Результат интеллектуальной деятельности: Порошковая проволока

Изобретение относится к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам для дуговых сварочных процессов, и может быть использовано для механизированной наплавки и сварки низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций и в ходе ремонта, а также для нанесения на поверхность готового изделия износостойких слоев и электродного металла с другими заданными свойствами дуговой наплавкой и электродуговым напылением.

Наиболее близкой по составу шихты, принятой за прототип, является порошковая проволока, которая описана в патенте РФ RU 2454309.

Проволока-прототип содержит оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, характеризующуюся следующим соотношением компонентов, мас.%: железная окалина - 52,5-73,1; алюминиевый порошок - 17,5-24,4; ферросилиций - 0,4-10; ферромарганец - 2-16; графит - 0,1-4, при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 30-50%.

Недостатком указанной проволоки-прототипа является то, что в состав данной сварочной проволоки не входят тугоплавкие карбидообразующие компоненты. Образование карбидов в электродном металле способствует упрочнению наплавленного слоя. Так же использование при наплавке и сварке с применением кремне - марганцовых флюсов (типа АН - 348) приводит к ухудшению физико-механических свойств получаемого сварного шва, уменьшается предел текучести сварных соединений из среднеуглеродистых сталей. Это происходит из-за повышенного содержания ферромарганцевой добавки (более 2%) в составе шихты, и как следствие, происходит значительное насыщение марганцем металла сварного шва при сварке и наплавке с флюсами, содержащими кремне - марганцевую основу. Повышенное содержание марганца не позволяет добиться идентичного химического состава с основным (матричным) металлом низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных сталей.

Задачей заявленного изобретения является создание порошковой проволоки, позволяющей производить наплавку и сварку в защитных средах низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных сталей с получением сварного шва или наплавляемого слоя металла требуемого химического состава с возможностью увеличения предела прочности и твердости наплавляемого материала.

Технический результат заявленного изобретения заключается в том, что заявленная порошковая проволока позволяет производить наплавку и сварку в защитных средах низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных сталей с получением сварного шва или наплавляемого слоя металла требуемого химического состава с возможностью увеличения предела прочности и твердости наплавляемого материала.

Указанный технический результат достигается тем, что в порошковой проволоке, включающей оболочку из низкоуглеродистой стали и шихту, содержащую компоненты: железную окалину, алюминиевый порошок, ферромарганец, ферросилиций, графит, шихта дополнительно содержит концентрат шеелитовый при следующем соотношении компонентов, мас.%:

при этом коэффициент заполнения проволоки шихтой составляет 30-50%.

Железная окалина и алюминиевый порошок в составе проволоки обеспечивают дополнительный ввод в сварочную ванну электродного металла за счет экзотермической реакции между ними, в ходе которой из окалины восстанавливается железо и шлак с выделением тепла. Восстановленное железо с легирующими добавками (ферросилиций; ферромарганец; графит; шеелит) образуют электродный металл требуемого химического состава. Шлак защищает сварной шов от агрессивной воздушной среды и не дает быстро ему остыть, что улучшает качество шва, и снижает риск образования трещин. Графит, введенный в состав шихты в указанных соотношениях, обеспечивает достижение оптимального химического состава по содержанию углерода в наплавленном слое металла с основным металлом.

Использование ферросилиция и ферромарганца от 0,01-10,00% по массе в составе шихты обеспечивает их соответствие требуемому содержанию легирующих компонентов при наплавке и сварке низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных марок сталей в защитных средах с учетом легирующих добавок, содержащихся в материале оболочки проволоки, угара и окисления компонентов проволоки под действием электрической дуги. Это обеспечивает необходимое содержание марганца и кремния в химическом составе сталей и приводит к требуемым физико-механическим свойствам сварного шва.

Дополнительный ввод шеелитового концентрата в состав шихты позволяет значительно увеличить прочность и твердость наплавляемого материала за счет связывания углерода с образованием карбидов в структуре металла. При наплавке и сварке низкоуглеродистых и углеродистых низколегированных сталей в защитных средах при изготовлении металлоконструкций и в ходе ремонта, а также для нанесения на поверхность готового изделия износостойких слоев и слоев с другими заданными свойствами дуговой наплавкой и электродуговым напылением.

При использовании шеелита менее 0,01% технический результат не достигается, содержание шеелита более 10,00% приводит к снижению пластичности и вязкости, а также к возникновению трещин в наплавляемом металле.

Изменение диапазона коэффициента заполнения порошковой проволоки обусловлено вводом шеелитового концентрата в состав шихты. При вводе шеелита идет увеличение потерь тепловой энергии на переплав компонентов, что приводит к возможности устойчивого горения электрической дуги при коэффициенте заполнения от 30% и гарантирует прогнозируемое формирование наплавленного слоя металла. Коэффициент заполнения более 50% не целесообразен, потому что ведет к неравномерной упаковке шихты в ленту и приводит к разрыву порошковой проволоки.

Для изготовления порошковой проволоки применяется лента из низкоуглеродистой стали холодной прокатки, неполированная, особо мягкая. Требования к ленте оговорены ГОСТ 503-81. Размеры ленты по толщине и ширине определяются технологией изготовления проволоки заданного диаметра. Основные показатели механических свойств ленты следующие: временное сопротивление разрыву 280-400 МПа; относительное удлинение - не менее 30%, материалом ленты служит сталь 08кп. Подготовленные компоненты шихты взвешиваются дозами на один замес. Смешивание компонентов производится любым способом, обеспечивающим достаточную однородность получаемой шихты. В формирующем устройстве происходит формирование ленты и заполнение шихтой трубчатой металлической оболочки проволоки. После чего заготовка на волочильной машине обжимается до требуемого диаметра (1-5 мм). После волочения проволока наматывается на кассеты требуемого диаметра.

Для наплавки износостойкого слоя в защитной среде типа АН-348 на изделии из стали Ст3сп порошковой проволокой на основе алюмотермитной шихты с коэффициентом заполнения 37% используют состав компонентов следующего содержания, мас.%:

Приведённый пример состава порошковой проволоки для наплавки износостойкого слоя на изделии из стали Ст3сп позволяет получить материал сварного шва со следующими физико-механическими свойствами: предел прочности у_в =655-785 МПа; предел текучести у_0,2=336-380 МПа; твердость 330 HB; ударная вязкость KCU=50-63 Дж/см².