Композиционная электродная проволока

Композиционная электродная проволока

Реферат

Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при дуговой сварке и наплавке металлических деталей.

Известна сварочная электродная проволока (Патон Б.Е., Воропай Н.М., Никифоров Б.А. и др. Сварочная электродная проволока. В23К 35/06, 35/10. Авторское свидетельство СССР №1696231 от 09.02.1987 г. Бюл. №45 от 07.12.1991 г.). Данная проволока состоит из металлического стержня с внутренним каналом, полость которого заполнена шлакообразующими и легирующими компонентами, а на внешнюю и внутреннюю поверхность стержня нанесено металлическое покрытие. Указанная проволока улучшает капельный перенос электродного металла, однако она не имеет в составе активирующего флюса и не способна увеличить глубину проплавления металла. Кроме того, проволока не имеет газообразующих компонентов и может применяться только при сварке в среде защитных газов, а ее изготовление отличается повышенной трудоемкостью, что увеличивает стоимость проволоки.

Известна проволока для сварки (Воропай Н.М., Бучинский В.Н., Костенюк Н.И. и др. Проволока для сварки. В23К 35/08, Авторское свидетельство СССР №916191 от 02.02.1980 г. Бюл. №12 от 30.03.1982 г.), имеющая внутреннюю полость, заполненную активирующими флюсом, которая окружена двумя металлическими оболочками. Указанная проволока улучшает капельный перенос электродного металла и способна увеличить глубину проплавления металла. Однако данная проволока также не имеет шлакообразующих и газообразующих компонентов и может применяться только при сварке в среде защитных газов, а ее изготовление отличается повышенной трудоемкостью, что увеличивает стоимость проволоки.

Известна сварочная активированная проволока для сварки и наплавки (Паршин С.Г., Паршин С.С. Сварочная активированная проволока. МПК⁷ В23К 35/365, В23К 35/04. Патент Р.Ф. №2294272 от 01.11.2005 г. Бюл. №6 от 27.02.2007 г.), которая принята за прототип. Указанная проволока состоит из металлического стержня и нанесенного на стержень композиционного покрытия с активирующим флюсом. Покрытие выполнено в виде электролитически полученного микрокомпозита, включающего металлическую матрицу с равномерно распределенной в ней дисперсной фазой из порошка активирующего флюса. Активированная проволока позволяет увеличить глубину проплавления металла и улучшить капельный перенос электродного металла в сварочную ванну. Однако проволока по прототипу не имеет шлакообразующих и газообразующих компонентов и может применяться только при сварке в среде защитных газов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение глубины проплавления металла и улучшение капельного перехода металла за счет нанесения на поверхность проволоки композиционного покрытия.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на сварочной проволоке размещают активирующий флюс и смесь шлакообразующих и газообразующих компонентов. В отличие от прототипа, сварочная проволока состоит из металлической трубки, полость которой заполняется смесью шлакообразующих и газообразующих компонентов, а на поверхность металлической трубки наносят композиционное покрытие, которое представляет собой нульмерный микрокомпозит, полученный электролитическим способом [см. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. М. Химия, 1990 г., 239 с.]. В качестве металлической матрицы используют металл, например медь Cu, молибден Мо, титан Ti, алюминий Al, никель Ni, хром Cr, а в качестве дисперсной фазы применяют порошок активирующего флюса, состоящий из оксидов и солей.

Такое сочетание известных и новых признаков позволяет увеличить глубину проплавления металла, улучшить капельный переход и обеспечить газошлаковую защиту зоны сварки. Это становится возможным, поскольку композиционное покрытие содержит активирующий флюс, который увеличивает проплавляющую способность сварочной дуги и снижает межфазное натяжение металла. Дисперсия активирующего флюса распределена равномерно в объеме металлической матрицы, поэтому композиционное покрытие обладает высокой теплопроводностью и прочностью [см. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. М. Химия, 1990 г., 239 с.]. Это позволяет обеспечить хороший электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком горелки. При нагреве смеси шлакообразующих и газообразующих компонентов образуется шлаковый слой и углекислый газ, которые оттесняют воздух атмосферы и препятствуют его проникновению в зону горения дуги и плавления металла.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показан вид проволоки с композиционным покрытием и минеральным сердечником из шлакообразующих и газообразующих компонентов. Предлагаемая проволока состоит из металлической трубки 1, на поверхностях которой располагаются внешнее и внутреннее композиционные покрытия 2, 3, состоящие из металлической матрицы с распределенными по объему матрицы частицами активирующего флюса 5. Полость металлической трубки 1 заполнена смесью шлакообразующих и газообразующих компонентов 4.

Цель изобретения достигается тем, что на поверхность металлической трубки электролитическим способом наносят композиционное покрытие, состоящее из смеси металла (металлической матрицы) и частиц активирующего флюса (дисперсной фазы). Данное покрытие обеспечивает хороший электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком горелки и эффективное воздействие на дугу активирующих компонентов покрытия, которые контрагируют дугу и увеличивают ее проплавляющую способность (Симоник А.Г., Петиашвили В.И., Иванов А.А. Эффект контракции дугового разряда при введении электроотрицательных элементов // Сварочное производство, №3, 1976, с.49). При плавлении покрытия образуется шлаковая пленка, которая снижает межфазное натяжение металла. Это уменьшает диаметр и массу капель, что улучшает капельный переход электродного металла в сварочную ванну. Смесь шлакообразующих и газообразующих компонентов, находящаяся в полости трубки, расплавляется и разлагается, что приводит к образованию шлакового слоя на сварочной ванне и углекислого газа вокруг сварочной дуги. Это препятствует проникновению воздуха атмосферы в зону горения дуги и плавления металла.

Технология изготовления предлагаемой проволоки не требует сложного оборудования и может быть выполнена известным в промышленности способом [см. Сайфуллин Р.С. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. М. Химия, 1972 г., 168 с.]. Очищенную металлическую трубку необходимого диаметра погружают в электролитическую ванну, которая содержит взвешенный в электролите мелкодисперсный порошок активирующего флюса в нужной концентрации. В зависимости от состава флюса и металлической матрицы для нанесения покрытий применяют сульфатный, солевой, цианидный или фосфатный электролиты. Металлическую трубку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При действии поляризационных сил на поверхности трубки осаждаются частицы активирующего флюса и одновременно положительные ионы восстановленного из электролита металла. Для равномерного распределения частиц флюса в объеме электролита ванну продувают аргоном. В результате на проволоке образуется композиционное покрытие толщиной 1-100 мкм с равномерно распределенным по объему активирующим флюсом. После нанесения внешнего и внутреннего композиционного покрытия полость трубки заполняют смесью газообразующих и шлакообразующих компонентов, а затем путем волочения уменьшают диаметр трубки до 3-0,8 мм.

В качестве примера применения предлагаемой композиционной проволоки можно привести наплавку на пластины из стали Ст3сп толщиной 10 мм. Порошковую проволоку ПП-АН1 диаметром 2,8 мм по ТУ 14-4-1121-81 помещали в электролитическую ванну, содержащую смесь медьсодержащего электролита и мелкодисперсного порошка активирующего флюса из KBr, KCl, AlF₃. При выдержке проволоки в течение 10 минут на поверхности образовалось композиционное покрытие толщиной 30 мкм, состоящее из медной матрицы и активирующего флюса. Композиционную проволоку испытывали при дуговой наплавке пластин. Среднюю глубину проплавления определяли по поперечным макрошлифам. При сварке на обратной полярности глубина проплавления увеличилась в 1,1-1,3 раза, см. табл.1.

Таблица 1
Средняя глубина проплавления при наплавке композиционной проволокой диаметром 2,8 мм
Флюс	Глубина проплавления металла, мм, при силе тока, А
160	190	220	250	280
Без флюса	2,9	3,3	3,8	4,2	5,5
KBr	3,1	3,5	4,3	4,9	6,2
KCl	3,3	3,7	4,5	5,1	6,3
AlF3	4,0	4,4	5,2	6,0	7,1

Капельный переход оценивали по массе капель при наплавке на графитовую пластину, см. табл.2. При наплавке на обратной полярности масса капель уменьшилась в 1,5-2,9 раза, см. табл.2.

Таблица 2
Средняя масса капель при плавлении композиционной проволоки диаметром 2,8 мм
Флюс	Масса, мг, при силе тока, А
160	190	220	250	280
Без флюса	40	30	28	20	15
KBr	20	16	12	*	*
KCl	27	20	15	10	*
AlF3	29	23	17	13	10
* - устойчивый струйный перенос

Таким образом, предлагаемая композиционная электродная проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в увеличении глубины проплавления металла и улучшении капельного перехода, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.

1. Композиционная электродная проволока для сварки и наплавки, состоящая из металлической трубки, в полости которой размещена смесь шлакообразующих и газообразующих компонентов, отличающаяся тем, что на поверхность металлической трубки нанесено композиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы с распределенной в ней дисперсной фазой из активирующего флюса.

2. Композиционная электродная проволока по п.1, отличающаяся тем, что композиционное покрытие нанесено на внешнюю и/или внутреннюю поверхность металлической трубки.

3. Композиционная электродная проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она имеет круглое, прямоугольное или овальное сечение.