СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ Российский патент 1996 года по МПК B23K35/40 

Изобретение относится к способам изготовления порошковых проволок различного уровня легирования, предназначенных для сварки и наплавки конструкций, главным образом, из средне- и высоколегированных сталей.

В известных существующих способах изготовления порошковых проволок предусматривается профилирование стальной холоднокатаной ленты в желоб в профилегибочном устройстве с засыпкой в него предварительно смешенной готовой шихты из легирующих и шлаковых компонентов и последующее волочение закрытого желоба на многократном волочильном стане до заданного диаметра.

Опыт применения среднелегированных и высоколегированных порошковых проволок, изготовленных по указанному способу, свидетельствует, что они часто не обеспечивают стабильного качества сварных соединений. При этом нестабильность и невоспроизводимость получаемых служебных свойств металла шва бывает весьма значительной (разброс значений может достигать 40% и более). Это приводит к существенному, часто недопустимому ухудшению качества сварных соединений.

По этой причине применение таких проволок для сварки ответственных конструкций сильно ограничено, а в ряде случаев их использование становится невозможным. В наибольшей мере это относится к средне- и высоколегированным проволокам бейнитно-мартенситного и аустенитного класса с большим уровнем легирования. Это связано с тем, что, как показали исследования, при сварке комплекснолегированными проволоками с большим количеством и номенклатурой легирующих металлических компонентов в их шихте, изготовленными по известным способам, имеет место нестабильность свойств металла швов. При этом замечено, что степень нестабильности повышается как с увеличением суммарного содержания легирующих добавок в шихте, так и с ростом количества используемых компонентов.

Исследования показали, что нестабильность свойств металла шва свидетельствует о его химической неоднородности, связанной, в основном, с сепарацией компонентов шихты порошковой проволоки на стадии ее подготовки и в процессе дозирования при заполнении желоба. При этом установлено, что степень сепарации компонентов готовой шихты определяется не только соотношением насыпных весов шлакообразующих и металлических компонентов, но и зависит от гранулометрического состава и соотношения уровней их концентраций.

Задача изобретения устранение сепарации шихты и, следовательно, повышение стабильности служебных свойств металла шва и сварных соединений.

Это достигается за счет уменьшения степени сепарации компонентов шихты путем установления в ней оптимальных соотношений концентраций и насыпных весов металлических и шлакообразующих компонентов, а также соотношения размеров их частиц.

Установлено, что уменьшение гранулометрического состава шлакообразующих компонентов, а также снижение их общего количества по отношению к легирующим компонентам значительно снижает, а в ряде случаев практически устраняет сепарацию шихты на стадии ее дозирования в профилированный желоб порошковой проволоки.

Кроме того экспериментально установлено, что в еще большей мере снизить степень сепарации шихты в процессе ее приготовления можно путем двухэтапной ее подготовки. Последнее заключается в том, что сначала по отдельности смешиваются металлические компоненты и отдельно шлакообразующие, а затем производится их совместное перемешивание. Причем наилучший результат достигается при строго определенном соотношении смешиваемых металлической и шлакообразующей частей шихты исходя из их усредненных насыпных весов.

Стабильные и высокие свойства наплавленного металла шва в очень широком диапазоне его легированности достигаются при отношении значения усредненного насыпного веса всех металлических порошков к усредненному насыпному весу всех шлакообразующих компонентов, равном 1-6, и при отношении соответствующих размеров их частиц, равном 2-12. При этом отношение концентраций металлических компонентов к шлакообразующим должно составлять 6-14.

Установленные соотношения содержания компонентов и размеров их частиц позволяют после перемешивания готовой шихты получать равномерное распределение мелких частиц шлакообразующих компонентов между более крупными металлическими частицами, при котором более тяжелые металлические компоненты соприкасаются между собой. Это значительно снижает, а в ряде случаев полностью исключает сепарацию компонентов.

При отношении насыпных весов металлической составляющей шихты к шлакообразующей менее 1 металлические частицы уже не соприкасаются между собой и наблюдается сепарирование шихты, увеличивающееся по мере уменьшения этого соотношения. В то же время при отношении насыпных весов металлической к шлакообразующейся части шихты более 6 затрудняется процесс волочения, происходит разрыв проволоки, что связано с нехваткой шлакообразующих компонентов, необходимых для обеспечения требуемого обжатия. При этом также существенно ухудшаются сварочно-технологические характеристики проволок в части формирования валиков и снижаются пластические и вязкие свойства швов в силу недостатка шлака, предотвращающего взаимодействия жидкой сварочной ванны с атмосферой воздуха (происходит насыщение швов азотом и кислородом).

Аналогично насыпным весам уменьшение отношения суммарных концентраций всех металлических компонентов ко всем шлакообразующим менее 6 приводит к повышенной сепарации шихты, а превышение этого отношения более 14 не позволяет изготовить проволоку из-за частых разрывов при ее волочении.

При указанных соотношениях насыпных весов и весовых концентраций уменьшение соотношения размеров металлической фракции шихты к шлакообразующей менее 2 приводит к нарушению контактов металлических частиц между собой и увеличению степени сепарации компонентов готовой шихты. Стабильность свойств наплавленного металла шва при этом заметно снижается.

Увеличение в шихте порошковой проволоки соотношения размеров частиц более 12 приводит к повышению склонности швов к образованию пор, а при сварке среднелегированными высокопрочными проволоками к увеличению трещинообразования сварных соединений, вызванному водородным охрупчиванием. Это связано с тем, что с чрезмерным уменьшением размера шлаковых компонентов резко увеличивается их удельная поверхность и, как следствие, значительно повышается гигроскопичность шихты вследствие адсорбции влаги.

Требуемые размеры частиц получаются при размоле и просеве компонентов через определенные сита, а необходимые соотношения путем отдельного взвешивания всех металлических и всех шлакообразующих компонентов с последующим их смешиванием в соответствии с требуемым соотношением их насыпных весов и весовых долей (концентраций).

Изготовленные по такому способу среднелегированные и высоколегированные порошковые проволоки обеспечивают стабильное качество наплавленного металла и обладают достаточно высокими сварочно-технологическими характеристиками. При этом сварные соединения, выполненные такими порошковыми проволоками, по стабильности и качеству не уступают, а в ряде случаев превосходят соединения, выполненные сварочными проволоками сплошного сечения аналогичного химического состава.

На практике реализация данного способа производится обычно следующим образом.

Выбор всех оптимальных параметров шихты порошковой проволоки производится при отработке состава проволоки. Регулирование соотношения гранулометрических составов компонентов осуществляется соответствующим размолом и просевом через сита, а соотношение металлической части к шлакообразующей регулируется добавкой железного порошка к металлической части и выбором количества шлакообразующих компонентов.

В табл. 1 и 2 приведены результаты испытания многослойного металла шва, выполненного порошковыми проволоками аустенитного (тип шва 06ХНГ22НМ2Т) и бейнитно-мартенситного (тип шва 08ХГ2СНМ) классов, в шихтах которых отношение суммарного содержания металлических компонентов к шлакообразующим в весовых долях взято равным 6-14 при соответствующем отношении их насыпных весов в пределах 1-6, а отношение размеров их частиц составляет 2-12 (варианты 1-4).

Для сравнения приведены результаты испытаний металла швов, наплавленного порошковыми проволоками с запредельными значениями предлагаемых параметров шихты (варианты 5 и 6), а также прототипа с аналогичным процентным содержанием легирующих элементов, изготовленного по известному способу.

Приведенные данные наглядно свидетельствуют о преимуществах предлагаемого способа изготовления порошковых проволок.

Из табл. 1 и 2 видно, что при сварке проволоками, изготовленными по известному способу и с отклонениями от предлагаемых параметров, металл швов имеет значительно больший разброс свойств по сравнению с проволоками, изготовленными по предлагаемому способу (практически в 2-4 раза).

Предлагаемый способ изготовления порошковой проволоки прошел многократную лабораторную проверку при изготовлении средне- и высоколегированных порошковых проволок различных систем легирования и опытную проверку при сварке жестких натурных образцов. Испытания показали, что опытные проволоки, изготовленные по предлагаемому способу, обеспечивают стабильное и требуемое качество металла швов и сварных соединений.

Применение предлагаемого способа изготовления порошковых проволок позволит расширить область их применения, улучшить и стабилизировать качество сварных соединений и тем самым повысить эксплуатационную работоспособность сварных конструкций, особенно из высокопрочных легированных сталей, а также получить за счет этого значительный экономический и служебный эффект.

Использование: изготовление порошковой проволоки различного уровня легирования. Сущность изобретения: шихтовые компоненты подбирают по размерам частиц, выдерживая отношение размеров частиц металлических компонентов к шлакообразующим в пределах 2 - 12. Смешивают отдельно все металлические и все шлакообразующие компоненты, определяя насыпные веса этих смесей. Готовую шихту получают путем последующего смешивания этих смесей. При этом выдерживают соотношение насыпных весов смесей металлических и шлакообразующих компонентов в пределах 1 - 6, а соотношение их весовых долей в пределах 6 - 14. Способ исключает сепарацию компонентов шихты и позволяет стабилизировать свойства сварного соединения. 2 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ, при котором формуют из металлической ленты желоб, заполняют его шихтой из металлических и шлакообразующих компонентов, формируют трубку и производят многократное волочение до заданного диаметра, отличающийся тем, что размеры частиц металлических и шлакообразующих компонентов подбирают в соотношении 2-12, металлические и шлакообразующие компоненты смешивают отдельно, а затем совместно, при этом выдерживают соотношение насыпных весов смесей металлических и шлакообразующих компонентов в пределах 1-6, а их весовых долей в пределах 6-14.