Неплавящийся электрод для сварки и резки Советский патент 1993 года по МПК B23K35/32 

Mi - содержание оксида лантана, мас.%;

ТПлг - температура плавления оксида лантана, °С;

ТПл2 температура плавления оксида тугоплавкого металла, °С;

A/I - молекулярный вес оксида лантана;

А2 - молекулярный вес оксида тугоплавкого металла;

К - эмпирический коэффициент.

Оксиды тугоплавких металлов, например циркония или i рафния с высокой температурой плавления (ТПл.2гО2 2700°С. Тпл. Hf 02 2900°С), образуя в процессе изготовления электрода твердые растворы замещения с оксидом лантана, повышают термическую стабильность частиц 1а20з в вольфрамовой матрице, что приводит к значительному снижению скорости их диссоци- ации и, как следствие, уменьшает эрозионный износ электрода.

К - эмпирический коэффициент, учитывающий средний размер оксидных частиц и неравномерность их распределения в вольфрамовой матрице. Установлены значения К 30-60, причем К тем выше, чем мельче и более однородно разделены частицы оксидов металлов при их одинаковой концентрации, так как в этом случае термическая стабильность электрода повышается. Коэффициент К зависит от вида легирующих соединений лантана и тугоплавкого металла и способа их введения, в вольфрамовый ангидрид. При содержании в электроде оксида лантана меньше 0,2 мас.% его эксплуатационные свойства будут идентичны электроду из чистого вольфрама. С другой стороны, при содержании в электроде оксида лантана больше 3,0 мас.%, значительно ухудшается обрабатываемость сплава, что обуславливает повышение дефектности структуры электрода и его низкую эрозийную стойкость.

При содержании в электроде оксида тугоплавкого металла в количестве меньшем, чем определено предлагаемым математическим выражением, образуется твердый раствор на основе оксида лантана, обедненный оксидом тугоплавкого металла, что не обеспечивает повышение термической стабильности оксидных частиц в вольфрамовой матрице и не приводит к увеличению эрозионной стойкости электрода.

При содержании оксида тугоплавкого металла в количестве большем, чем определено из математического выражения,ухудшается технологическая пластичность сплава, что приводит к большому количеству дефектов (трещин, расслоений) в электроде и снижению его эрозионной стойкости.

Электрод изготавливают следующим образом.

Вольфрамовый ангидрид с присадкой оксида лантана в количестве 0.2-3,0 мас.% и оксидом тугоплавкого мета л ла с более высокой температурой плавления, например, оксидом циркония или гафния, взятом в

количестве, определяемом из выражения:

Мз Mi дУ мас-%N ( I пл2 I пл1 ) АЧ 5

восстанавливают при температуре 700- 10СЗ°С в атмосфере водорода. Полученный вольфрамовый порошок, содержащий оксид лантана в виде твердого раствора с оксидом п тугоплавкого металла, формуют и спекают в атмосфере водорода до плотности, равной 88-94% от теоретической. Затем спеченную заготовку подвергают горячей пластической деформации, например ротационной ковке, до требуемого диаметра электрода.

П р и м е р 1. Готовили смесь водных растворов нитрата лантана и гидрата азотнокислого циркония Zr(N03) i x 5H20 из расчета на 2 мас.% оксида лантана. Учитывая то, что смесь вводили в виде хорошо раство5

0

5

0

5

0

5

римых в воде азотнокислых солей и то, что способ введения-метод душирования обеспечивает достаточно хорошую гомогенность распределения присадки в вольфрамовом ангидриДе, коэффициент К принимали равным 48. По соотношению, приведенному в формуле изобретения, рассчитали необходимое количество оксида циркония

,0 х 2230/48(2700-2230) х.

х 123,22/325,.075 мас.%

Гидрат азотнокислого циркония добавляли к нитрату лантана в количестве равном 429,33/123,22 х 0..26 мас.%. где 429,33 и 123,22 - молекулярные веса гидрата азотнокислого циркония и оксида циркония соответственно. Сушку вольфрамового ангидрида с присадкой проводили на воздухе при температуре 350°С, затем восстанавливали в атмосфере водорода в 1 стадию при температуре 850°С в течение 4 ч. Восстановленный порошок вольфрама, содержащий твердый раствор оксида лантана и оксида циркония, увлажняли и формировали штабик сечением 13 х 13 мм и длиной 470 мм. Штабик предварительно спекали в водороде при температуре 1200°С в течение 2 ч и оканчатель-но спекали в водороде прямым пропусканием электрического тока в

течение 30 мин при максимальной темпера туре 2650 °С. Спеченный штабик подвергали ротационной ковке при температуре 1450-1200°С до диаметра 3 мм. Сварочные характеристики полученного электрода приведены в таблице (опыт 2).

Пример 2. Готовили смесь водных растворов нитрата лантана и гидрата хлористого гафния HFOCI2 х вНаО из расчета на 2,5 ма с.% оксида латана. Так как хлористый гафний несколько хуже растворим в воде, чем нитрат циркония, а способ введения присадка в вольфрамовый ангидрид методом перемешивания в лопастном реакторе обеспечивает значительно более высокую гомогенность ее распределения, чем метод душирования, коэффициент К принимали равным 50. Гидрат хлористого гафния добавляли в количестве, определяемом из выражения2.5 х 2230/50(2900-2230) х 210.22/325,8 х

х409.26/210,.21 мас.%, где 409.26 и 210.22 - молекулярные веса гидрата хлористого гафния и оксида гафния соответственно. Вольфрамовый ангидрид перемешивали со смесью водных растворов солей, сушили в водороде при температуре 400°С. затем восстанавливали в водороде в 2 стадии при температурах 750°С и 900°С соответственно в течение 8 ч. Из восстанавливаемого порошка, содержащего твердый раствор оксида латана и оксида гафния, формовали штабик сечением 12 х 12 мм и длиной 450мм, который спекали в водороде в 2 стадии при максимальной температуре 2700°С. Спеченный штабик подвергали ротационной ковке до диаметра 3 мм. Сварочные характеристики полученного электрода приведены в таблице (опыт 8).

В таблице приведены результаты сравнительных испытаний известного и предлагаемого электродов диаметром 3 мм при

сварке нержавеющей стали на постоянном токе прямой полярности. Ток сварки составлял 400 А, время сварки 10 мин. расход аргона 15 л/мин.

Из данных таблицы следует, что электрод, содержащий оксид лантана в меньшем (опыт 6) или большем (опыт 7) количестве. или оксид тугоплавкого металла ь количестве, отличающемся от определенного из математического выражения (опыты 4. 5. 9) подвергается значительной эрозии при сварке, а использование предлагаемого электрода по сравнению с прототипом почти в два раза позволяет снизить эрозионные

потери во время сварки.

Формула изобретения, Неплавящийся электрод для сварки и резки, выполненный из спеченного сплава . на основе вольфрама, легированного оксидом лантана, отличающийся там. что. с целью повышения эрозионной стойкости электрода, оксид лантана в количестве 0,2- 3,0 мас.% содержится в виде твердого раствора с оксидом тугоплавкого металла с

более высокой температурой плавления при содержании последнего, определяемом из выражения

MЈ - MI

J Tnni К ( Тпл2 Тпл1 )

. мас.%.

где М2 - содержание оксида тугоплавкого металла, мае, %;

Mi - содержание оксида лантана, мас.%;

Тощ - температура плавления оксида лантана. °С;

Тп„2 -- температура плавления оксида тугоплавкого металла. °С:

AI - мол. м. оксида лантана:

АЗ - мол. м. оксида тугоплавкого металла;

К - эмпирический коэффициент.

Продолжение таблицы