Шихта порошковой проволоки

Авторы патента:

B23K35/36 - подбор неметаллических составов, например покрытий, флюсов (B23K 35/34 имеет преимущество); выбор материалов для пайки или сварки в сочетании с подбором неметаллических составов (выбор материалов для пайки или сварки B23K 35/24)

Владельцы патента RU 2492982:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Изобретение может быть использовано при наплавке рабочих поверхностей деталей металлургического оборудования, к которым предъявляются повышенные требования по твердости и износостойкости. Шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 1-3, 6; хром 6,5-14,0; молибден 5-21; вольфрам 3-24; ванадий 2-6; алюминий 1-4,5; пыль электрофильтров алюминиевого производства 3-15; железо - остальное. Использование шихты обеспечивает высокие механические свойства наплавленного металла, в частности, твердости за счет снижения загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями, повышение устойчивости горения дуги за счет введения элементов, облегчающих ионизацию в столбе дуги, улучшение формирования наплавленного металла, исключение порообразования, а также снижение себестоимости сварочного процесса за счет оптимизации состава шихты и использования отходов производства. 3 табл.

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.%:

Углерод	1-3,6
Хром	6,5-12,0
Вольфрам	6-21
Молибден	8-17
Ванадий	2-6
Алюминий	1-4,5
Кремнефтористый натрий	0,6-3,6
Сера	0,9-3
Кобальт	12-13
Железо	остальное

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.%:

Углерод	1-3,6
Хром	6,5-14,0
Молибден	5-21
Вольфрам	3-24
Ванадий	2-6
Алюминий	1-4,5
Пыль электрофильтров алюминиевого производства	3-15
Железо	Остальное

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

Таблица 1
Химический состав шихты порошковой проволоки
Ингредиенты	Содержание, мас.%
Ингредиенты	Вариант
1	2	3	4	5
Углерод	0,8	1,0	2,8	3,6	4,6
Хром	4,0	6,5	10,2	14,0	16,0
Молибден	3,0	5,0	13,0	21,0	22,0
Вольфрам	2,0	3,0	13,5	24,0	25,0
Ванадий	1,0	2,0	4,0	6,0	6,5
Алюминий	0,6	1,0	2,8	4,5	5,0
Пыль электрофильтров алюминиевого производства	2,5	3,0	9,0	15,0	15,5
Железо	86,1	78,5	44,7	11,9	5,4

Таблица 2
Режимы плазменной наплавки порошковой проволокой
Ток, А	Напряжение, В	Скорость подачи проволоки, см/с	Средняя скорость наплавки, см/с	Шаг наплавки, мм	Расход газов, см³/с
Плазмообразующий, аргон	Защитный, азот
180-200	50-60	0,9	0,48	14	10	34

Таблица 3
Результаты замера твердости наплавленного металла
Номер состава шихты	Твердость HRC	Качество наплавленного металла
После наплавки	После отпуска на вторичную твердость
1	49-51	54-55	Качество неудовлетворительное, значительное количество пор
2	46-47	62-63	Качество хорошее, поры и трещины отсутствуют.
3	46,5-47,5	62,5-64	Качество хорошее, поры и трещины отсутствуют.
4	47-48	63-65	Качество хорошее, поры и трещины отсутствуют.
5	47-48	63,5-65	Качество неудовлетворительное, на поверхности наплавленного металла значительное количество шлаковых включений.

Шихта порошковой проволоки, содержащая углерод, хром, молибден, вольфрам, ванадий, алюминий и железо, отличающаяся тем, что она содержит дополнительно пыль электрофильтров алюминиевого производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод	1-3,6
Хром	6,5-14,0
Молибден	5-21
Вольфрам	3-24
Ванадий	2-6
Алюминий	1-4,5
Пыль электрофильтров алюминиевого производства	3-15
Железо	Остальное,

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.

Похожие патенты:

Шихта порошковой проволоки // 2492981

Флюс для пайки особолегкоплавкими припоями // 2488472

Изобретение относится к пайке, а более конкретно, к флюсам для пайки и лужения особолегоплавкими припоями. .

Металлокерамический припой // 2487000

Изобретение относится к электровакуумной, электронной и электроламповой промышленности. .

Способ пайки сопловых лопаток с охлаждающими отверстиями турбины гтд и защитная паста для использования в этом способе // 2486039

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано при изготовлении и ремонте сопловых лопаток ГТД с дефлектором и охлаждающими отверстиями, расположенными как на пере лопатки, так и на торце бандажных полок, а также при пайке деталей, где требуется строгое ограничение растекания припоя в процессе пайки.

Керамический флюс-добавка // 2484936

Изобретение относится к электродуговой сварке сталей под флюсом, в частности к флюсам, предназначенным для примешивания к плавленым флюсам. .

Сварочная проволока из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки оцинкованного стального листа и способ дуговой сварки оцинкованного стального листа с применением указанной сварочной проволоки // 2482947

Изобретение относится к сварочной проволоке из нержавеющей стали с флюсовым сердечником для сварки стального оцинкованного листа. .

Добавление редкоземельных алюминидов для улучшения рабочих характеристик самозащитных сварочных электродов // 2482946

Порошок для износостойкой индукционной наплавки деталей // 2480317

Изобретение относится к области сварочных материалов, а именно к составу порошковых смесей для индукционных способов наплавки твердых сплавов, и может быть использовано при наплавке деталей машин, работающих в режиме интенсивного абразивного изнашивания, ударных нагрузок и высоких контактных напряжений, в частности рабочие органы почвообрабатывающих машин.

Порошковая проволока для наплавки // 2478030

Изобретение относится к наплавочным материалам, в частности к порошковым проволокам для дуговой наплавки в защитных газах инструмента и деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах.

Флюс для сварки // 2492983

Изобретение может быть использовано при сварке изделий, работающих при отрицательных температурах. Флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: пылевидные отходы производства извести 33,9-44,5, пылевидные отходы производства ферросилиция 20,5-31,1, пылевидные отходы производства алюминия 22-27, жидкое стекло 8-13. Флюс обеспечивает повышение механических свойств сварного шва за счет снижения загрязненности стали неметаллическими включениями, уменьшение содержания газов за счет создания дополнительной газовой защиты в результате окисления углерода, удаление водорода за счет связывания в нерастворимые соединения с фтором, повышение устойчивости горения дуги и качества сварного шва, а также снижение стоимости сварочного процесса за счет использования отходов производства. 1 табл.

Керамический флюс для автоматической сварки и наплавки // 2493945

Изобретение может быть использовано при автоматической сварке или наплавке под флюсом изделий из высоколегированных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса. Керамический флюс содержит компоненты в следующем соотношении, мас.ч.: оксид алюминия, введенный в виде глинозема и/или электрокорунда, 14-27, оксид магния 14-27, оксид натрия 0,1-4.0, оксид калия 0,1-3,0, оксид кремния 14-23, оксид кальция 0,1-6,0, фторид кальция 14-25, алюминиевый порошок 0,1-2,5, оксид циркония 0,1-9,0, оксид хрома 0,1-5,0, феррохром или металлический хром 0,1-4,0, ферромарганец или металлический марганец 0,1-4,0, ферромолибден или металлический молибден 0,1-4,0, силикат натрия - остальное. Отношение содержания оксида кремния к суммарному содержанию оксида алюминия и оксида циркония составляет 0,62-0,99, а отношение содержания оксида кремния к суммарному содержанию оксида магния и оксида натрия составляет 0,7-0,99.

Минеральный сплав для покрытий сварочных электродов // 2497646

Изобретение может быть использовано при получении плавленных сварочных материалов, в частности для основных покрытий сварочных электродов, используемых при электродуговой сварке конструкций из углеродистых и низколегированных сталей в нефтегазовой и других отраслях промышленности. Минеральный сплав содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 38-39, оксид алюминия 22-24, оксид железа (III) 12-14, оксид кальция 10-12, оксид магния 9-10 и оксид натрия и/или оксид калия 3-5. Электроды с приведенным составом минерального сплава позволяют полностью исключить пористость сварного шва при легко отделяемой шлаковой корке, нетоксичны и имеют низкую стоимость. 1 табл.

Электрод для ручной дуговой сварки // 2497647

Изобретение может быть использовано для сварки или наплавки изделий из 13% хромистых сталей, работающих в условиях высоких нагрузок, повышенного износа и коррозионного воздействия. Стержень электрода выполнен из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод не более 0,015, кремний 0,2-0,5, марганец 0,3-0,7, хром 11,5-13,5, никель 1,8-2,5, железо - остальное. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 35-40, двуокись титана 20-30, хром металлический 1-6, кремнефтористый натрий 5-15, никель 2-8, молибден 0,5-4, оксид редкоземельного металла 0,5-6, мрамор - остальное. Жидкое стекло калиево-натриевое к массе сухой смеси 20-28. Электроды обеспечивают высокую стойкость наплавленного металла или металла сварного соединения к образованию холодных трещин и прочностные характеристики наплавленного металла или металла сварного шва на уровне свариваемых 13%-хромистых сталей аустенитно-мартенситного класса при сохранении высоких показателей пластичности и ударной вязкости. 3 табл., 1 пр.

Электродная проволока с перовскитным покрытием // 2499656

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электродной проволоке, применяемой в электродуговой сварке. Для стабилизации дуги и увеличения срока службы контактного конца электродная проволока для использования в электродуговой сварке содержит металлическую основу электродной проволоки и твердый проводник на поверхностях данной металлической основы электродной проволоки. Данный твердый проводник содержит электропроводящее измельченное твердое вещество, состоящее из оксида металла, который сохраняется твердым и не реакционноспособным на воздухе при 1200°C. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил., 5 табл., 3 пр.

Электродное покрытие // 2504465

Изобретение может быть использовано для ручной дуговой сварки деталей и конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей в строительной, нефтегазовой и других отраслях промышленности. Электродное покрытие включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: известняк 29,2-35,8, плавленый компонент 16,4-23,9, рутил или диоксид титана 13,7-14,2, плавиковый шпат 10,8-12,8, полевой шпат 6,8-8,7, ферромарганец 6,9-9,5 и каолин 5,2-6,1. Плавленый компонент представляет собой синтетический минеральный сплав и включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: оксид кремния 38-39, оксид алюминия 22-24, оксид железа (III) 12-14, оксид кальция 10-12, оксид магния 9-10, оксид калия и/или оксид натрия 3-5. Состав электродного покрытия основного типа, разработанный на основе доступного, недефицитного и недорого минерального сырья Пермского края, обеспечивает достаточно высокий уровень сварочно-технологических свойств электродов: легкое зажигание и стабильность горения дуги, полное предотвращение пористости металла сварного шва, получение легкоотделяемой шлаковой корки, качественное формирование сварного шва в различных пространственных положениях. 2 ил., 2 табл.

Состав электродного покрытия для износостойкой наплавки // 2505388

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с интенсивными ударными нагрузками. Покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: карбид титана 9,4-10,0, феррохром 67,0-70,0, графит 3,2-4,0, жидкое стекло 15,0-20,0, соль щелочного металла и карбоксиметилцеллюлозы 0,4-1,0. Состав покрытия обеспечивает повышение его реологических свойств, снижение брака покрытия при производстве, транспортировке и хранении, а также снижение уровня выделения вредных веществ и повышение чистоты наплавленного металла по неметаллическим включениям. 1 табл.

Гранулированный железоалюминиевый термит // 2506147

Изобретение может быть использовано для термитной сварки, а также для получения термитного железа из его оксидов. Железоалюминиевый термит сформирован в виде гранул с использованием нитроцеллюлозы в качестве связующего, при этом он содержит, мас.%: алюминий 21-23, оксид железа 72-74, нитроцеллюлоза 2-6, флюс Nocolok 0,3-1,0. Термит обеспечивает спокойное протекание реакции горения без разброса исходной смеси. Применение нитроцеллюлозы в качестве связующего и флюса Nocolok позволяет улучшить процесс фазоразделения металла от шлака и увеличить выход чистого металла. 2 ил., 1 табл.

Электродное покрытие для износостойкой наплавки // 2506149

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания в сочетании с интенсивными ударными нагрузками. Электродное покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: плавиковый шпат 8,0-10,5, рутиловый концентрат 2,0-3,5, полевой шпат 2,5-3,5, карбид титана 20,5-22,5, графит 2,5,0-4,2, феррохром 16,0-18,0, ферромарганец 1,2-2,5, соль щелочного металла и карбоксиметилцеллюлозы 0,5-1,5, жидкое стекло 15,0-20,0, мрамор - остальное. Состав покрытия обеспечивает повышение его реологических свойств, снижение брака электродов при их производстве, транспортировке и хранении, а также снижение уровня выделения вредных веществ и повышение чистоты наплавленного металла по неметаллическим включениям. 1 табл.

Состав электродного покрытия // 2510317

Изобретение может быть использовано при изготовлении электродов для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Электродное покрытие содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: мрамор 49,5-51,0, плавиковошпатовый концентрат 14,0-16,0, ферромарганец 5,0-7,0, ферросилиций 5,5-7,5, ферротитан 8,0-10,0, кварцевый песок 8,5-9,5, слюда 1,5-2,5, тальк 1,0-2,0, целлюлоза 1,0-1,5 и активированный порошок ферротитана с размером частиц до 25 мкм 0,3-0,5. Технический результат заключается в повышении сварочно-технологических свойств электродов и получении наплавленного металла шва высокого качества. 2 ил., 1 табл., 5 пр.