Материал для токоподводящих мундштуков к сварочным горелкам

 

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.

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCflATEHT СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ

: (21) 4902661/08. (22) 30.10.90 (46) 23.05.93. Бюл. М 19 (71) Харьковский инженерно-педагогический институт им. И.Ç.Соколова и Производствен ное объединение атомного турбостроения "Харьковский турбинный завод им . С.M.Êèðîâà" (72) В.В.Дмитрик, Д.И.Момот, Н.В.Грицай, С.М.Вилков и Н.П.Воличенко (56) Авторское свидетельство СССР

М 1316773, кл. В 23 К 35/30, 11.10.85.

Авторское свидетельство СССР ... М 988501, кл, В 23 К 35/30, 10.04.81.

Изобретение относится к конструкционным материалам, применяемым для изготовления сварочного оборудования конкретно для токоподводя щих 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, мас,g:

Медь 70-80

Углерод 10-15

Нитрид кремния 4-8

„„Я2,,„1816609 Д1 (я)5 В 23 К 35/30, С 22 С 9/01

2 (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОКОПОДВОДЯЩИХ

МУНДШТУКОВ К СВАРОЧНЫМ ГОРЕЛКАМ (57) Сущность изобретения: материал для токоподводящих мундштуков содержит, мас. $: ìåäü 10...80,.углерод 10...15, нитрид кремния 4...8, оксид алюминия 3...5; берил 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.

Ъг

Оксид алюминия 3-5

Бериллий 2-3

Наличие в составе материала ТМ Си (70 — 80 ), С (15 — 10 6), 36Фф4(8 ), А320з (5 — 3 ), Be (2-ЗЯ позволяет пов. ить срок эксплуатации токоподводящих му. стуков за счет уменьшения их электроэроз.,нного и механического износов и увеличения стойкости против налипания брызг расплавленного металла.

При увеличении содержания в материа- ле ТМ Cu > 80 ф 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 Cu < 70® наблюдают снижение стойкости ТМ различным механическйм воздействиям, особенно ударного типа.

При увеличении С > 15Я наблюдают снижение стойкости TM различным механическим воздействием, особенно ударного

1816609

3 типа, в т.ч. нарушения сплошности ТМ на отдельных его участках. При содержании С

< 107; наблюдают снижение стойкости ТМ истиранйю на участке контакта поверхности

ТМ и поверхности электродной проволоки.

Наблюдают увеличение интенсивности прилипания брызг расправленного металла к рабочей поверхности ТМ, а также приваривание брызг расплавленного металла к рабочей поверхности TM. При увеличении содержания $!зй4 > 8 (наблюдают снижение стойкости материала ТМ электроэрозионному износу и нарушение сплошности поверхности ТМ на участке контакта такой поверхности с поверхностью электродной проволоки, характеризующееся выкрашиванием отдельных зерен из материала ТМ.

При уменьшении содержания $1зй4 < 47 наблюдают снижение стойкости материала

ТМ истиранию на участке контакта поверхности TM с электродной проволокой. При увеличении содержания А120з < 507 наблюдают нарушение сплошности материала

ТМ, т.е. выкрашивание отдельных его частиц. При уменьшении содержания АЬОз <

<З наблюдают увеличение электроэрозионного износа. ПЬи увеличении содержания

Be > 37 наблюдают увеличение механического износа, т.е. снижение стойкости материала TM истиранию. При уменьшении содержания Be < 2 наблюдают увеличение электроэрозионного износа, т.е. увеличение интенсивности образования искр при скользящем контакте поверхностей ТМ и электродной проволоки, При содержании в материале ТМ мас. : Cu > 80, С > 10, $1з1ча > 4, А120з > 3 и соответственно Be < 2 наблюдают увеличение взаимосвязанных электрозионного и механического износов ТМ. При содержании в материале ТМ,мас. )(: Cu < 70. С <

<15, $!з!чд < 8, А!рОз < 5, а соответственно Be

> 3 наблюдают увеличение механического износа, в т.ч. истирание ТМ, Получение материала для ТМ производим по двум вариантам.

В а р и а н т 1. Исходные материалы порошки Си (707) и С (15ф,) 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 $1з!ч4 (8 ), AI20a(5 ), Ве(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 допрессовку материала. Допрессовка позволяет получить материал для ТМ, характеризующийся пористостью 2-5, имеющий заданные геометрические размеры, т,е. получаемая форма TM является окончательной, готовой к использованию в процессе сварки. Обработка TM резанием- точение не требуется. Желательной является завершающая операция-чистовая шлифовка илитонкое полирование. Полученный материал для

"0 ТМ имеет поверхностный слой толщиной

0,8 — 1,4 мм, состоящий из композиции ингредиентов Си (70 ), С (15 ), $1зй4 (8 ), А!20з (5 ), Be (2 (), ограничивающей тело

ТМ, материал которого состоит из Си и С.

15 В а ри а н т 2. Исходные материалы-порошки после их дозировки Си (80 ), С (10 ), $1зй4 (4%), А!20з (3 ), Be (37) смешивают. а затем подвергают при давлении 400-500

МПа холодному прессованию до пористости

20. 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 reo25 метрическим размерам TM. Обработка резанием-точение не требуется. Желательной является завершающая операция — чистовая шлифовка или тонкое полирование. Получаемый материал характеризуется

30 равномерным распределением ингредиентов по всему объему тМ.

При содержании в материале TM композиции, мас. : Cu > 80, С > 10, Я!зй4 < 4, AbOa < 3, Be < 3 наблюдают увеличение

35 электроэрозионного износа, а также увеличение количества брызг расплавленного металла, налипающих и приваривающихся к рабочей поверхности ТМ, что приводит к снижению срока его эксплуатации. При содержа40 нии в материале ТМ, мас, : С > 10, Cu < 80, $1з!ч < 4, А!20з < 3, Be < 3 наблюдают снижение прочности ТМ, в т.ч. нарушение его сплошности, возникновение трещин и отрыв отдельных участков от массы TM. При содер45 жании вматериалеТМ, мас, : $13N4>4, Си

< 80, С < 10, А!20з < 3, Ве < 3 наблюдают отрыв от массы TM отдельных частиц. При содержании вматериалеТМ, мас.$:АI20з>З, Си <80, С < 10, $!з!чд < 4, Ве < 3 наблюдают также

50 отрыв от массы TM отдельных частиц. При содержании в материале ТМ, мас.)(,: Be > 3, Cu < 80, С < 10, $1зйо < 4, А120з < 3 наблюдают повышение абразивного износа поверхности

ТМ, контактирующей с электродной проволо55 кой.

При содержании в материале ТМ композиции, мас. f,: Cu < 70. С > 15, Be > 2, $13Й4

> 8, А120з > 5 наблюдают снижение стойкости материала TM различным механическим воздействиям, особенно ударного типа, При

1816609 содержании в материале TM композиции, мас.,ь: Си >70. С<15, Я!зйа >8,А!20з>5, Be > 2 наблюдают увеличение электрозрозионного и абразивного износов. При содержании в материале ТМ композиции, мас. : 5

SI3N4 < 8, CU > 70, С > 15, Ве > 2. A!203 > 5 наблюдают снижение прочности материала

TM. При содержании в материале TM композиции,мас.g,: А!20з<5. Си >70, С>15, SIgN<

> 8, Be > 2 наблюдают также снижение проч- 10 ности материала ТМ; При содержании в материале TM композиции, мас.,4: Ве < 2, Си > 70, . С > 15, SI3N4 > 8, А!20з > 5 наблюдаютувеличение электраэрозионного износа материала

TM. 15

Второй вариант характеризует равномерное распределение ингредиентов Сц (80 ), С (107 o), Я!зй! (4g), А! 0з (37;), Be (3 ) па всему объему ТМ, Изготовленный по

2-му варианту материал TM характеризует- 20 ся меньшим электроэрозианным износом, Па длительности процесса получения материала TM вариант1значительно продолжительнее. Длительность эксплуатации ТМ, изготовленного по 1-му варианту в 5 — 6 раз 25 больше, чем TM (прототип). Вариант% 2, при значительно большем расходе составляющих

Я!зй и А!20з характеризуется меньшей трудоемкостью изготовления материала для TM.

Продолжительность эксплуатации ТМ, изго- 30 товленного по 2-му варианту в 6 — 7 раз больше, чем TM (прототип).

Для изготовления TM применяют специальные штампы открытого типа, допускающие небольшой припуск, снимаемый при 35 завершающей операции с помощью резания, Благодаря такому выполнению, предлагаемый токоподводящий мундштук обладает следующими свойствами: при сварке в 40 углекислом газе конструкций средних и больших толщин предотвращается привариванием брызг расплавленного металла к поверхности мундштука, Интенсивность налипания брызг расплавленного металла 45 снижается по сравнению с прототипом в

3 5-4 раза. Механический износ TM уменьшается за счет наличия в его составе графита в указанных пределах образующего твердую смазку между трущимлся поверх- 50 настями электродной проволоки и токоподвадящего мундштука. Увеличение стойкости TM к электроэрозионному износу в 4-4,5 раза по сравнению с прототипом обеспечивается наличие лучшего электри- 55 ческога контакта поверхностей TM и электродной проволоки, а также способностью материала ТМ предотвращать микросхватывание между его поверхностью и поверхностью электродной проволоки.

П р и и е р. Производим автоматическую сварку образцов из конструкционных сталей толщиной 15-45 мм с V-образной и щелевой разделками в углекислом газе на режиме; = 250 — 650 А; U = 26-32 В; Vce.20 — 25 м/час. Использовали мундштуки из предлагаемого материала, а также известного (прототип). Установили, что интенсивность приваривания брызг расплавленного металла к поверхности мундштуков из предлагаемого материала в 7 — 8 раз меньше, чем к поверхности известного (пратотип), Можно отметить, что прилипание брызг расплавленного металла к поверхности TM (прототип) являлось более интенсивным, чем к поверхности ТМ из предлагаемого материала, что соответственно требует больших затрат времени для их удаления.

Представляется целесообразным использование мундштуков из предлагаемого материала в горелках сварочных роботов, автоматов и полуавтоматов для сварки плавящимся электродам в защитных газах конструкций средних и больших толщин преиму,цественно из углеродистых конструкционных сталей.

Мундштуки из предлагаемого материала опробованы при изготовлении различных конструкций в составе горелок для автоматической и полуавтоматической сварки плавящимся электродом в углекислом газе на

Харьковском турбинном заводе.

Производительность изготовления сварных конструкций при использовании предлагаемых мундштуков возрастает на

2,6 — 3,1 j,. Увеличение стойкости предлагаемых мундштуков па сравнению с известными, позволяет, соответственно сократить в них потребность.

Формула изобретения

Материал для токоподвадящих мундштуков к сварочным горелкам, содержащий медьиуглерод,отличающийся тем, что, с целью повышения срока эксплуатации токоподводящих мундштуков за счет уменьшения их электроэразионнага и механического износа и увеличения стойкости против налипания брызг расплавленного металла, он содержит дополнительно нитрид кремния, оксид алюминия и бериллий, при следующем соотношении компонентов, мас. Я .

Медь 70 — 80

Углерод 10-15

Нитрид кремния 4-8

Оксид алюминия 3-5

Бериллий 2-3.