Порошковий дріт для різання металів під водою

Изобретение относится к области сварки, в частности, к сварочным материалам, а именно к порошковым проволокам для дуговых сварочных процессов, и может быть использовано для механизированной резки при выполнении подводно-технических работ. Известна порошковая проволока для резки [Авт. св. СССР № 542373. кл. В 23 К 35/368], шихта которой содержит следующие компоненты, мас. %: Перекись бария 25-35 Железная окалина 25-55 Двухромовокислый калий 15-25 Алюминиевый порошок 5-15 Основным недостатком указанной проволоки является понижение скорости резки с увеличением глубины и ограничение длительности пребывания под водой, связанные с большой реакционной способностью двухромовокислого калия. Наиболее близкой к заявляемой по составу компонентов шихты является порошковая проволока [Авт. св. СССР №160017, кл. В 23 К 35/368], выбранная в качестве прототипа. Состав проволоки-прототипа характеризуется следующим соотношением компонентов, мас.%: Перекись бария 20-30 Железная окалина 20-50 Двухромовокислый калий 10-20 Алюминиевый порошок 5-15 Гетероцепной полимер 5-40 Недостатком проволоки-прототипа является понижение скорости резки с увеличением глубины и наличие токсичных ингредиентов в шихте. Кроме того, высокая стоимость шихты на основе перекиси бария и полимеров снижает экономичность резки. Поставлена задача создать такую порошковую проволоку для резки металлов под водой, которая могла бы повысить скорость реза с увеличением глубины и не содержала бы вредных и дорогостоящих компонентов. Указанная задача решена таким образом, что порошковая проволока для резки металлов под водой, состоящая из стальной оболочки и шихты, содержащей железную окалину, алюминиевый порошок, дополнительно содержит нитрид бора при следующем соотношении компонентов, мас. %: Железная окалина 60-70 Алюминиевый порошок 20-25 Нитрид бора 10-15 при этом коэффициент заполнения составляет 25-28%. Нитрид бора введен в проволоку в виде оптимально измельченного порошка. Важнейшим преимуществом нитрида бора как стабилизирующего компонента в составе шихты порошковой проволоки является его способность взаимодействовать с парами воды, обуславливая повышение тепловой мощности режущей струи и скорости резки. Уменьшение потери тепла происходит, в основном, за счет сокращения энергии на термодиссоциацию водяного пара в объеме газового пузыря, окружающего столб дуги. Следует отметить, что сварочный шлак с нитридом бора имеет полупроводниковые свойства. При нагревании до 800°С проводимость увеличивается на несколько порядков. Это сказывается на снижении величины работы выхода электронов и увеличении эмиссионных характеристик шлака, что позволяет значительно увеличить стабильность горения дуги. Железная окалина в составе проволоки обеспечивает шлаковую защиту, наличие которой способно дополнительно защитить от воздействия окружающей среды (особенно при больших глубинах) зону горения дуги и замедлить процесс остывания расплавленного металла и кромок реза. Алюминиевый порошок введен в состав шихты для усиления экзотермического эффекта и повышения тепловой мощности режущей струи. В реальных условиях подводная резка выполняется на глубинах, доступных водолазу, т.е. в условиях стабилизированного процесса. При подводной резке порошковой проволокой уже на глубине до 10 м процесс нестабилен из-за резких изменений в объеме газового пузыря вокруг столба дуги и больших скоростей охлаждения, что вызывает нарушения устойчивости параметров дуги и скорости резки. В связи с этим для определения технологических параметров резки с использованием заявляемой проволоки были проведены испытания в гидробарокамере, имитирующей реальные условия гидростатического давления. Испытания проволок диаметром 2 мм производились при подводной резке образцов низкоуглеродистой стали толщиной 20 мм на токе 550-600 А при рабочем напряжении 50-55 В под гидростатическим давлением, соответствующем глубине 10, 30, 60 м. Источник тока - ВС-600 М, полярность обратная. Результаты испытаний представлены в таблице. Из таблицы видно, что при увеличении гидростатического давления с ростом глубины от 10 до 60 м процесс резки происходит стабильно, скорость резки возрастает. Таким образом, порошковая проволока с заявленным составом за счет стабилизации параметров дуги под водой обеспечивает достижение основной цели изобретения - увеличение скорости резки в условиях гидростатического давления. Содержание нитрида бора в пределах 10-15% является оптимальным. Верхний предел (15%) связан с технологическими ограничениями. Уменьшение его содержания менее 10% снижает скорость резки. Увеличение в составе шихты количества железной окалины более 70% и снижение менее 60% отрицательно сказывается на устойчивости горения дуги и скорости реза. Содержание алюминиевого порошка свыше 25% снижает стабильность процесса резки, а менее 20% приводит к уменьшению экзотермического эффекта. Таким образом, оптимальным вариантом состава шихты заявляемой порошковой проволоки следует считать состав III, который по сравнению с оптимальным составом прототипа обеспечивает увеличение скорости резки на 40% и снижение стоимости в 2 раза. Коэффициент повышения экономической эффективности подводной резки от применения проволоки нового состава составляет В настоящее время заявляемый объект прошел лабораторные испытания и опытно-промышленную проверку в натурных условиях. Разрабатываются технические условия на заявляемую порошковую проволоку для резки металлов под водой. Ориентировочный срок доведения заявляемого решения до промышленного использования - 1 год.