КОМПОЗИТНЫЙ ЭЛЕКТРОД Российский патент 2002 года по МПК B23K35/30 B23K35/04 

Изобретение относится к области наплавочных материалов и может быть использовано для механизированной наплавки деталей, работающих в условиях трения металла по металлу с абразивной прослойкой, например звеньев гусеничных лент, сегментов направляющих колес, катков землеройных машин и др.

Известны композитные электроды для механизированной сварки, наплавки, содержащие металлическую основу и различные легирующие добавки (см. Т.Г. Кравцов. Электродуговая наплавка электродной лентой. М.: Машиностроение, 1978, с. 5-13; В.А. Роянов. Особенности наплавки под флюсом АН-348А низкоуглеродистой электродной лентой с алюминиевым покрытием. "Автоматическая сварка", 1975, 11, с. 50-52; Н.М. Воропай. Влияние конструкции активированной проволоки на характеристики процесса сварки в углекислом газе. "Автоматическая сварка", 1982, 1, с.44-47; Миличенко С.Л., Быковский О.Г., Гамонов Н.С., Гавров Е.В. Применение композитной проволоки для наплавки легированных сплавов. "Автоматическая сварка", 1979, 1, с.45-47).

При наплавке известными электродами деталей, работающих в условиях трения металл по металлу с абразивной прослойкой, наплавленный слой не обеспечивает достаточной износостойкости вследствие его низкой прочности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является малоуглеродистая стальная лента с нанесенным слоем на одну из ее поверхностей - слоя раскислителя из алюминия массой 6-11% от массы ленты (см. Роянов В.А. Особенности наплавки под флюсом АН-348А низкоуглеродистой электродной лентой с алюминиевым покрытием. "Автоматическая сварка", 1975, 11, с.50-52).

Наплавленный известным электродом металл имеет недостаточную износостойкость из-за низкого уровня легирования вследствие повышенной доли участия в его составе основного металла, низкой прочности твердого раствора и высокой склонности к трещинообразованию, т. к. наличие на поверхности ленточного электрода электропроводящего алюминиевого покрытия увеличивает его сечение, что приводит к повышению величины сварочного тока для его расплавления и, как следствие, к увеличению глубины проплавления основного металла.

Низкая прочность твердого раствора и склонность к трещинообразованию обусловливается наличием по границам зерен ликвационных прослоек, содержащих окислы кремния и алюминия.

Задачей изобретения является повышение износостойкости наплавленного металла и снижение его склонности к трещинообразованию.

Поставленная задача решается тем, что в композитном электроде для механизированной наплавки, состоящем из стальной малоуглеродистой основы и присадки, содержащей алюминий, присадка дополнительно содержит хром и никель при следующем соотношении компонентов электрода, мас.%:
Алюминий - 12-15
Хром - 0,5-0,9
Никель - 0,3-0,4
Стальная малоуглеродистая основа - Остальное
В частных случаях задача решается тем, что электрод предназначен для механизированной наплавки под слоем флюса на основе оксидов кремния и марганца.

Основа электрода может иметь форму ленты, трубки; алюминий, хром, никель могут быть нанесены на основу в виде газотермических, гальванических покрытий или проволок, закрепленных на ней сваркой или механическим путем. Наиболее оптимальным представляется выполнение электрода трубчатым посредством механического обжатия ленты, что позволяет надежно закрепить в его внутренней полости алюминий, хром, никель, которые введены в виде проволок. Так как сварочный ток в основном протекает по трубчатой стальной оболочке, то снижается токовая нагрузка на электрод, происходит спонтанное перераспределение теплового баланса сварочной дуги на плавление присадки (алюминия, хрома, никеля) и дополнительных объемов флюса, что приводит к увеличению коэффициента перехода кремния и марганца из флюса в наплавленный металл за счет повышенного уровня концентрации реагирующих компонентов при раскислении алюминием оксидов кремния и марганца. Легирование наплавленного металла хромом, никелем расширяет γ- область, упрочняет твердый раствор его основы, тем самым снижая склонность металла к трещинообразованию и повышая износостойкость. Кроме того, хром легирует силициды железа (Fe₃Si, FeSi), повышая усталостную и коррозионную прочность.

Предельные значения вводимых компонентов определены экспериментально.

В лабораторных условиях на образцы из стали Ст.3 размером 20х150х300 мм наплавлялся слой металла электродуговым механизированным методом под слоем флюса АН-47 проволоками, составы которых приведены в табл. 1, на следующем режиме:
Сила тока, А - 400-450
Напряжение на дуге, В - 30-32
Род тока - Постоянный
Полярность - Обратная
Скорость наплавки, м/ч - 20-25
Диаметр проволоки, мм - 4,5
Для сравнения производилась также наплавка известным электродом (см. Роянов В.А. Особенности наплавки под флюсом АН-348А низкоуглеродистой электродной лентой с алюминиевым покрытием. "Автоматическая сварка", 1975, 11, с. 50-52) на следующем режиме:
Сила тока, А - 680-700
Напряжение на дуге, В - 30-32
Скорость наплавки, м/ч - 10-11
Сечение электрода, мм - 40х0,5
При этом по известным методикам определяли износостойкость наплавленного слоя относительно закаленной стали 45 в условиях трения металла по металлу с абразивной прослойкой, его склонность к образованию горячих трещин. Результаты испытаний (средние) приведены в табл. 2.

Проведенные испытания показали, что состав электрода в указанных пределах обеспечивает однородный наплавленный металл, имеющий высокую износостойкость и низкую склонность к образованию горячих трещин, и имеет преимущество перед известным.

При введении компонентов в запредельных значениях свойства наплавленного металла ухудшаются. Это объясняется тем, что никель в запредельных концентрациях способствует росту аустеничного зерна, что приводит к снижению износостойкости наплавленного металла. Повышение содержания хрома усугубляет структурную неоднородность металла вследствие образования неметаллических включений (Cr₂O₃, CrO) по границам зерен, блоков.

Использование предлагаемого композитного электрода обеспечивает по сравнению с известным следующие преимущества: снижение склонности наплавленного металла к трещинообразованию в 11 раз, повышение износостойкости в 1,5 раза.

Изобретение относится к области сварочного производства, в частности к электродуговой механизированной наплавке, и может быть применено для упрочнения плоских и цилиндрических поверхностей деталей, работающих в условиях трения металла по металлу с абразивной прослойкой, например звеньев гусеничных лент, сегментов направляющих колес, катков землеройных машин и др. Композитный электрод состоит из стальной малоуглеродистой основы и присадки, содержащей алюминий, хром и никель при следующем соотношении компонентов электрода, мас. %: алюминий 12-15, хром 0,5-0,9, никель 0,3-0,4, стальная малоуглеродистая основа остальное. Техническим результатом является снижение склонности к образованию горячих трещин и повышение износостойкости наплавленного металла. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Композитный электрод для механизированной наплавки, состоящий из стальной малоуглеродистой основы и присадки, содержащей алюминий, отличающийся тем, что присадка дополнительно содержит хром и никель при следующем соотношении компонентов электрода, мас.%:
Алюминий - 12-15
Хром - 0,5-0,9
Никель - 0,3-0,4
Стальная малоуглеродистая основа - Остальное
2. Электрод по п.1, отличающийся тем, что предназначен для механизированной наплавки под слоем флюса на основе оксидов кремния и марганца.