Материал для токоподводящих мундштуков к сварочным горелкам Советский патент 1993 года по МПК B23K35/30 C22C9/01 

Изобретение относится к конструкционным материалам,применяемым для изготовления сварочного оборудования кон кретно для токоподводя щйх мундштуков (ТМ) горелок роботов, автоматов и полуавтоматов, используемых для дуговой сварки плавящимся электродом в защитных газах.

Цель изобретения - повышение срока эксплуатации токоподводящих мундштуков за счет уменьшения их электроэрозионного и механического износа и увеличения стойкости против налипания брызг расплавленного металла.

Поставленная цель достигается тем. что материал для токоподводящих мундштуков к сварочным горелкам, содержащий медь и углерод,содержит дополнительно нитрид кремния, оксид алюминия и бериллий при следующем соотношении компонентов,

МЗС д

Медь70-80

Углерод10-15

Нитрид кремния4-8

Оксид алюминия3-5 Бериллий 2-3 Наличие в составе материала ТМ Си (70-80%). С (15-10%), (8- %), А120з (5-3%), Be (2-3%) позволяет по& ить срок эксплуатации токоподводящих му/ «итуков за счет уменьшения их электроэроз.. Энного и механического износов и увеличения стойкости против налипания брызг расплавленного металла.

При увеличении содержания в материале ТМ Си 80% наблюдают увеличение электроэрозионного износа, а также увеличение количества брызг расплавленного ме- талла налипающих и приваривающихся к рабочей поверхности ТМ, что приводит к снижению срока его эксплуатации. При содержании Си 70% наблюдают снижение стойкости ТМ различным механическим воздействиям, особенно ударного типа.

При увеличении С 15% наблюдают снижение стойкости ТМ различным механическим воздействием, особенно ударного

ел

с

со

а о о ю

типа, в т.ч. нарушения сплошности ТМ на отдельных его участках. При содержании С 10% наблюдают снижение стойкости ТМ истиранию на участке контакта поверхности ТМ и поверхности электродной проволоки. Наблюдают увеличение интенсивности прилипания брызг расправленного металла к рабочей поверхности ТМ, а также привари- вание брызг расплавленного металла к рабочей поверхности ТМ. При увеличении содержания 8% наблюдают снижение стойкости материала ТМ электроэрозионному износу и нарушение сплошности поверхности ТМ на участке контакта такой поверхности с поверхностью электродной проволоки, характеризующееся выкраши- ванием отдельных зерен из материала ТМ. При уменьшении содержания SiaN-i 4% наблюдают снижение стойкости материала ТМ истиранию на участке контакта поверхности ТМ с электродной проволокой. При увеличении содержания АЬОз 50% наблюдают нарушение сплошности материала ТМ, т.е. выкрашивание отдельных его частиц. При уменьшении содержания 3% наблюдают увеличение электроэрозионного износа. Ппи увеличении содержания Be 3% наблюдают увеличение механического износа, т.е. снижение стойкости материала ТМ истиранию. При уменьшении содержания Be 2 % наблюдают увеличение электроэрозйонного износа, т.е. увеличение интенсивности образования искр при скользящем контакте поверхностей ТМ и электродной проволоки.

При содержании в материале ТМ мае. %: Си 80, С 10, SI3N4 4. АЬОз 3 и соответственно Be 2 наблюдают увеличение взаимосвязанных электрозионного и механического износов ТМ. При содержании в материале ТМ ,мас. %: Си 70. С 15, Sk$N4 8, А120з 5, а соответственно Be 3 наблюдают увеличение механического износа, в т.ч. истирание ТМ.

Получение материала для ТМ производим по двум вариантам.

Вариант 1. Исходные материалы порошки Си (70%) и С (15%) смешивают, а затем производят холодное прессование до пористости, составляющей 60-80% при давлении 80-150 МПа. Полученный материал затем спекают в инертной защитной среде при температуре 700-800°С. После спекания материал насыщают смесью, состоящей из смешанных компонентов 8)з№ (8%), (5%), Be (2%). Насыщение производят при 500-700°С непрерывно в течение 20-28 ч. Затем, при температуре около 300°С, при давлении 300-500 МПа производят допрес- совку материала. Допрессовка позволяет

получить материал для ТМ, характеризующийся пористостью 2-5%, имеющий заданные геометрические размеры, т.е. получаемая форма ТМ является окончательной, готовой к использованию в процессе сварки. Обработка ТМ резанием-точение не требуется. Желательной является завершающая операция-мистовая шлифовка или тон кое полирование. Полученный материал для

ТМ имеет поверхностный слой толщиной 0,8-1,4 мм, состоящий из композиции ингредиентов Си (70%), С (15%), SI3N4 (8%), (5%), Be (2%), ограничивающей тело ТМ, материал которого состоит из Си и С.

Вариант 2. Исходные материалы-порошки после их дозировки Си (80%), С (10%), SI3N4 (4%), (3%), Be (3%) смешивают. а затем подвергают при давлении 400-500 МПа холодному прессованию до пористости

составляющей 10-12%. Далее материал при 800-900°С спекают. Затем материал подвергают калиброванию при давлении 400- 500 МПа. Полученный материал имеет пористость 2-5%. Его форма отвечает геометрическим размерам ТМ. Обработка ре- занием-точение не требуется. Желательной является завершающая операция - чистовая шлифовка или тонкое полирование. Пол- учаемый материал характеризуется

равномерным распределением ингредиентов по всему объему тм.

При содержании в материале ТМ композиции, мае. %: Си 80, С 10, SI3N4 4, 3, Be 3 наблюдают увеличение

электроэрозионного износа, а также увеличение количества брызг расплавленного металла, налипающих и приваривающихся к рабочей поверхности ТМ. что приводит к снижению срока его эксплуатации. При содержании в материале ТМ, мас.%: С 10, Си 80, SbN4 4. АЬОз 3, Be 3 наблюдают снижение прочности ТМ, в т.ч. нарушение его сплошности, возникновение трещин и отрыв отдельных участков от массы ТМ. При содержании в материале ТМ, мае. %: SlsN4 4, Си 80, С 10, 3, Ее 3 наблюдают отрыв от массы ТМ отдельных частиц. При содержании в материале ТМ, мае. %: 3, Си 80, С 10, 51зМ4 4, Be 3 наблюдают также

отрыв от массы ТМ отдельных частиц. При содержании в материале ТМ, мас.%: Be 3, Си 80, С 10, SI3N4 4, AlaOs 3 наблюдают повышение абразивного износа поверхности ТМ, контактирующей с электродной проволокой.

При содержании в материале ТМ композиции, мас.%: Си 70. С 15, Be 2, 8, А1аОз 5 наблюдают снижение стойкости материала ТМ различным механическим

воздействиям, особенно ударного типа. При

содержании в материале ТМ композиции, мае. %: Си 70. С 15, SioN 8, AfcOa 5, Be 2 наблюдают увеличение электрозрози- онного и абразивного износов. При содержании в материале ТМ композиции, мас.%: SbN4 8, Си 70, С 15, Be 2. А120з 5 наблюдают снижение прочности материала ТМ. При содержании в материале ТМ композиции, мас.%: АЫЭз 5, Си 70, С 15, 8, Be 2 наблюдают также снижение прочности материала ТМ. При содержании в материале ТМ композиции, мас.%: Be 2, Си 70, С 15, SI3N4 8, 5 наблюдают увеличение электроэрозионного износа материала ТМ,

Второй вариант характеризует равномерное распределение ингредиентов Си (80%), С (10%), SI3N4 (4%), (3%), Be (3%) по всему объему ТМ. Изготовленный по 2-му варианту материал ТМ характеризуется меньшим электроэрозионным износом,

По длительности процесса получения материала ТМ вариант 1 значительно продолжительнее. Длительность эксплуатации ТМ, изготовленного по 1-му варианту в 5-6 раз больше, чем ТМ (прототип). Вариант № 2, при значительно большем расходе составляющих и AlaOs характеризуется меньшей трудоемкостью изготовления материала для ТМ. Продолжительность эксплуатации ТМ, изготовленного по 2-му варианту в 6-7 раз больше, чём ТМ (прототип).

Для изготовления ТМ применяют специальные штампы открытого типа, допускающие небольшой припуск, снимаемый при завершающей операции с помощью резания.

Благодаря такому выполнению, предлагаемый токоподводящий мундштук обладает следующими свойствами: при сварке в углекислом газе конструкций средних и больших толщин предотвращается прива- риванием брызг расплавленного металла к поверхности мундштука. Интенсивность на- липания брызг расплавленного металла снижается по сравнению с прототипом в 3,5-4 раза. Механический износ ТМ уменьшается за счет наличия в его составе графита в указанных пределах образующего твердую смазку между трущимися поверхностями электродной проволоки и токопод- водящего мундштука. Увеличение стойкости ТМ к электроэрозионному износу в 4-4,5 раза по сравнению с прототипом обеспечивается наличие лучшего электрического контакта поверхностей ТМ и электродной проволоки, а также способностью материала ТМ предотвращать микросхватывание между его поверхностью и поверхностью электродной проволоки.

Пример. Производим автоматическую сварку образцов из конструкционных ста5 лей толщиной 15-45 мм с V-образной и щелевой разделками в углекислом газе на режиме: I « 250-650 A; U 26-32 В; Vce. 20-25 м/час. Использовали мундштуки из предлагаемого материала, а также извест0 ного (прототип). Установили, что интенсивность привариаания брызг расплавленного металла к поверхности мундштуков из предлагаемого материала в 7-8 раз меньше, чем к поверхности известного (прототип). Мож5 но отметить, что прилипание брызг расплав- ленного металла к поверхности ТМ (прототип) являлось более интенсивным, чем к поверхности ТМ из предлагаемого материала, что соответственно требует боль0 ших затрат времени для их удаления.

Представляется целесообразным использование мундштуков из предлагаемого материала в горелках сварочных роботов, автоматов и полуавтоматов для сварки пла5 вящимся электродом в защитных газах конструкций средних и больших толщин преимущественно из углеродистых конструкционных сталей.

Мундштуки из предлагаемого материа0 ла опробованы при изготовлении различных конструкций в составе горелок для автоматической vi полуавтоматической сварки плавящимся электродом в углекислом газе на Харьковском турбинном заводе.

5 Производительность изготовления сварных конструкций при использовании предлагаемых мундштуков возрастает на 2,6-3,1 %. Увеличение стойкости предлагаемых мундштуков по сравнению с известны0 ми, позволяет, соответственно сократить в них потребность.

Ф о р м у л а и з о б р е те н м я Материал для токоподводящих мундш- 5 туков к сварочным горелкам, содержащий медь и углерод, отличающийся тем, что, с целью повышения срока эксплуатации токоподводящих мундштуков за счет уменьшения их электроэрозионного и механиче- 0 ского износа и увеличения стойкости против налипанмя брызг расплавленного металла, он содержит дополнительно нитрид кремния, оксид алюминия и бериллий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 5 Медь70-80 Углерод 10-15 Нитрид кремния 4-8 Оксид алюминия 3-5 Бериллий 2-3.

Сущность изобретения: материал для токоподводящих мундштуков содержит, мас.%: медь 70...80,.углерод 10...15, нитрид кремния 4...8, оксид алюминия 3...5; б ерил; лий 2...3. Позволяет увеличить срок службы токоподводящих мундштуков горелок сварочных роботов, автоматов и полуавтоматов путем предотвращения приваривания и уменьшения интенсивности прилипания брызг расплавленного металла и поверхности токоподводящих мундштуков, а также уменьшения их механического и электроэрозионного износа.