Спосіб електрошлакової наплавки міді

Реферат: Спосіб електрошлакової наплавки міді включає електрошлаковий нагрів поверхні мідної заготовки, на яку здійснюється наплавка, і подальшу заливку на неї рідкого присадкового металу. При цьому поверхню заготовки нагрівають до температури на 50…100 °C нижче температури плавлення міді, а рідкий присадковий метал перегрівають на 100…250 °C вище температури плавлення міді. UA 107499 U (12) UA 107499 U UA 107499 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до металургійної галузі, а саме до електрошлакового процесу та електрошлакової наплавки металів і сплавів. У процесах, пов'язаних з наплавкою одного металу на інший, для отримання надійного з'єднання шарів, що наплавляються, необхідно завчасно нагріти поверхню, на яку буде здійснюватись наплавка. Таке нагрівання може бути здійснено різними способами, у тому числі й електрошлаковим. У цьому випадку поверхня, що наплавляється, знаходиться під шаром рідкого шлаку, який нагрівається за рахунок проходження через нього електричного струму. Перевагою електрошлакової наплавки є захист шлаком поверхні, що наплавляється, від взаємодії з навколишньою атмосферою, яка запобігає її окисленню, а також шлак очищує цю поверхню від оксидних плівок. Сама наплавка здійснюється шляхом подачі присадкового металу через шар шлаку, який в рідкому вигляді осідає на поверхню, що наплавляється, і з'єднується з металом основи. Різноманітні види наплавки широко використовують в промисловості як засоби ремонту та відновлення зношених вузлів і деталей. У тому числі наплавка може бути застосована для відновлення мідних панелей кристалізаторів машин безперервної розливки сталі (МБЛЗ). Відомо багато способів електрошлакового наплавлення плоских і круглих деталей, заготовок, штампів та інших елементів із сталі і сплавів з використанням твердого присадкового матеріалу у вигляді дроту, стрічки, стружки, дробу [Кусков Ю.М., Скороходов В.Н., Рябцев И.А., Сарычев И.С. Электрошлаковая наплавка /под ред. А.Ф. Пименова. - Μ.: ΟΟΟ "Наука и технологии". - 2001. - 180 с.; ил., стор. 45-74]. У всіх перерахованих випадках має місце обов'язкове попереднє підплавлення (розплавлення) поверхневого шару металу заготовки перед подачею присадкового металу. Застосування твердих присадкових матеріалів у вигляді стрічки і дроту вимагає їх підготовки та пристроїв для подачі на наплавку, що ускладнює цей процес. Використання сипучих присадкових матеріалів, наприклад дробу або стружки, може призвести до неповного їх розплавленням при проходженні через шар шлаку і утворення дефектів у вигляді зон несплавлення основи з металом, що наплавляється. Відомі способи електрошлакової наплавки сталей і сплавів з використанням рідкого присадкового матеріалу [Новый способ получения биметалла с коррозионно-стойким плакирующим слоем / Б.Е. Патон, Ю.А. Стеренбоген, Н.А. Мосендз и др. // Стал. 1983, № 7, с. 16-17; Электрошлаковая наплавка жидким присадочным материалом / Б.И. Медовар, А.В. Чернец, Л.Б. Медовар и др. // Проблемы специальной электрометаллургии. 1995, № 1, с. 6-11], в яких поверхня, на яку здійснюється наплавка, також підплавляється, а попередньо розплавлений металу, який наплавляється, покращує умови сплавлення основи і присадкового металу. Відомий спосіб електрошлакової наплавки, коли поверхню сталевої заготовки, на яку наплавляють, нагрівають електрошлаковим способом з використанням невитратних електродів і доводять до підплавлення її поверхневого шару на необхідну глибину, а потім через шлак на підплавлену поверхню заливають рідкий метал [Покатилов В.П., Зареченский А.В., Носатов В.А. Наплавка с применением жидкого металла при изготовлении штампов // Сварочное производство. 1984, № 1, с. 26-27]. Проте, стосовно наплавки міді, даний спосіб важко реалізувати. Пов'язано це з дуже високою теплопровідністю міді, тому що, як тільки починає підплавлятися верхній шар заготовки, що наплавляється, глибина проплавлення стає важко контрольованою та нерівномірною, особливо під електродами і в зоні подачі рідкого металу. Особливо складно здійснювати наплавку заготовок у вигляді плит, що мають відносно невелику товщину, коли нерівномірність підплавлення може призвести до повного місцевого розплавлення заготовки. В основу передбачуваної корисної моделі поставлена задача - підвищити якість наплавки, шляхом досягнення рівномірності глибини проплавлення мідної заготовки по всій її робочій поверхні. Поставлена задача досягається тим, що поверхню, яка наплавляється, нагрівають до температури на 50…100 °C нижче температури плавлення міді, а рідкий присадковий метал перегрівають на 100…250 °C вище температури плавлення міді. Недогрів поверхні, яка наплавляється, перед подачею рідкого присадкового металу на 50…100 °C нижче температури плавлення міді зберігає її початкову рівну і тверду поверхню. А після заливки присадкового металу, перегрітого на 100…250 °C вище температури плавлення міді, надлишкове тепло від його перегріву рівномірно надходить до всієї поверхні заготовки і через високу теплопровідність міді швидко доводить температуру поверхні заготовки до температури плавлення, а потім рівномірно проплавляє її на необхідну глибину. При цьому глибина проплавлення залежить головним чином від температури нагріву поверхні і температури металу, що заливається. Розрахунками, які були підтверджені експериментально, встановлено, що перегрів присадкового металу менше, ніж на 100 °C вище температури плавлення міді, не призводить до 1 UA 107499 U 5 10 15 20 25 30 35 40 стабільного результату. В окремих зонах робочої поверхні заготовки відсутнє зварне з'єднання наплавленого і основного металу, що є браком виробництва. Перегрів присадкового металу вище, ніж на 250 °C, у порівнянні з температурою плавлення міді, може призводити до погіршення якості наплавлення, внаслідок надмірного проплавлення робочої зони заготовки аж до наскрізного її проплавлення при невеликих товщинах. Крім цього, надмірний перегрів міді вище температури плавлення супроводжується збільшенням безповоротних втрат металу внаслідок вигару і погіршенням якості міді. Тому діапазон перегріву присадкового металу на 100…250 °C є оптимальним. Також експериментально було установлено, що при нагріванні поверхні, що наплавляється до температури менше, ніж на 100 °C нижче температури плавлення міді, присадковий метал не підплавляє верхній шар заготовки по всій її площі. Утворюються місця несплавлення, тобто неповного з'єднання основи з металом, що наплавляється. Нагрів більше, ніж на 50 °C нижче температури плавлення міді призводить до втрати контролю глибини проплавлення. Вона стає нерівномірною і близькою до тієї, що має місце при електрошлаковій наплавці з попереднім підплавленням поверхні мідних заготовок, що наплавляються. Виходячи з цього, діапазон нагріву поверхні заготовки нижче температури плавлення міді на 50…100° є оптимальним. Проведені експерименти по електрошлаковій наплавці міді з вищевказаним контролем температури нагріву поверхні, що наплавляється, і температури рідкого присадкового металу показали, що забезпечується надійне з'єднання металу основи з металом, що наплавляється, по всій площині заготовки без утворення місць несплавлення або нерівномірного проплавлення поверхні. Корисну модель можна використовувати для електрошлакової наплавки зношених панелей кристалізаторів, відновлення робочих поверхонь елементів теплонавантажених деталей. Приклад 1. Здійснення способу по передбачуваній корисній моделі. Необхідно наплавити мідну круглу заготовку діаметром 144 мм, висотою 80 мм на товщину 20 мм. Для цього зазначену заготовку помістили в кристалізатор на охолоджуваний піддон, навели шлакову ванну, нагріли її електрошлаковим способом за допомогою графітового електроду так, що робоча її поверхня досягла температури 1010±10 °C (температура контролювалася хромель-алюмелевою термопарою). Одночасно в індукційній печі розплавили мідь в необхідній кількості і, коли температура металу досягла 1250 °C, залили його кристалізатор, де нагрівалася мідна заготовка під шаром шлаку. Після заливки розплаву процес нагріву припиняли. Аналіз вирізаного з наплавленої заготовки темплету показав, що відбулося якісне сплавлення основи з металом, що наплавляється. Приклад 2. Здійснення способу по передбачуваній корисній моделі. Необхідно наплавити пласку мідну пластину (панель кристалізатора) розмірами 300×140× 40 мм на величину 14 мм. Для цього зазначену заготовку поміщали в кристалізатор прямокутної форми на мідний охолоджуваний піддон. Шлакову ванну наводили двома розщепленими графітовими електродами діаметром 80 мм і електрошлаковим способом нагрівали поверхню заготовки. Коли вона досягла температури 1000±10 °C, на заготовку через шлак заливали рідку мідь з температурою 1300 °C. У цьому випадку так само, як і в попередньому, спостерігалося рівномірне і надійне сплавлення основи з металом, що наплавляється, по всій поверхні. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб електрошлакової наплавки міді, що включає в себе електрошлаковий нагрів поверхні мідної заготовки, на яку здійснюється наплавка, і подальшу заливку на неї рідкого присадкового металу, який відрізняється тим, що поверхню цієї заготовки нагрівають до температури на 50…100 °C нижче температури плавлення міді, а рідкий присадковий метал перегрівають на 100…250 °C вище температури плавлення міді. 50 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2