СВАРОЧНАЯ АКТИВИРОВАННАЯ ПРОВОЛОКА Российский патент 2007 года по МПК B23K35/365 B23K35/04 

Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при сварке и наплавке металлических деталей в среде защитного газа.

Известна электродная проволока (Патон Б.Е., Воропай Н.М., Бучинский В.Н., Козлов Е.И., Фенев С.В. Авторское свидетельство СССР № 671960, В 23 К 35/02 от 01.12.77 г.), поверхность которой выполнена с микронеровностями, впадины которых содержат активирующий флюс. Внедрение флюса во впадины микронеровностей позволяет улучшить электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком сварочной горелки при механизированной сварке. Однако для формирования микронеровностей требуется механическая или химическая обработка, что увеличивает трудоемкость изготовления проволоки. Активирующий флюс распределен неравномерно по поверхности проволоки, что может приводить к нестабильному поступлению флюса в зону горения дуги.

Известен активирующий материал, на поверхности которого размещается композиционное покрытие из смеси активирующего флюса и металлического порошка (см. SU 647078 А1, МПК В 23 К 9/16, 15.02.1979 г.). Данное покрытие позволяет увеличить электрическую проводимость покрытия и улучшить протекание тока через покрытие от токоподводящего мундштука сварочной горелки при механизированной сварке. Однако покрытие не имеет прочного сцепления с поверхностью проволоки, что может приводить к его отслаиванию и нестабильной подаче проволоки через токоподводящий мундштук сварочной горелки.

Известен активирующий материал для сварки и наплавки (см. Паршин С. Г., Паршин С.С. RU 2226144 С1, МПК В 23 К 35/02, 27.03.2004 г.), который принят за прототип. Данный материал состоит из проволоки, на поверхность которого нанесен композиционный слой, состоящий из смеси активирующего флюса и связующего полимера. Данное покрытие обеспечивает эффективное воздействие на дугу активирующих компонентов покрытия, которое выражается в увеличении глубины проплавления металла и улучшении качества сварного шва. Однако композиционное покрытие не является электропроводным, что затрудняет применение данной проволоки при механизированной сварке.

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. В отличие от прототипа активирующий флюс находится в составе покрытия, 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. Перед нанесением композиционного покрытия на проволоку может наноситься промежуточное покрытие. Промежуточное покрытие наносится любым известным способом и состоит из металла без активирующего флюса. Данное покрытие улучшает адгезионную способность внешнего композиционного покрытия и снижает переходное электросопротивление между покрытиями и проволокой. Композиционное покрытие имеет следующее соотношение объемов металлической матрицы и дисперсии флюса, об.%:

Металлическая матрица 60...95

Активирующий флюс 5...40

При объеме флюса менее 5% от всего объема композиционного покрытия отсутствует воздействие флюса на дугу, а при содержании более 40% от объема снижается прочность покрытия. На поверхность композиционного покрытия может наноситься внешнее металлическое покрытие. Данное металлическое покрытие уменьшает шероховатость композиционного покрытия и снижает переходное электросопротивление между проволокой и токоподводящим мундштуком сварочной горелки.

Такое сочетание известных и новых признаков позволяет увеличить глубину проплавления металла и улучшить капельный переход. Это становится возможным, поскольку композиционное покрытие содержит активирующий флюс, который контрагирует дугу и снижает межфазное натяжение металла. Дисперсия активирующего флюса распределена равномерно в объеме металлической матрицы, поэтому композиционное покрытие обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью [см. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. М., Химия, 1990 г., 239 с.]. Это позволяет обеспечить надежный электрический контакт с токоподводящим мундштуком горелки при длительном протекании сварочного тока большой величины.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показан вид проволоки с металлическим и композиционным покрытием. Предлагаемая проволока состоит из металлического стержня 1, на котором располагается композиционное покрытие 2, состоящее из металлической матрицы 3 с равномерно распределенным по объему матрицы активирующим флюсом 4. Перед нанесением композиционного покрытия на поверхность сварочной проволоки может наноситься внутреннее металлическое покрытие 5. После нанесения композиционного покрытия на его поверхность может наноситься внешнее металлическое покрытие 6.

Цель изобретения достигается тем, что на поверхность сварочной проволоки электролитическим способом наносят композиционное покрытие, состоящее из смеси металла (металлической матрицы) и 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.

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 сварочную проволоку 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. Сварочную проволоку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При действии поляризационных сил на поверхности сварочной проволоки 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 10...100 мкм с равномерно распределенным по объему активирующим флюсом. Для нанесения внутреннего и внешнего металлического покрытия используется электролит без активирующего флюса. После нанесения покрытий проволока сушится и сматывается в бухты для применения при механизированной или автоматической сварке.

В качестве примера применения предлагаемой проволоки можно привести наплавку активированной проволокой на пластины из стали Ст3сп толщиной 10 мм. Омедненные сварочные проволоки Св-08ХМФА диаметром 2 мм и Св-08Г2С диаметром 1,6 мм помещали в электролитическую ванну, содержащую смесь медьсодержащего электролита и мелкодисперсного порошка активирующего флюса из СаСО₃ и NaF. При выдержке проволоки в течение 2 часов на поверхности образовалось композиционное покрытие толщиной 50 мкм, состоящее из медной матрицы и активирующего флюса. Полученную активированную проволоку испытывали при электродуговой наплавке пластин в среде аргона и углекислого газа. Среднюю глубину проплавления Н_пр определяли по поперечным макрошлифам. При сварке в среде аргона при обратной полярности Н_пр увеличилась в 1,6...1,9 раза, при прямой полярности в 1,4...1,8 раза, см. табл.1. При сварке в среде углекислого газа Н_пр при обратной полярности уменьшилась в 1,1...1,2 раза, при прямой полярности в 1,1 раза.

Таблица 1
Средняя глубина проплавления при наплавке проволокой Св-08ХМФА ⊘ 2 ммФлюсПолярностьН_пр, мм при силе тока, А в среде аргонаН_пр, мм при силе тока, А в среде углекислого газа120160200120160200Без флюсаобратная1,71,92,22,52,93,3прямая1,31,51,82,22,42,7СаСО₃обратная2,83,23,72,12,32,6прямая2,42,83,21,92,12,3NaFобратная33,64,22,42,62,9прямая2,32,73,122,42,8

Капельный переход оценивали по массе капель при наплавке на графитовую пластину, см. табл.2. При сварке в среде аргона при обратной полярности масса капель уменьшилась в 1,5...2,4 раза, при прямой полярности в 1,2...2,8 раза, см. табл.2. При сварке в среде углекислого газа при обратной полярности масса капель уменьшилась в 7...12 раза, при прямой полярности в 9...13 раз, что позволило обеспечить устойчивый струйный перенос электродного металла.

Таблица 2
Средняя масса капель при плавлении проволок Св-08Г2С ⊘ 1,6 ммФлюсПолярностьМасса, мг при силе тока, А в среде аргонаМасса, мг при силе тока, А в среде углекислого газа120 А200 А300 А120 А200 А300 АБез флюсаобратная17775291128262прямая9850221218282СаСО₃обратная75401816*прямая421810*NaFобратная115653516033*прямая35221824*^* - устойчивый струйный перенос

Таким образом, предлагаемая активированная 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.

Изобретение может быть использовано при сварке и наплавке металлических деталей в среде защитного газа. Активированная проволока для сварки и наплавки содержит металлический стержень и нанесенное на него композиционное покрытие с активирующим флюсом. Покрытие выполнено в виде электролитически полученного микрокомпозита, включающего металлическую матрицу с равномерно распределенной в ней дисперсной фазой из порошка активирующего флюса при следующем соотношении объемов металла и активирующего флюса, об.%: металл 60...95; активирующий флюс 5...40. Проволока может дополнительно содержать металлическое покрытие, нанесенное на поверхность металлического стержня, и/или металлическое покрытие, нанесенное на поверхность композиционного покрытия. Композиционное покрытие обеспечивает хороший электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком горелки и эффективное воздействие на дугу активирующих компонентов, которые контрагируют дугу и увеличивают ее проплавляющую способность. Композиционное покрытие способствует улучшению капельного перехода электродного металла в сварочную ванну и препятствует коррозии сварочной проволоки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Сварочная активированная проволока для сварки и наплавки, содержащая металлический стержень и нанесенное на него композиционное покрытие с активирующим флюсом, отличающаяся тем, что покрытие выполнено в виде электролитически полученного микрокомпозита, включающего металлическую матрицу с равномерно распределенной в ней дисперсной фазой из порошка активирующего флюса при следующем соотношении объемов металла и активирующего флюса, об.%:

Металл60...95Активирующий флюс5...40