Гибкий материал для сварки и наплавки Советский патент 1992 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке и нанесению износостойких покрытий, в частности к сварочным материалам, предназначенным для этой цели.

Целью изобретения является повышение гибкости материала, изготовленного в

виде проволоки с покрытием, в состав которого входят основные сварочные компоненты в виде металлических порошков. Материал должен быть достаточно гибким для наматывания на катушку при одновременном повышении качества наплавленного металла. Материал используется преимущественно в процессах сварки наплавки, осуществляемых при помощи газовой горелки,

Предлагаемый материал очень гибок, но несмотря на гибкость настоящий состав можно перегружать и транспортировать без специальных мер предосторожности и в нем нет трещин при нормальном обращении и использовании. Наличие таких трещин нежелательно, так как это приводит к образованию неровностей в наносимом на поверхность износостойком покрытии.

Основная трудность в достижении гибкости, достаточной для намотки и размотки, заключается в том, что основные сварочные компоненты включены в наружное покрытие материала, металлический сердечник которого выполнен тонким, а покрытие довольно толстым.

Изобретение также сводит к минимуму нежелательное воздействие металлического сердечника на состав. Обычно металлический сердечник плавится при значительно более высокой температуре по сравнению со смесью, окружающей состав. При ис- пользовании состава изобретения можно уменьшить диаметр сердечника, так что сердечник не будет мешать процессу нанесения сварочного или износостойкого покрытия.

Материал может формоваться с помощью процесса экструзии, при этом абра- зивностойкий компонент является частью покрытия, наносимого на металлическую проволоку. Таким образом материал может изготавливаться в виде длинных отрезков материала, который легко наматывается на кагушку и транспортируется. При использовании состав разматывается с катушки и наносится на поверхность, обычно с исполь- зеванием сварочной горелки, Не требуется сварка вместе коротких отрезков или выбрасывание неиспользованных концов.

Предлагаемый материал, предназначенный для сварки или для наплавки абра- „ ивиостойкого материала на поверхность детали содержит металлическую проволоку, с нанесенным на нее покрытием, включающим основные сварочные компоненты в виде порошка и связующее. Связующий компонент содержит органическое связующее, по меньшей мере пластификатор, при этом стержень формуется в виде непрерывного длинного отрезка, который характеризуется достаточной гибкостью для на- матывания или разматывания с катушки. Предназначенные для нанесения материалы включают частицы карбида вольфрама и частицы сплава, температура плавления которого меньше температуры плавления карбида вольфрама. Сплав содержит хром, кремний и бор, остальное никель. Частицы сплава предпочтительно являются круглыми. Другими словами, частицы сплава не должны иметь большое количество острых кромок.

Органическое связующее представляет собой порошок, который при поглощении растворителя принимает форму, которая связывает частицы основных сварочных компонентов, что позволяет экструдировать всю смесь. Используется такой растворитель, который не испаряется слишком быстро при нормальных температурных условиях, а остается в связующем до тех пор, пока не удаляется нагревом после завершения экструзии.

Пластификатором может быть вещество, которое делает смесь однородной и предотвращает хрупкость состава после высыхания и экструзии. Пластификатор обеспечивает гибкость готового продукта, достаточную для наматывания на катушку диаметром в несколько десятков сантиметров. Таким пластификатором может быть во- дорастворимая жидкость, например глицерин, гликоль или триэтаноламин. Пластификатор остается в экструдированном продукте после высыхания, обеспечивая необходимую гибкость продукта.

При изготовлении материала частицы карбида вольфрама, частицы никелевого сплава, органическое связующее и пластификатор смешиваются вместе с соответствующим растворителем. Смесь экструди- руется по непрерывному отрезку проволоки. Затем производится сушка в печи, где удаляется растворитель. Затем просушенный материал сматывается в бухты для дальнейшего использования.

Материал может использоваться для нанесения покрытия на поверхность с помощью сварочной горелки, Никелевый сплав, температура плавления которого ниже температуры плавления карбида кремния, подается на покрываемую поверхность и переносит с собой частицы карбида кремния. Частицы карбида не расплавляются во время процесса сварки. Таким образом аб- разивностойкое покрытие содержит частицы карбида вольфрама, вкрапленные в охлажденный никелевый сплав. Следовательно, сплав используется в качестве припоя для карбида вольфрама. Органическое связующее и пластификатор выгорают во время сварки.

Целью изобретения является создание состава, который включает абразивностой- кий материал и может использоваться для нанесения покрытия с помощью сварки.

На фиг. 1 представлен отрезок предлагаемого материала после намотки на катушку; на фиг. 2 - сечение материала, показывающее частицы карбида вольфрама и никелевого сплава, содержащиеся в органическом связующем, нанесенном на провод; на фиг. 3 - схема станка для изготовления материала.

Для изготовления материала 1 покрытие наносится на непрерывную металлическую проволоку 2, которая придает определенную жесткость всему материалу.

Частицы карбида вольфрама 3 и никелевого сплава 4 содержатся в массе 5 органического связующего и пластификатора. Именно частицы карбида вольфрама и сплава образуют абразивностойкий материал, который наносится на поверхность. При таком нанесении карбид вольфрама и сплав не перемешивается однородно. Вместо этого частицы карбида вольфрама концентрируются в различных точках в слое частиц сплава, при этом сплав является носителем и припоем для карбида вольфрама.

Как показано на фиг. 1, материал 1 может наматываться вокруг оси на катушку (не показана) диаметром порядка несколько десятков сантиметров.

Частицы 4 сплава показаны на фиг, 2 в виде сфер. На практике эти частицы не являются идеальными сферами. Но желательно, чтобы по меньшей мере 30 об.% частиц состава не имели острые края. Частицы карбида вольфрама показаны с острыми кромками. В общем основная часть частиц карбида вольфрама будет иметь острые кромки, так как трудно получить такие частицы с закругленными кромками.

Размер частиц карбида вольфрама должен составлять примерно 0,04-5,00 мм в диаметре. Диаметр частиц сплава должен быть менее примерно 0,15 мм. Частицы карбида вольфрама могут быть значительно больше частиц сплава. Имен но частицы карбида вольфрама придают твердость абра- зивностойкому покрытию.

Установлено, что если значительное количество частиц карбида вольфрама, примерно более 20 мас.%, меньше 0,04 мм, полученный продукт будет иметь неудовлетворительное качество. Если частицы слишком маленькие, эффективная площадь поверхности частиц карбида вольфрама значительно увеличивается и стимулирует реакции между никелевым сплавом и карбидом вольфрама. Эти реакции делают никелевый сплав более хрупким.

Если имеются только очень крупные частицы, эффективная концентрация карбида снижается и абразивная стойкость состава

ухудшается. Другими словами, при использовании очень маленьких частиц карбида получается изделие более низкого качества. Хотя значение придается тому, чтобы

частицы не были слишком маленькими, эти частицы не должны быть и слишком большими. Если диаметр больше примерно 5 мм, состав не поддается экструдированию на проволоку.

0 Диаметр проволочного сердечника должен быть значительно меньше всего состава. Следовательно, если наружный диаметр состава составляет 5-10 мм, то диаметр сердечника должен быть меньше примерно 1,5

5 мм. Необходимо, чтобы основная часть объема состава была занята элементами, которые образуют абразивностойкое покрытие, а не компонентами, которые плавятся при более высокой температуре по сравнению с

0 порошком сплава, смешанным с карбидом вольфрама. Проволочный сердечник используется только для образования каркаса, вокруг которого формуются другие компоненты. Проволочный сердечник, который

5 должен изготавливаться из легко деформируемого металла, всегда плавится при более высокой температуре по сравнению с температурой плавления никелевого сплава. Органическое связующее предназначе0 но главным образом для удержания частиц абразивност9йкого покрытия на проволоке и для того, чтобы покрытие можно было экс- трудировать. Поэтому связующее должно иметь достаточную прочность при изгибе

5 для удержания металлических компонентов, при этом его количество и качество дол- жны выбираться таким образом, чтобы частицы сплава и карбида вольфрама не выдувались при нанесении материала на по0 верхность с использованием сварочной горелки. Именно связующее обеспечивает придание гибкости, что позволяет наматывать состав в виде бухты, и достаточной прочности при растяжении для предотвра5 щения растрескивания состава.

Соединения, которые можно использовать в качестве органического связующего, включают гидроксиэтил метил целлюлозу, галактоманозу или карбоксиметилцеллюло0 зу или их комбинацию. Наилучшие результаты получаются при использовании оксиэтилметилцеллюлозы, которая позволяет получить наилучшее соотношение между различными требованиями к

5 связующему.

Сплав, который смешивается с частицами карбида вольфрама, должен предпочтительно содержать примерно 0,1-4,0% кремния, 0,6-4,0% бора; 0-16% хрома; остальное никель.

П р и м е р. Использована смесь, содержащая примерно 60-68% карбида вольфрама. Никелевый сплав содержит примерно 1,5% кремния; 1,5% бора и 7% хрома, остальное никель. Этот сплав составляет при- мерно 32-40 общего веса смеси. Органическим связующим является гидроксиэтил- метилцеллюлоза в количестве 0,5-1,7%. Пластификатором является глицерин в количестве 0,2-11 %. Вода добавляется в коли- честве 2-10% от общего количества, при этом это количество выбирается таким образом, чтобы связующее способствовало экструзии смеси. Количество каждого компонента должно регулироваться в пределах указанных диапазонов таким образом, чтобы общее количество составило 100%.

Температура плавления сплава составляет примерно 1000°С. Следовательно, при нормальных условиях сварки карбид вольф- рама не плавится, а наносится на покрываемую поверхность в твердом виде, при этом частицы переносятся сплавом. Предпочтительно, чтобы температура плавления сплава была меньше примерно 1100°С.

Органическое связующее, которое вначале имеет форму порошка, перемешивается с частицами карбида вольфрама, сплава и растворителем и пластификатором. Затем смесь экструдируется вокруг непрерывного проволочного сердечника. После этого изделие просушивается на стадии нагрева в лечи для устранения остаточных количеств растворителя. В качестве растворителя можно использовать воду, спирт или любое другое подходящее вещество.

На стадии нагрева подается значительное количество тепла для удаления растворителя, но недостаточное для удаления связующего или пластификатора. Необхо- димо, чтобы связующее и пластификатор оставались в готовом материале после сушки и чтобы удалялся только растворитель. Наличие связующего и пластификатора обеспечивает гибкость продукта, который может легко наматываться на катушку и который не трескается при хранении, транспортировке или перегрузках.

Материал изготавливают с помощью установки для нанесения покрытия на элект- роды, которая поставляется фирмой Оерликон, Швеция. Эта установка включает катушку 6 с проволокой 2, механизм 7 подачи проволоки, обмазочный пресс 8 с поршнем 9 и головкой 10 для выдавливания массы 11. На выходной стороне установки имеется другое устройство для приема экс- трудированного изделия и его намотки на выпускную катушку 12. Выпускная катушка 12 должна протягивать проволоку через станок таким образом, что к проволоке прилагались соответствующие растягивающие усилия.

Соответствующие растягивающие усилия создаются приводными средствами 13, прилагающими постоянный крутящий момент к выпускной катушке 12. Согласно первому варианту осуществления изобретения проволока 1 с покрытием растягивается между катушкой 12 и головкой 10. Согласно второму варианту осуществления изобретения проволока с покрытием свободно протянута между катушкой 12 и головкой 10. В обоих вариантах осуществления скорость перемещения регулируется механизмом 7 для вытягивания сердечника.

Проволока выполняется из легко деформируемого металла. Успешно используется частично тянутая проволока. Необходимо, чтобы готовый материал сохранял определенную степень эластичности, так что при приложении механических усилий эти усилия распределяются по длине материала, предотвращая образование изгибов или трещин. Другими словами при разматывании с катушки предлагаемый материал должен сохранять дугу и не должен быть таким мягким, чтобы образовывать провесы. Изгибы и трещины могут привести к дефектам покрытия и, следовательно, должны предупреждаться.

Округлость частиц сплава или по меньшей мере отсутствие большого количества острых кромок является важным отличительным признаком состава. Округлость частиц способствует гибкости состава и облегчает его экструзию. По мере увеличения доли круглых частиц в сплаве может быть снижено количество пластификатора и органического связующего, соответственно. И наоборот, при слишком низкой доле круглых частиц требуется увеличивать количество органических связующих и пластификатора. Если все частицы были бы круглыми, можно было полностью отказаться от использования пластификатора.

Органическое связующее должно использоваться в таком количестве, чтобы можно было облегчить экструзию и улучшить механические свойства проволочного стержня, но его доля также должна быть достаточно небольшой для предупреждения выдувания частиц сварочным пламенем. Необходимо, чтобы компоненты состава не выдувались, а оставались вместе для их расплавления в расплавленной или полурасплавленной капле для нанесения заданной смеси на покрываемую поверхность. Использование органического связующего в количестве 0,5-1,7% дает самые лучшие результаты,

Используется такое органическое связующее, которое может поглощать количество жидкости, превышающее его по весу в пять раз. Это обеспечивает облегчение экструзии и после просушивания состава усадка связующего соединяет частицы состава вместе, улучшая таким образом свойства готового материала.

Желательно, чтобы органические связующие при сжигании во время сварки образовывали только безвредные побочные продукты, например воду и двуокись углерода. Рассмотренные связующие имеют такие преимущества. Следовательно, предлагаемый состав также улучшает рабочие условия при сварке. Длина проволочного стержня может подбираться в очень широком диапазоне, например, от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Формула изобретения

1. Гибкий материал для сварки и наплавки, выполненный в виде металлической проволоки, на которую нанесено покрытие, содержащее основные сварочные компоненты в виде металлического порошка, органическое связующее на основе целлюлозы и пластификатор, отличающийся тем, что, с целью повышения гибкости материала и качества наплавленного металла, покрытие содержит связующее из группы, содержащей оксиэтилметил- целлюлозу, галактоманозу и карбоксиме- тилцеллюлозу в количестве 0,5-1,7% от массы покрытия, а пластификатор выбран из группы, содержащей глицерин, гликоль, триэтаноламин, и содержится в количестве 0,2-1,1% от массы покрытия.

2.Материал поп.1, отличающий- с я тем, что частицы металлического порошка по крайней мере частично не имеют острых ребер.

3.Материал по пп. 1 и 2, отличаю - щ и и с я тем, что количество частиц без острых ребер составляет более 30% от объема металлического порошка покрытия.

4.Материал по пп. 1-3, отличаю - щ и и с я тем, что основные сварочные компоненты в виде металлического порошка содержат тугоплавкие частицы, 80% которых имеют диаметр 0,04-5 мм.

5.Материал по пп. 1-4, отличающийся тем, что в качестве связующего выбрано вещество, способное поглощать воду в пятикратном количестве по отношению к массе связующего,

6.Материал по пп. 1-5, отличающийся тем, что покрытие содержит 0,5-1,7 мас.% оксиэтилметилцеллюлозы и 0,2-1,1 мас.% глицерина.

7. Материал по пп. 1-6, отличаю - щ и и с я тем, что проволока выполнена из легкодеформируемого материала.

Изобретение относится к сварке и нанесению износостойких покрытий, в частности к сварочным материалам, предназначенным для этой цели. Целью изобретения является повышение гибкости материала и качества наплавленного металла. Материал представляет собой тонкую проволоку из легко деформируемого материала, на которую нанесено толстое покрытие, содержащее частицы металлического порошка, связующее и пластификатор. В качестве связующего используется оксиметилцеллю- лоза, галактоманоза или карбоксиметилцел- люлоза раздельно или в сочетании друг с другом, в общем количестве 0,5-1,7 мас.%. Связующее должно поглощать воду и пятикратном количестве по отношению к весу связующего. В состав покрытия вводится и пластификатор, в качестве которого выбирается глицерин, гликоль или триэтаноламин в количестве 0,2-1,1 мас.% от массы покрытия. Металлический порошок состоит из тугоплавких частиц, 80% которых имеют диаметр 0,04-5% и частиц сплава - связки на основе никеля Более 30% частиц металлического порошка не имеют острых углов. Материал достаточно гибок для его намотки на катушку и транспортировки без растрескивания покрытия. При изготовлении металлический порошок, связующее и пластификатор смешиваются с растворителем и после экструдирования подвергаются сушке для удаления растворителя. 6 з.п. ф- лы, 3 ил. сл С VI CJ Јь СЛ VI ю 00

/

фигЛ

сриг.2.

45