Спосіб електродугового зварювання з введенням у зварювальну ванну нанокомпонентів

Реферат: Спосіб електродугового зварювання з введенням у зварювальну ванну нанокомпонентів включає формування шва плавленням і кристалізацією основного металу і електрода при його переміщенні в напрямку зварювання. Спосіб введення у зварювальну ванну нанокомпонентів здійснюють плавленням попередньо виготовленої лігатури із суміші порошку заліза і нанооксидів у заданому об'ємному співвідношенні, яку спікають у стрижень певного діаметра і довжини та закладають у розділку крайок перед зварюванням. UA 98985 U (54) СПОСІБ ЕЛЕКТРОДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ З ВВЕДЕННЯМ У ЗВАРЮВАЛЬНУ ВАННУ НАНОКОМПОНЕНТІВ UA 98985 U UA 98985 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів електродугового зварювання з введенням у зварювальну ванну нанокомпонентів і може бути використана при зварюванні відповідальних конструкцій низьколегованих високоміцних сталей з метою підвищення механічних властивостей зварних швів. Відомий спосіб введення у зварювальну ванну нанокомпонентів, який описаний у статті [1]. Цим способом виконували електронно-променеве зварювання з застосуванням наноструктурної фольги як присадки, яку закладали у стик між заготовками. Основним недоліком цього способу є складність і трудомісткість отримання такої фольги попередньою спільною конденсацією із парової фази різних компонентів, що містять наночастинки. Відомий також спосіб введення у зварювальну ванну нанодисперсних компонентів порошків карбіду вольфраму (WC), які вводили в порошковий дріт, оболонку якого виготовляють з нікелю марки Нп-2 [2]. Недоліком способу є проходження нанокомпонентів крізь зварювальну дугу у процесі плавлення дроту, що знижує ефект їх дії у зварювальній ванні в процесі її кристалізації. Відомий також спосіб введення нанокомпонентів шляхом розміщення у підготовлені під зварювальні крайки порошкового дроту, шихта якого також містила нанокарбіди Ті [3, 4]. Недоліком способу є неконтрольований вміст нанокомпоненту у шихті порошкового дроту. Найближчим аналогом до корисної моделі, що заявляється, є спосіб зварювання, описаний у [5], при якому нанокомпоненти, як модифікатори вводять у зварювальну ванну в комбінації з охолодженими мікрочастинками (мікрохолодильниками). Присадковий матеріал виготовлено з дротяної крошки (гранулята) у суміші з хімічною добавкою (модифікатором). Як хімічну добавку використано ТіО2. Недоліком способу є також неконтрольований вміст ТіО 2 при закладанні грануляту вздовж осі шва. В основу корисної моделі поставлена задача створити такий спосіб зварювання, за допомогою якого можна здійснювати введення у зварювальну ванну контрольованої за об'ємним вмістом кількості нанокомпонентів по довжині шва. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб введення у зварювальну ванну нанокомпонентів здійснюють плавленням попередньо виготовленої лігатури із суміші порошку заліза і нанооксидів у заданому об'ємному співвідношенні, яку спікають у стрижень певного діаметра і довжини та закладають у розділку крайок перед зварюванням. У процесі зварювання нанокомпоненти не проходять через дугу і при розплавленні лігатури анодною плямою дуги потрапляють у зварювальну ванну, це дозволяє контролювати їх вміст у металі шва. Спосіб ілюструється кресленням. На фіг. 1 наведено схему зварювання з закладеними спеченими стрижнями у розділку крайок. На фіг. 2 представлені структури зварного шва. В таблиці показано заміри твердості зварних швів. Спосіб виконують таким чином: У попередньо заготовлений паз закладають спечені стрижні з нанокомпонентами 9. Дріт 6 подають через ролики 5, проходить через наконечник 4 та замикається на пластині 10. Загорається електрична дуга 1, постійність горіння якої підтримується джерелом живлення 7 та стабільністю подачі дроту 6. В результаті горіння дуги утворюється зварювальна ванна 8, яка розплавляє спечені стрижні, метал якої кристалізується у шов 2. Дуга захищена газовою сумішшю, що подається з сопла 3. Приклад. Введення нанооксидів у зварювальну ванну проводять за технологічною схемою, яка включає укладку стрижнів у попередньо підготовлений паз. Для реалізації такої схеми на пластині зі сталі 10Г2ФБЮ попередньо підготовлюють фрезеруванням пази розміром 7×7 мм. Підготовлений паз заварюють електродним дротом марки 10ХГН2СМФТЮ, діаметром 1,2 мм в суміші газів Аr72 % + СО228 %, що наближає наплавлений метал за хімічним складом і структурою до притаманних високоміцних низьколегованих сталей. Кожен стрижень за вмістом і складом розміщують послідовно один за одним у пазу, що забезпечує їх однакові умови розплавлення за 1 прохід. Зварювання здійснюють на режимах: струм зварювання I=170-180 А, напруга дуги U=25-27 В, швидкість зварювання V=12,5 м/год., витрати газу 8-9 л/год., виліт 15 мм. Для зварювання застосовували автомат АД-231, до якого пристосовували пальник від напівавтомата КП 004У3. Дослідження зварного шва показали, що внесення різної кількості нанооксидів алюмінію впливає на формування структури шва (див Фіг. 2), де а - мікроструктура вихідного шва, б 1 UA 98985 U 5 10 15 структура шва з додаванням спеченого стрижня суміші нанопорошку Аl2О3 у кількості 0.5 % об'ємної частки, решта залізо. Результати експериментів показали, що у вихідних умовах, без введення нанооксидів, у металі шва формується структура, основними складовими якої є виділення полігонального фериту, голчастого та пластинчастого з упорядкованими і неупорядкованими фазами. Особливістю такої структури є наявність крупних грубопластинчатих утворень переважно голчастого фериту по границях зерен (Фіг. 2,а). Мікроструктура металу шва з додаванням нанопорошку Аl2О3 в кількості 0,5 % об'ємних часток має подрібнену дисперсну структуру, що переважно складається з верхнього бейніту, частково нижнього та голчастого фериту (Фіг. 2,б). Структурні зміни в умовах зварювання з введенням у зварювальну ванну нанооксидів позитивно впливають на механічні властивості металу швів. Вимірювання твердості за Віккерсом показали, що залежно від вмісту нанооксидів значення твердості збільшуються (Таблиця Підвищення твердості притаманне всім дослідним зразкам і змінюється від 18 до 72 одиниць HV. Максимум підвищення твердості спостерігається у металі шва з вмістом нанооксиду алюмінію у кількості 0,5 % об'ємних часток.) Таблиця № п/п зразку 1 Склад та вміст без нано-оксидів нанооксидів Твердість, HV 197,6 20 25 30 35 2 Al2O3 4,5 % 215,6 3 Al2O3 2,5 % 225,3 4 Al2O3 0,5 % 269,3 Джерела інформації: 1 Влияние нанофольги системы Ni-NbC на структуру швов жаропрочных сплавов, выполненных электронно-лучевой сваркой / К.А. Ющенко, А.И. Устинов, Б.А. Задерий [и др.] // Автоматическая сварка. - 2011. - № 8 - С. 5-11. 2 Процессы формирования, структура и свойства электроискровых покрытий на армкожелезе. полученных при применении нано- и микроструктурного электродов W-Co / Е.А. Левашов, Е.И. Замулаева, А.Е. Кудряшов [и др.] // Известия ВУЗов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. - 2007. - № 1. - С. 41-52. 3 Дослідження впливу нанорозмірних карбідів титану на формування мікроструктури та властивостей зварного шва / І.К. Походня, В.В. Головко, С.М. Степанюк, Д.Ю. Єрмоленко // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2012. - № 6. - С. 68-75. 4 Головко В.В. Дослідження впливу наноутворень в металі на формування мікроструктури зварного шва та його механічні властивості/ В.В. Головко, С.М. Степанюк, Д.Ю. Єрмоленко // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов. - 2012. - Вып. 64 - С. 155-159. 4 А.с. 584996 СССР, В23К 9/00. Способ электродуговой сварки/ A.M. Болдырев, Е.Б. Дорофеев, А.С. Петров и Т.И. Глазьева (СРСР). № 2361777/25-027; заявл. 17.04.76; опубл. 25.12.77. Бюл. № 47. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Спосіб електродугового зварювання з введенням у зварювальну ванну нанокомпонентів, що включає формування шва плавленням і кристалізацією основного металу і електрода при його переміщенні в напрямку зварювання, який відрізняється тим, що спосіб введення у зварювальну ванну нанокомпонентів здійснюють плавленням попередньо виготовленої лігатури із суміші порошку заліза і нанооксидів у заданому об'ємному співвідношенні, яку спікають у стрижень певного діаметра і довжини та закладають у розділку крайок перед зварюванням. 2 UA 98985 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 3