RU2538875C1 - Nanostructured powder wire - Google Patents
Nanostructured powder wire Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538875C1 RU2538875C1 RU2013130154/02A RU2013130154A RU2538875C1 RU 2538875 C1 RU2538875 C1 RU 2538875C1 RU 2013130154/02 A RU2013130154/02 A RU 2013130154/02A RU 2013130154 A RU2013130154 A RU 2013130154A RU 2538875 C1 RU2538875 C1 RU 2538875C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- wire
- matrix
- coating
- earth metals
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 48
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 18
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 7
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 6
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 4
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001021 Ferroalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 102220504526 Dolichyl-diphosphooligosaccharide-protein glycosyltransferase subunit 4_V23K_mutation Human genes 0.000 description 2
- 229910005347 FeSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910005438 FeTi Inorganic materials 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 2
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 1
- 150000001649 bromium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001234 light alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000009149 molecular binding Effects 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при дуговой сварке и наплавке металлических деталей.The present invention relates primarily to mechanical engineering and can be applied in arc welding and surfacing of metal parts.
Известна сварочная электродная проволока (Патон Б.Е., Воропай Н.М., Никифоров Б.А. и др. Сварочная электродная проволока. В23K 35/06, 35/10. Авторское свидетельство СССР №1696231 от 09.02.1987 г. Бюл. №45 от 07.12.1991 г.). Данная проволока состоит из металлического стержня с внутренним каналом, полость которого заполнена шлакообразующими и легирующими компонентами, а на внешнюю и внутреннюю поверхности стержня нанесено металлическое покрытие. Указанная проволока улучшает капельный перенос электродного металла, однако она не имеет в составе активирующего флюса и не способна увеличить глубину проплавления металла. Кроме того, проволока не имеет газообразующих компонентов и может применяться только при сварке в среде защитных газов, а ее изготовление отличается повышенной трудоемкостью, что увеличивает стоимость проволоки.Known welding electrode wire (Paton B.E., Voropay N.M., Nikiforov B.A. et al. Welding electrode wire. B23K 35/06, 35/10. USSR author's certificate No. 1696231 of 09/09/1987, Bull No. 45 dated 12/07/1991). This wire consists of a metal rod with an internal channel, the cavity of which is filled with slag-forming and alloying components, and a metal coating is applied to the external and internal surfaces of the rod. The specified wire improves the drop transfer of electrode metal, however, it does not have an activating flux in its composition and is not able to increase the penetration depth of the metal. In addition, the wire does not have gas-forming components and can be used only when welding in a protective gas environment, and its manufacture is characterized by increased complexity, which increases the cost of the wire.
Известна проволока для сварки (Воропай Н.М., Бучинский В.Н., Костенюк Н.И. и др. Проволока для сварки. В23K 35/08, Авторское свидетельство СССР №916191 от 02.02.1980 г. Бюл. №12 от 30.03.1982 г.), имеющая внутреннюю полость, заполненную активирующими флюсом, которая окружена двумя металлическими оболочками. Указанная проволока улучшает капельный перенос электродного металла и способна увеличить глубину проплавления металла. Однако данная проволока также не имеет шлакообразующих и газообразующих компонентов и может применяться только при сварке в среде защитных газов, а ее изготовление отличается повышенной трудоемкостью, что увеличивает стоимость проволоки.Known wire for welding (Voropai N.M., Buchinsky V.N., Kosteniuk N.I. and others. Wire for welding. B23K 35/08, USSR Author's Certificate No. 916191 of 02.02.1980 Bull. No. 12 of 03/30/1982), which has an internal cavity filled with activating flux, which is surrounded by two metal shells. The specified wire improves the droplet transfer of electrode metal and is able to increase the depth of penetration of the metal. However, this wire also does not have slag-forming and gas-forming components and can be used only when welding in a protective gas environment, and its manufacture is characterized by increased labor intensity, which increases the cost of the wire.
Известна композиционная электродная проволока для сварки и наплавки (Паршин С.Г., Паршин С.С. Композиционная электродная проволока. МПК В23K 35/368, В23K 35/10. Патент РФ №2355543 от 09.07.2007 г.), которая принята за прототип. Указанная проволока состоит из металлической трубки с размещенной в ее полости шихты из смеси шлакообразующих и газообразующих компонентов. На поверхность металлической трубки нанесено композиционное покрытие из металлической матрицы с распределенной в ней дисперсной фазой из активирующего флюса. Указанная проволока позволяет увеличить глубину проплавления металла и улучшить капельный переход электродного металла в сварочную ванну.Known composite electrode wire for welding and surfacing (Parshin S.G., Parshin S.S. Composite electrode wire. IPC V23K 35/368, V23K 35/10. RF Patent No. 2355543 of July 9, 2007), which is accepted as prototype. The specified wire consists of a metal tube with a charge placed in its cavity from a mixture of slag-forming and gas-forming components. On the surface of the metal tube, a composite coating of a metal matrix is applied with a dispersed phase from the activating flux distributed in it. The specified wire allows you to increase the penetration depth of the metal and improve the drip transition of the electrode metal into the weld pool.
Однако проволока по прототипу не имеет в шихте ионизирующих и легирующих компонентов, что ухудшает стабильность горения дуги и механические свойства наплавленного металла. Для нанесения композиционного покрытия по прототипу используют мелкодисперсный активирующий флюс с размером частиц более 50 мкм, который содержит гигроскопичные бромиды и хлориды, что ухудшает долговечность покрытия и увеличивает его шероховатость. Кроме того, указанная проволока изготавливается из цельной металлической трубки, что увеличивает трудоемкость и стоимость производства проволоки.However, the prototype wire does not have ionizing and alloying components in the charge, which impairs the stability of arc burning and the mechanical properties of the deposited metal. For applying a composite coating according to the prototype, a finely dispersed activating flux with a particle size of more than 50 μm is used, which contains hygroscopic bromides and chlorides, which impairs the durability of the coating and increases its roughness. In addition, the specified wire is made from a single metal tube, which increases the complexity and cost of wire production.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение капельного перехода электродного металла и механических свойств наплавленного металла за счет введения в состав шихты ионизирующих и легирующих компонентов, а также нанесения на поверхность проволоки нанокомпозиционного покрытия, содержащего наноразмерные частицы фторидов и редкоземельных металлов.The technical result of the invention is to improve the droplet transition of the electrode metal and the mechanical properties of the deposited metal by introducing ionizing and alloying components into the mixture, as well as applying a nanocomposite coating containing nanosized particles of fluorides and rare-earth metals onto the wire surface.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на оболочке порошковой проволоки размещают нанокомпозиционное покрытие, а в полости оболочки порошкообразную шихту из смеси минеральных компонентов и ферросплавов. В отличие от прототипа, порошковая проволока изготавливается из стальной ленты, которую сгибают в виде замкнутого полого профиля круглого сечения, который имеет продольный стык кромок. Полость профиля заполняют шихтой из смеси шлакообразующих, газообразующих, ионизирующих и легирующих компонентов, а на поверхность оболочки наносят нанокомпозиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы, наноразмерных частиц фторида металла и редкоземельных металлов с размером частиц менее 1000 нм.The essence of the invention lies in the fact that a nanocomposite coating is placed on the cored wire sheath, and a powder mixture from a mixture of mineral components and ferroalloys is placed in the cavity of the sheath. Unlike the prototype, flux-cored wire is made of steel tape, which is bent in the form of a closed hollow profile of circular cross section, which has a longitudinal joint of the edges. The cavity of the profile is filled with a mixture of a mixture of slag-forming, gas-forming, ionizing and alloying components, and a nanocomposite coating consisting of a metal matrix, nanosized particles of metal fluoride and rare-earth metals with a particle size of less than 1000 nm is applied to the surface of the shell.
В качестве металлической матрицы применяют медь, никель, титан. Указанные металлы обладают высокой пластичностью, которая характеризуется относительным удлинением при растяжении металла: медь (около 45%), никель (около 40%), титан (около 40%). Высокая пластичность этих металлов позволяет при электрохимической обработке сформировать на металлическом стержне плотное нанокомпозиционное покрытие, обладающее высокой адгезией за счет снижения внутренних напряжений и получения мелкозернистой микроструктуры.As a metal matrix, copper, nickel, and titanium are used. These metals have high ductility, which is characterized by a relative elongation under tension of the metal: copper (about 45%), nickel (about 40%), titanium (about 40%). The high ductility of these metals allows the formation of a dense nanocomposite coating on a metal rod with high adhesion due to lower internal stresses and to obtain a fine-grained microstructure upon electrochemical treatment.
В качестве фторида металла применяют фтористые соли щелочных и щелочноземельных металлов, например CsF, LiF, KF, NaF, CaF2, MgF2, SrF2, BaF2. При сварке фтористые соли разлагаются с выделением значительного количества фтора, который способствует интенсивным металлургическим реакциям по связыванию молекул, атомов и ионов водорода с образованием газообразного фтористого водорода HF, что снижает уровень остаточного диффузионного водорода, образование дефектов и улучшает качество сварных соединений. Образующиеся при разложении щелочные и щелочно-земельные металлы обладают низкими потенциалами ионизации: Cs (3,88 эВ), Li (5,37 эВ), К (4,32 эВ), Na (5,12 эВ), Са (6,09 эВ), Mg (7,61 эВ), Sr (5,67 эВ), Ва (5,19 эВ), что улучшает стабильность горения дуги и снижает напряжение дуги.As the metal fluoride, fluoride salts of alkali and alkaline earth metals are used, for example, CsF, LiF, KF, NaF, CaF 2 , MgF 2 , SrF 2 , BaF 2 . During welding, fluoride salts decompose with the release of a significant amount of fluorine, which contributes to intensive metallurgical reactions in the binding of molecules, atoms and hydrogen ions with the formation of gaseous hydrogen fluoride HF, which reduces the level of residual diffusion hydrogen, the formation of defects and improves the quality of welded joints. Alkaline and alkaline-earth metals formed during decomposition have low ionization potentials: Cs (3.88 eV), Li (5.37 eV), K (4.32 eV), Na (5.12 eV), and Ca (6, 09 eV), Mg (7.61 eV), Sr (5.67 eV), Ba (5.19 eV), which improves the stability of arc burning and reduces the arc voltage.
Кроме того, фториды щелочных и щелочно-земельных металлов снижают поверхностное натяжение расплавленного металла, что способствует измельчению капель электродного металла при сварке (см. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. М.: Наука, 1977. - 192 с.).In addition, fluorides of alkali and alkaline earth metals reduce the surface tension of molten metal, which contributes to the grinding of droplets of electrode metal during welding (see Lepinsky B.M., Manakov A.I. Physical chemistry of oxide and oxyfluoride melts. M.: Science, 1977 .-- 192 p.).
Нанокомпозиционное покрытие имеет следующее соотношение объемов матрицы и наноразмерных частиц в покрытии, %:Nanocomposite coating has the following ratio of matrix volumes and nanosized particles in the coating,%:
Металлическая матрица - 55-98;Metal matrix - 55-98;
Наноразмерные частицы фторида металла - 1-30;Nanosized particles of metal fluoride - 1-30;
Наноразмерные частицы редкоземельных металлов - 1-15.Nanosized particles of rare earth metals - 1-15.
При объеме фторидов менее 1% отсутствует воздействие композиционного покрытия на процесс капельного перехода и удаление водорода, а при увеличении объема более 30% снижается стабильность горения дуги. При объеме редкоземельных металлов менее 1% снижается влияние покрытия на процессы модифицирования и улучшения микроструктуры наплавленного металла, а при увеличении объема более 15% происходит ухудшение механических свойств наплавленного металла и электрической проводимости композиционного покрытия.With a fluoride volume of less than 1%, there is no effect of the composite coating on the drip process and hydrogen removal, and with an increase in volume of more than 30%, the stability of arc burning decreases. When the volume of rare-earth metals is less than 1%, the influence of the coating on the processes of modifying and improving the microstructure of the deposited metal is reduced, and with an increase in volume of more than 15%, the mechanical properties of the deposited metal and the electrical conductivity of the composite coating deteriorate.
Такое сочетание известных и новых признаков позволяет улучшить капельный переход, стабильность горения дуги и механические свойства наплавленного металла. Это становится возможным, поскольку при нагреве смеси шлакообразующих и газообразующих компонентов образуется шлак и углекислый газ, которые оттесняют воздух атмосферы и препятствуют его проникновению в зону сварки. Содержащиеся в шихте ионизирующие компоненты, например углекислый калий, углекислый литий, углекислый натрий способствуют увеличению степени ионизации плазмы сварочной дуги и стабильности ее горения. Легирующие компоненты шихты, например ферросплавы FeMn, FeSi, FeTi, способствуют легированию сварочной ванны марганцем, кремнием, титаном, что увеличивает прочность и пластичность наплавленного металла.This combination of known and new features allows to improve the drip transition, the stability of the arc burning and the mechanical properties of the weld metal. This becomes possible because when a mixture of slag-forming and gas-forming components is heated, slag and carbon dioxide are formed, which displace atmospheric air and prevent its penetration into the welding zone. The ionizing components contained in the charge, for example, potassium carbonate, lithium carbonate, and sodium carbonate, increase the degree of plasma ionization of the welding arc and the stability of its combustion. Alloying components of the charge, for example, FeMn, FeSi, FeTi ferroalloys, facilitate alloying of the weld pool with manganese, silicon, and titanium, which increases the strength and ductility of the deposited metal.
Нанокомпозиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы и наноразмерных частиц фторидов и редкоземельных металлов улучшает капельный переход за счет снижения межфазного натяжения расплавленной оболочки. Фториды связывают молекулы, атомы и ионы водорода с образованием фтористого водорода HF, что снижает образование дефектов и улучшает механические характеристики сварных соединений.A nanocomposite coating consisting of a metal matrix and nanosized particles of fluorides and rare-earth metals improves the drop transition by reducing the interfacial tension of the molten shell. Fluorides bind hydrogen molecules, atoms and ions to form hydrogen fluoride HF, which reduces the formation of defects and improves the mechanical characteristics of welded joints.
Наноразмерные частицы редкоземельных металлов переходят из покрытия в сварочную ванну и способствуют получению мелкозернистой микроструктуры, что увеличивает пластичность и ударную вязкость сварных соединений.Nanosized particles of rare-earth metals pass from the coating to the weld pool and contribute to obtaining a fine-grained microstructure, which increases the ductility and toughness of welded joints.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показан вид наноструктурированной порошковой проволоки с нанокомпозиционным покрытием и шихтой из смеси шлакообразующих, газообразующих, ионизирующих и легирующих компонентов, см. фигуру 1. Предлагаемая проволока состоит из металлической оболочки 1 со стыком 2, полость которой заполнена шихтой 3. На поверхности оболочки располагаются внешнее и внутреннее нанокомпозиционные покрытия 4, 5, состоящие из металлической матрицы 6 с распределенными по объему матрицы наноразмерными частицами фторида металла и редкоземельных металлов 7.The invention is illustrated by a drawing, which shows a view of a nanostructured cored wire with a nanocomposite coating and a mixture of a mixture of slag-forming, gas-forming, ionizing and alloying components, see figure 1. The proposed wire consists of a metal sheath 1 with a joint 2, the cavity of which is filled with a charge 3. On outer and inner nanocomposite coatings 4, 5, consisting of a metal matrix 6 with a nanoscale particle distributed throughout the matrix, are located on the surface of the shell metal fluoride and rare earth metals 7.
Цель изобретения достигается тем, что на поверхности порошковой проволоки размещают нанокомпозиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы и наноразмерных частиц фторидов и редкоземельных металлов с размером частиц менее 1000 нм, а полость оболочки заполняют шихтой из смеси шлакообразующих, газообразующих, ионизирующих и легирующих компонентов.The purpose of the invention is achieved in that a nanocomposite coating consisting of a metal matrix and nanosized particles of fluorides and rare earth metals with a particle size of less than 1000 nm is placed on the surface of the cored wire, and the shell cavity is filled with a mixture of a mixture of slag-forming, gas-forming, ionizing and alloying components.
При плавлении покрытия образуется шлаковая пленка из фторидов, которая способствует уменьшению межфазного натяжения расплавленного металла (см. Лепинских Б.М., Манаков А.И. Физическая химия оксидных и оксифторидных расплавов. М.: Наука, 1977. - 192 с.). В результате этого снижается диаметр капель и увеличивается частота капельного перехода.When the coating is melted, a fluoride slag film is formed, which helps to reduce the interfacial tension of the molten metal (see Lepinskikh BM, Manakov AI Physical chemistry of oxide and oxyfluoride melts. M .: Nauka, 1977. - 192 p.). As a result, the diameter of the droplets decreases and the frequency of the droplet transition increases.
Содержащиеся в шихте ионизирующие компоненты, например углекислый калий, углекислый литий, углекислый натрий способствуют увеличению степени ионизации плазмы сварочной дуги и стабильности ее горения. Легирующие компоненты шихты, например ферросплавы FeMn, FeSi, FeTi, способствуют легированию сварочной ванны марганцем, кремнием, титаном, участвуют в реакциях раскисления, удаления оксидов, связывают вредные примеси серы и фосфора. Эти процессы приводят к увеличению прочности и пластичности наплавленного металла (см. Петров Г.Л. Сварочные материалы. М.: Машиностроение, 1972 г. - 280 с.).The ionizing components contained in the charge, for example, potassium carbonate, lithium carbonate, and sodium carbonate, increase the degree of plasma ionization of the welding arc and the stability of its combustion. The alloying components of the charge, for example, FeMn, FeSi, FeTi ferroalloys, facilitate the alloying of the weld pool with manganese, silicon, and titanium, participate in deoxidation and oxide removal reactions, and bind harmful impurities of sulfur and phosphorus. These processes lead to an increase in the strength and ductility of the deposited metal (see Petrov GL, Welding materials. M .: Engineering, 1972 - 280 p.).
Введение редкоземельных металлов (РЗМ) - церия, иттрия, лантана, скандия способствует улучшению механических свойств наплавленного металла за счет микролегирования и модифицирования микроструктуры. Наночастицы РЗМ имеют большую удельную поверхность, что способствует интенсивным металлургическим реакциям рафинирования за счет связывания остаточных газов, серы, фосфора в тугоплавкие соединения (см. Качанов Е.Б. Состояние и перспективы развития работ по жаропрочным сплавам для лопаток турбин. Технология легких сплавов, 2005, №1-4, с. 10-17).The introduction of rare-earth metals (REM) - cerium, yttrium, lanthanum, scandium helps to improve the mechanical properties of the deposited metal due to microalloying and modification of the microstructure. REM nanoparticles have a large specific surface area, which contributes to intense metallurgical refining reactions due to the binding of residual gases, sulfur, and phosphorus to refractory compounds (see E. Kachanov. Status and development prospects of work on heat-resistant alloys for turbine blades. Light alloy technology, 2005 , No. 1-4, p. 10-17).
Технология производства предлагаемой проволоки основана на применении известных в промышленности способов. Для изготовления порошковой проволоки применяют пластическую деформацию металлической ленты в прокатном стане с одновременной засыпкой шихты в сгибаемую ленту с последующим обжатием до формирования замкнутой оболочки с продольным стыком кромок. Затем полуфабрикат с шихтой подвергают волочению для уменьшения внешнего диаметра проволоки (см. Походня И.К. и др. Сварка порошковой проволокой. - Киев: Наукова думка, 1972, 224 с.).The production technology of the proposed wire is based on the use of methods known in the industry. For the manufacture of flux-cored wire, plastic deformation of a metal strip in a rolling mill is used with simultaneous filling of the charge into a bendable tape followed by compression to form a closed shell with a longitudinal joint of the edges. Then the semi-finished product with the charge is subjected to drawing to reduce the outer diameter of the wire (see Trekking I.K. et al. Flux-cored wire welding. - Kiev: Naukova Dumka, 1972, 224 p.).
Для нанесения нанокомпозиционного покрытия используют способ электрохимического нанесения композиционных покрытий из электролита, содержащего коллоидные наноразмерные частицы (см. Сайфуллин Р.С. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. М. Химия, 1972 г., 168 с. и Пул Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии. пер. с анл. М.: Техносфера, 2005. - 336 с.). Очищенную после волочения порошковую проволоку погружают в электролитическую ванну, которая содержит коллоидный раствор электролита с наноразмерными частицами размером менее 1000 нм в нужной концентрации. Порошковую проволоку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При действии электрополяризационных сил на поверхности проволоки осаждаются наноразмерные частицы фторидов и редкоземельных металлов, которые заращиваются положительными ионами восстановленного из электролита металла. Для равномерного распределения наноразмерных частиц в объеме электролита ванну продувают аргоном. В результате на проволоке образуется нанокомпозиционное покрытие толщиной 1-100 мкм с равномерно распределенными по объему матрицы нанодисперсными частицами. Внутреннее нанокомпозиционное покрытие наносят перед операцией пластической деформации на стальную ленту по аналогичной технологии.To apply nanocomposite coatings, the method of electrochemical deposition of composite coatings from an electrolyte containing colloidal nanosized particles is used (see Sayfullin RS Composite electrochemical coatings and materials. M. Chemistry, 1972, 168 pp. And Pul Ch., Owen F. Nanotechnology, trans. From English, Moscow: Tekhnosfera, 2005 .-- 336 p.). The flux-cored wire purified after drawing is immersed in an electrolytic bath, which contains a colloidal electrolyte solution with nanoscale particles less than 1000 nm in size at the desired concentration. The flux-cored wire is connected to the negative pole of the power source. Under the action of electric polarization forces, nanosized particles of fluorides and rare-earth metals are deposited on the surface of the wire, which are overgrown with positive ions of the metal recovered from the electrolyte. For uniform distribution of nanosized particles in the volume of the electrolyte, the bath is purged with argon. As a result, a nanocomposite coating 1–100 μm thick with nanodispersed particles uniformly distributed over the matrix volume is formed on the wire. An internal nanocomposite coating is applied before the plastic deformation operation on a steel strip using a similar technology.
В качестве примера применения предлагаемой наноструктурированной порошковой проволоки можно привести механизированную сварку пластин из стали Ст3сп толщиной 4; 6 мм.As an example of the application of the proposed nanostructured flux-cored wire, we can cite the mechanized welding of plates made of St3sp steel with a thickness of 4; 6 mm.
В качестве основы для изготовления оболочки проволоки применяли особо мягкую стальную холоднокатаную ленту толщиной 0,4 мм шириной 10 мм из стали 08кп по ГОСТ 3560-73. Стальную ленту помещали в прокатный стан, состоящий из вращающихся блоков с профильной поверхностью. Шихту состоящую из шлакообразующих, газообразующих, ионизирующих, легирующих компонентов системы: CaF2-СаСО3-К2СО3-FeMn засыпали в деформируемую ленту и формовали замкнутую оболочку круглого сечения с продольным стыком кромок диаметром 4,5 мм. Затем полуфабрикат из металлической оболочки с шихтой подвергали многократному волочению через систему твердосплавных фильер. В результате получили порошковую проволоку диаметром 1,6 мм. После обезжиривания порошковую проволоку помещали в электролитическую ванну, содержащую коллоидный раствор медьсодержащего электролита и наноразмерных частиц фторида лития LiF и оксида иттрия Y2O3. При выдержке проволоки в течение 5 минут на поверхности образовалось композиционное покрытие толщиной 10 мкм, состоящее из медной матрицы и наноразмерных частиц. Наноструктурированную порошковую проволоку испытывали при механизированной сварке в углекислом газе пластин из стали 3сп размером 150×300 мм толщиной 4; 6 мм с применением полуавтомата ПДГ-312-4 с источником питания ВДГ-303 и горелкой ESAB-PSF.As the basis for the manufacture of the wire sheath, a particularly soft steel cold-rolled strip with a thickness of 0.4 mm and a width of 10 mm from 08kp steel according to GOST 3560-73 was used. Steel tape was placed in a rolling mill, consisting of rotating blocks with a profile surface. The mixture consisting of slag-forming, gas-forming, ionizing, alloying components of the system: CaF 2 -CaCO 3 -K 2 CO 3 -FeMn was poured into a deformable tape and a closed circular shell with a longitudinal joint of edges with a diameter of 4.5 mm was formed. Then, the semi-finished product from the metal shell with the charge was subjected to repeated drawing through a system of carbide dies. As a result, a flux-cored wire with a diameter of 1.6 mm was obtained. After degreasing, the flux-cored wire was placed in an electrolytic bath containing a colloidal solution of a copper-containing electrolyte and nanosized particles of lithium fluoride LiF and yttrium oxide Y 2 O 3 . When the wire was held for 5 minutes, a composite coating with a thickness of 10 μm was formed on the surface, consisting of a copper matrix and nanosized particles. Nanostructured flux-cored wire was tested during mechanized welding in carbon dioxide of plates made of 3sp steel with a size of 150 × 300 mm, thickness 4; 6 mm using a semi-automatic PDG-312-4 with a power source VDG-303 and an ESAB-PSF burner.
Исследования капельного перехода производили при наплавке на вращающуюся трубу с помощью видеокамеры «PCI 8000S Motion Scope» с объективом «Lens-18-108» с частотой съемки 2000 Гц, светового излучателя из лампы HBO-200V OSRAM и выпуклой линзы, см. таблицу 1. Механические испытания образцов производили на разрывной машине «Zwick SM ZO50/TH3S» с помощью программы «TestXpert V 10.0», см. таблицу 2.Drip transition studies were carried out during surfacing on a rotating pipe using a PCI 8000S Motion Scope video camera with a Lens-18-108 lens with a shooting frequency of 2000 Hz, a light emitter from an HBO-200V OSRAM lamp and a convex lens, see table 1. Mechanical tests of the samples were carried out on a Zwick SM ZO50 / TH3S tensile testing machine using the TestXpert V 10.0 software, see table 2.
Таким образом, предлагаемая наноструктурированная порошковая проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в улучшении капельного перехода и механических свойств сварных соединений, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.Thus, the proposed nanostructured flux-cored wire provides a technical effect, which is expressed in improving the drip transition and the mechanical properties of welded joints, can be manufactured and applied using means known in the art, therefore, it has industrial applicability.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130154/02A RU2538875C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Nanostructured powder wire |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130154/02A RU2538875C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Nanostructured powder wire |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013130154A RU2013130154A (en) | 2015-01-10 |
| RU2538875C1 true RU2538875C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53278944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013130154/02A RU2538875C1 (en) | 2013-07-01 | 2013-07-01 | Nanostructured powder wire |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2538875C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608011C1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Modifier for welding materials |
| RU2687120C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное учреждение "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им. Н.Э. Баумана" | Filler powder for submerged arc welding |
| RU2687119C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное учреждение "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им. Н.Э. Баумана" | Filler powder wire for flux welding |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1696231A1 (en) * | 1987-02-09 | 1991-12-07 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Welding wire |
| DE102004031034A1 (en) * | 2003-06-25 | 2005-02-10 | Behr Gmbh & Co. Kg | Soldering flux used to coat thermally-conductive aluminum components in automobile industry, is made by addition of nanoparticles to base material |
| RU2355543C2 (en) * | 2007-07-09 | 2009-05-20 | Сергей Георгиевич Паршин | Composite electrode wire |
| RU2446930C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Flux-cored wire |
-
2013
- 2013-07-01 RU RU2013130154/02A patent/RU2538875C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1696231A1 (en) * | 1987-02-09 | 1991-12-07 | Институт Электросварки Им.Е.О.Патона | Welding wire |
| DE102004031034A1 (en) * | 2003-06-25 | 2005-02-10 | Behr Gmbh & Co. Kg | Soldering flux used to coat thermally-conductive aluminum components in automobile industry, is made by addition of nanoparticles to base material |
| RU2355543C2 (en) * | 2007-07-09 | 2009-05-20 | Сергей Георгиевич Паршин | Composite electrode wire |
| RU2446930C1 (en) * | 2010-12-15 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Flux-cored wire |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608011C1 (en) * | 2015-10-12 | 2017-01-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Modifier for welding materials |
| RU2687120C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное учреждение "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им. Н.Э. Баумана" | Filler powder for submerged arc welding |
| RU2687119C1 (en) * | 2018-11-23 | 2019-05-07 | Федеральное государственное автономное учреждение "Научно-учебный центр "Сварка и контроль" при МГТУ им. Н.Э. Баумана" | Filler powder wire for flux welding |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013130154A (en) | 2015-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2538875C1 (en) | Nanostructured powder wire | |
| CN105813802B (en) | flux for submerged arc welding | |
| RU2538228C1 (en) | Nanostructured welding wire | |
| RU2415742C2 (en) | Nanostructured composite wire | |
| JP2014534072A (en) | Electrodes for GMAW hybrid laser arc welding | |
| CN113784815B (en) | Flux-cored wire and welding method | |
| RU2539284C1 (en) | Nanostructured flux cord wire for underwater welding | |
| JP2013091082A (en) | Submerged arc welding method for low-temperature steel | |
| Shen et al. | Effects of CaF2 coating on the microstructures and mechanical properties of tungsten inert gas welded AZ31 magnesium alloy joints | |
| Tseng et al. | GTA welding assisted by mixed ionic compounds of stainless steel | |
| JP2016036855A (en) | Welding method for magnesium material | |
| RU2355543C2 (en) | Composite electrode wire | |
| Li et al. | Uniform design and optimization of active agent and technology research for A-TIG welding of 2219 aluminum alloy | |
| RU2643027C1 (en) | Flux for mechanized welding and overlaying of steels | |
| RU2538227C1 (en) | Nanostructured surfacing wire | |
| RU2518211C1 (en) | Powder wire | |
| RU2623981C2 (en) | Charge for wire circuit | |
| RU2544317C2 (en) | Nanostructured welding material | |
| RU2585605C1 (en) | Flux cored wire for underwater welding steels | |
| RU2536313C1 (en) | Flux cord wire for underwater welding by wet method | |
| JP6806109B2 (en) | Bond flux for submerged arc welding | |
| CN107030413A (en) | A flux-cored welding wire suitable for narrow-gap submerged arc welding of thick plate high-strength steel | |
| RU2226144C1 (en) | Activating material for welding and surfacing | |
| CN108581140A (en) | Gunmetal welding procedure | |
| JP5596572B2 (en) | Low hydrogen coated arc welding rod |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160702 |