Активирующий материал для сварки и наплавки

 

Изобретение может быть использовано при сварке и наплавке металлических деталей. Активирующий материал выполнен в виде покрытого оболочкой сердечника. Оболочка состоит из смеси полимера с активирующим флюсом при следующем соотношении компонентов, мас.%: активирующий флюс 5...80, полимер 20...95. Сердечник может быть выполнен из металлической проволоки, или металлической ленты, или металлического порошка. Полимер выбран из группы: политетрафторэтилен, полиамид, полиимид. За счет дегазации сварочной ванны и восстановления оксидов увеличивается плотность наплавленного металла, что позволяет улучшить качество соединений. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено, например, для сварки и наплавки металлических деталей.

Известен активирующий флюс для электродуговой сварки (Патент Р.Ф. №2164849 от 10.04.2001г., МКИ 7В23К35/362) следующего состава: гексафторалюминат лития 17...25%, двуокись титана 17...25%, двуокись кремния 35...40%, хлорид кальция 20...30%. Этот активирующий флюс в виде раствора порошка флюса в этиловом спирте наносят на поверхность стыкуемых кромок. Данный способ сварки принят за прототип. После испарения спирта производят сварку по слою флюса, что позволяет увеличить проплавляющую способность дуги. Однако, в состав флюса входят гигроскопичные соли, что способствует возникновению дефектов в виде газовых пор. Для удаления влаги требуется прокаливать флюс перед сваркой, что увеличивает трудоемкость сварочных операций.

Известен способ сварки открытой дугой (Авторское свидетельство №1692783, МКИ В23К 9/14 от 23.11.91г.), при котором в дугу вводят оксид кальция совместно с полиэтиленом или фторопластом. Данный способ позволяет увеличить ударную вязкость и пластичность сварного шва за счет удаления азота, водорода и кислорода из сварочной ванны. Однако известный способ разработан применительно для сварки и наплавки голой электродной проволокой и не позволяет увеличить проплавляющую способность дуги. Кроме того, порошкообразные компоненты при введении в дугу рассеиваются потоком защитного газа, что снижает эффективность способа.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение глубины проплавления металла и улучшение качества сварных соединений путем применения активирующего материала, состоящего из сердечника, покрытого полимерной оболочкой.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в зону горения дуги при электродуговой сварке или наплавке подается активирующий материал, в состав которого входит активирующий флюс. В отличие от прототипа, активирующий флюс вводится в зону горения дуги вместе с полимером, например политетрафторэтиленом, полиамидом, полиимидом. Активирующие флюсы состоят из галогенидных солей, которые обладают сильной гигроскопичностью. Применение флюса совместно с полимером позволяет исключить насыщение гигроскопичных компонентов водяными парами и устранить рассеивание порошка флюса из зоны сварки.

Активирующий материал состоит из сердечника, который может быть выполнен из металлической проволоки или металлической ленты или металлического порошка. Металлический сердечник покрывается оболочкой, состоящей из смеси полимера с активирующим флюсом, при следующем соотношении компонентов, мас.%: активирующий флюс 5...80; полимер 20...95. При содержании активирующего флюса в оболочке менее 5% активирующий материал снижает проплавляющую способность дуги. При содержании активирующего флюса в оболочке более 80% снижается прочность оболочки и адгезия оболочки по отношению к сердечнику, в результате чего увеличивается рассеивание флюса.

Активирующий материал, состоящий из металлического сердечника, покрытого оболочкой из смеси полимера с активирующим флюсом дополнительно служит присадкой для заполнения разделки свариваемых кромок. Применение данного материала для наплавки деталей способствует увеличению плотности наплавленного металла за счет дегазации сварочной ванны и восстановления оксидов.

При нагреве флюс, содержащийся в оболочке предлагаемого материала, расплавляется и реагирует с расплавленным металлом, образуя газоообразные галогениды типа FeF₂, SiF₄, TiF₄, АlF₃ и др. Пары воздействуют на дуговой разряд и уменьшают токопроводящий диаметр столба дуги, что увеличивает проплавляющую способность дуги. При нагреве полимера образуется дисперсный углерод, фтор и фторуглероды: CF, CF₂, СF₃, CF₄. (см. Справочник по пластическим массам. /Под ред. Катаева В.М., Попова В.А., Сажина Б.И.-М.: Химия, 1975, т.2, 568 с.). Фтор и фториды углерода также увеличивают проплавляющую способность дуги. Частицы углерода распределяются по поверхности сварочной ванны и при высокой температуре восстанавливают оксиды, с образованием летучих соединений СО, СО₂. Большое количество галогенидов в зоне горения дуги уменьшает содержание водорода в металле сварочной ванны за счет образования летучих соединений HF, HCl, НВr. Шлак, образующийся при расплавлении флюса, снижает поверхностное натяжение расплавленного металла и рафинирует его.

Технология изготовления активирующего материала с металлическим сердечником заключается в следующем. Порошок активирующего флюса с размером фракций менее 50 мкм смешивают с мелкодисперсным порошком полимера, например тетрафторэтиленом, полиамидом, полиимидом. Полученную смесь порошков флюса и полимера растворяют в этиловом спирте, а полученной суспензией многократно покрывают металлический сердечник. Затем покрытие нагревают до температуры расплавления полимера, в результате чего на поверхности сердечника образуется прочная газонепроницаемая оболочка толщиной 0,05...1 мм.

Примером применения активирующего материала может служить сварка пластин толщиной 6 мм из титанового сплава ОТ4. Мелкодисперсный порошок активирующего флюса состава CaF₂ - 30%; MgF₂ - 20%; LiF - 35%; СаСl₂ - 15% прокаливали и смешивали с порошком фторопласта-4Д, имеющим размер фракций 0,4 мкм, в соотношении, мас.% доли смеси: порошок флюса 40%; порошок полимера 60%. Полученную смесь растворяли в этиловом спирте и многократно наносили на поверхность титановой проволоки марки ВТ-1 диаметром 2 мм со спеканием каждого слоя при температуре 270°С, в результате чего получили оболочку толщиной 120 мкм. Свариваемые пластины соединяли без разделки кромок в нижнем положении. Дугу зажигали с вольфрамового электрода диаметром 4 мм при силе тока 240 А прямой полярности. Затем в зону горения дуги вводили активирующий материал, состоящий из титанового сердечника, покрытого оболочкой из смеси полимера и активирующего флюса. Оболочка материала плавилась перед дугой вместе с титановым сердечником и разлагалась с выделением пара галогенидов, увеличивая проплавляющую способность дуги. При перемещении дуги со скоростью 3,3 мм/с получили полное проплавление свариваемых пластин, с формированием облицовочного валика. Глубина проплавления металла при данном режиме увеличилась в 2,5 раза, по сравнению со сваркой без активирующего материала. Ультразвуковой контроль на дефектоскопе УД2-12 показал отсутствие дефектов в полученных сварных соединениях.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает технический эффект и может быть применено с использованием известных в технике средств, следовательно, оно обладает промышленной применимостью.

Формула изобретения

1. Активирующий материал для сварки и наплавки, включающий активирующий флюс, отличающийся тем, что активирующий материал выполнен в виде сердечника, покрытого оболочкой, при этом оболочка состоит из смеси полимера с активирующим флюсом при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Активирующий флюс 5-80

Полимер 20-95

2. Активирующий материал по п.1, отличающийся тем, что сердечник состоит из металлической проволоки, или металлической ленты, или металлического порошка.

3. Активирующий материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит полимер, выбранный из группы: политетрафторэтилен, полиамид, полиимид.