наплавленного металла.

Подача проволоки под углом менее 55° приводит к уменьшению времени ее движения в сварочной ванне до момента касания ее донной части. Это снижает допустимую скорость подачи проволоки в ванну, может приводить к неравномерному распределению в ней частиц ТХС, а также привариванию проволоки и нарушению процесса наплавки. Подача проволоки под углом более 65° может приводить к касанию проволокой поверхности валика наплавленного металла, а также затрудняет контроль величины расстояния между присадочной и электродной проволоками.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена схема процесса дуговой наплавки плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну.

На фиг. 2 показана микроструктура металла 320Х12М2НТР, полученного наплавкой с использованием присадочной проволоки, содержащей модификатор в виде порошка нитрида титана TiN.

Способ осуществляется следующим образом. К поверхности наплавляемого изделия 1 подводятся плавящийся электрод 2, подаваемый через токоподводящий мундштук 3, и присадочная проволока 4, которую располагают после электрода на расстоянии и под углом α=55-65° к нему. Присадочную проволоку 4 электрически изолируют от электрода 2 и элементов конструкции, находящихся под его потенциалом, для исключения возникновения дугового разряда между изделием 1 и присадочной проволокой либо шунтирования через нее электрического тока в процессе наплавки. В случае наплавки в среде защитного газа его подают через сопло 5, при наплавке под слоем флюса его насыпают на изделие 1. Между изделием 1 и электродом 2 подают напряжение, включают подачу электродной проволоки и ее перемещение относительно изделия по направлению Vн, при этом между электродом и изделием зажигается электрическая дуга 6, а на поверхности изделия формируется сварочная ванна 7. Металлический расплав ванны 7 под воздействием дуги 6 оттесняется в сторону, противоположную направлению наплавки, где охлаждается и кристаллизуется в виде валика наплавленного металла 8.

После выхода процесса наплавки на установившийся режим и стабилизации размеров сварочной ванны 7 включают подачу присадочной проволоки 4 со скоростью, обеспечивающей содержание в наплавленном металле порошка ТХС в количестве 0,2…0,6 масс. %, причем меньшее содержание модификатора соответствует большему значению коэффициента k в формуле 1, выбираемому из диапазона 0,25…0,15, и наоборот. При соблюдении данных рекомендаций полное расплавление оболочки присадочной проволоки 4 происходит под действием тепла сварочной ванны. При этом частицы ТХС из наполнителя проволоки под воздействием гидродинамических потоков в ванне, направленных к ее низкотемпературной «хвостовой» части, равномерно распределяется в объеме расплава вблизи фронта кристаллизации 9 металла. Здесь они, подвергаясь незначительному растворению в металлическом расплаве, становятся центрами кристаллизации, на которых формируются упрочняющие металл фазы, что обусловливает измельчение его структуры и повышение механических и эксплуатационных свойств.

Пример.

Выполняли дуговую наплавку в среде аргона на пластины из стали 20 толщиной 8 мм с использованием электродной порошковой проволоки диаметром 3 мм, обеспечивающей получение наплавленного металла типа 320X12М2НТР. Параметры режима наплавки следующие: сварочный ток 290-310 А, напряжение на дуге 26-27 В, скорость наплавки 26 м/ч, расход аргона 18-20 л/мин. Присадочную порошковую проволоку диаметром 1,8 мм с наполнителем в виде ультрадисперсного порошка нитрида титана TiN подавали в сварочную ванну под углом 60° к плавящемуся электроду со скоростью 12,6 м/ч, выбранной исходя из задачи получения в наплавленном металле содержания частиц TiN в количестве 0,4 масс. %. Рассчитанное расстояние между плавящимся электродом и присадочной проволокой составляло B=13 мм, при этом коэффициент k принимали равным 0,2, эффективный КПД процесса нагрева изделия дугой в среде аргона - 0,75, температуру плавления наплавленного металла - 1300°С, коэффициент его теплопроводности - 23 Вт/м⋅град.

Визуальные наблюдения за процессом наплавки подтвердили стабильное расплавление оболочки присадочной проволоки в сварочной ванне, капли над сварочной ванной не образовывались, приваривание проволоки ко дну ванны не происходило. В результате получали качественно сформированный валик наплавленного металла высотой 4 мм. Анализ микроструктуры наплавленного металла, а также распределения твердости по сечению валика показали высокую структурно-механическую однородность металла, модифицированного частицами TiN. Установлено, что частицы TiN глобулярной формы из состава присадочной проволоки становятся центрами кристаллизации в расплаве, на поверхности которых формируются карбиды (Ti, Mo)C1-x (фиг. 2), обладающие высокой твердостью и термостабильностью. Формирование новых упрочняющих фаз наряду со значительным измельчением эвтектической структуры модифицированного наплавленного металла по сравнению с немодифицированным обусловливает повышение его твердости и стойкости к абразивному изнашиванию при температуре 500°С.

Сравнительные данные предлагаемого способа наплавки в сравнении с прототипом приведены в таблице, из которой следует, что заявляемый способ наплавки характеризуется стабильным и качественным процессом плавления в сварочной ванне оболочки присадочной проволоки, сохранением от диссоциации и однородным распределением в наплавленном металле частиц ТХС, что подтверждается высокими значениями его твердости, лежащими в узком диапазоне. Это обеспечивает повышенные эксплуатационные свойства, в частности износостойкость, наплавленного металла.

Примечание: при определении относительной износостойкости в качестве эталона применяли металл типа 320X12М2НТР, наплавленный без использования присадочной проволоки с модификатором.

Использование предлагаемого способа наплавки дает в сравнении с известными способами следующий технический результат: повышение механических и эксплуатационных свойств наплавленного металла за счет минимальной диссоциации и равномерного распределения в прилегающем к фронту кристаллизации объеме сварочной ванны частиц ТХС, служащих центрами кристаллизации в расплаве и способствующих измельчению структуры наплавленного металла, а также формированию в нем упрочняющих твердых фаз.


Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну
Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну
Способ наплавки изделий плавящимся электродом с подачей присадочной проволоки в сварочную ванну
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 41-50 of 362 items.
26.08.2017
№217.015.e319

Способ получения акрилата хрома (iii)

Изобретение относится к области получения акрилата хрома (III), который используется в качестве пигмента, добавляемого в лаки, краски и термореактивные клеи для придания окраски, для увеличения стойкости покрытий к действию агрессивных сред, и применяется в автомобильной, текстильной и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626007
Дата охранного документа: 21.07.2017
26.08.2017
№217.015.e3f1

Ветродвигатель

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ветродвигатель, установленный на основание, содержащий вертикальные лопасти, установленные вокруг лопастей между верхней и нижней плитами ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие концы отведены к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626265
Дата охранного документа: 25.07.2017
26.08.2017
№217.015.e41a

Способ получения органомодифицированного монтмориллонита с полифторалкильными группами

Изобретение относится к способу получения модифицированного монтмориллонита, который используется в качестве наполнителя полимеров для получения композиционных материалов. Технический результат достигается в способе получения органомодифицированного монтмориллонита с полифторалкильными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626414
Дата охранного документа: 27.07.2017
26.08.2017
№217.015.e44e

Способ получения производных n-фениладамантан-1-карбоксамида

Изобретение относится к способам синтеза амидов кислот каркасных соединений, в частности амидов адамантилкарбоновых кислот, которые не только являются интермедиатами синтеза широкого ряда веществ, проявляющих различные виды терапевтической активности, но и сами являются биологически активными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626237
Дата охранного документа: 25.07.2017
26.08.2017
№217.015.e4f3

Способ частичного восстановления циклодиенов и циклотриенов

Изобретение относится к способу восстановления непредельных циклических соединений, заключающемуся во взаимодействии непредельных циклических соединений с молекулярным водородом в присутствии наночастиц никеля при нагревании. Способ характеризуется тем, что в качестве катализатора используют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626455
Дата охранного документа: 28.07.2017
26.08.2017
№217.015.e727

Способ сборки подшипника качения

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в производстве подшипников качения. Способ сборки подшипника качения, который содержит концентрично расположенные кольца с выполненными на них дорожками качения, между которыми размещают тела качения без учета их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627258
Дата охранного документа: 04.08.2017
29.12.2017
№217.015.f298

Теплозащитный материал

Изобретение относится к теплозащитному материалу на основе этиленпропилендиенового каучука, который может использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал содержит этиленпропилендиеновый каучук СКЭПТ-40, вулканизующие агенты серу и тиурам Д, ускоритель вулканизации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637519
Дата охранного документа: 05.12.2017
29.12.2017
№217.015.f300

Способ получения композиции для маслобензиностойкого пластиката

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Осуществляют смешение поливинилхлорида, диоктилфталата, стеарата кальция, трехосновного сульфата свинца, эпоксидной смолы, добавление в смесь древесной муки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637916
Дата охранного документа: 07.12.2017
29.12.2017
№217.015.f358

Теплозащитный материал

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука включает следующее соотношение компонентов, мас. ч.: каучук СКЭПТ-40 - 100,0, сера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637913
Дата охранного документа: 07.12.2017
29.12.2017
№217.015.f3da

Композиция для маслобензиностойкого пластиката

Изобретение относится к области полимерной промышленности и может быть использовано для изготовления кабельного пластиката. Композиция для кабельного пластиката содержит компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: поливинилхлорид эмульсионный ЕП 6602-С 100,0; эпоксидная смола ЭД-20 10,0;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002637949
Дата охранного документа: 08.12.2017
Showing 11-16 of 16 items.
24.05.2019
№219.017.5dfb

Установка для испытаний на газоабразивное изнашивание

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к газоабразивному изнашиванию при нормальной и повышенных до 1000°С температурах. Установка содержит стойку, камеру и бункер для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688879
Дата охранного документа: 22.05.2019
09.06.2019
№219.017.7cd1

Способ получения крупногабаритных биметаллических листов сваркой взрывом

Изобретение может быть использовано при изготовлении крупногабаритных биметаллических листов коррозионно-стойкого биметалла для химической, атомной и нефтегазовой отраслей промышленности. На плакируемую пластину устанавливают со сварочным зазором плакирующую метаемую пластину. Между зарядом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002417868
Дата охранного документа: 10.05.2011
21.01.2020
№220.017.f7a9

Композиционная проволока для дуговой наплавки

Изобретение относится к наплавочным материалам, в частности к порошковым и композиционным проволокам для дуговой наплавки. Композиционная проволока состоит из никелевой оболочки, внутри которой находятся проволочные компоненты из алюминия, вольфрама, молибдена, лента из тантала и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711286
Дата охранного документа: 16.01.2020
24.07.2020
№220.018.3704

Электродное покрытие

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки низкоуглеродистых высокопрочных низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит мрамор, плавиковый шпат, каолин, полевой шпат, ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, пластификатор, железный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727383
Дата охранного документа: 21.07.2020
12.04.2023
№223.018.43df

Способ получения материала для абсорбции и десорбции водорода

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению материалов на основе титана, используемых для абсорбции и десорбции водорода, с целью применения его в энергетических устройствах, потребляющих водород, и химических процессах. Способ получения материала для абсорбции и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793680
Дата охранного документа: 04.04.2023
15.05.2023
№223.018.57f7

Способ двухэлектродной дуговой наплавки

Изобретение относится к автоматизированной дуговой наплавке в среде защитных газов двумя проволоками сплошного сечения и может использоваться при производстве нефтехимического оборудования в технологических операциях по плакированию изделий коррозионно-стойкими слоями металла. Осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002767334
Дата охранного документа: 17.03.2022
+ добавить свой РИД