RU2539284C1 - Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки - Google Patents
Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539284C1 RU2539284C1 RU2013135535/02A RU2013135535A RU2539284C1 RU 2539284 C1 RU2539284 C1 RU 2539284C1 RU 2013135535/02 A RU2013135535/02 A RU 2013135535/02A RU 2013135535 A RU2013135535 A RU 2013135535A RU 2539284 C1 RU2539284 C1 RU 2539284C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alkali metal
- flux
- welding
- cored wire
- mixture
- Prior art date
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000004907 flux Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910000616 Ferromanganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims abstract description 8
- DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N iron manganese Chemical compound [Mn].[Fe] DALUDRGQOYMVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims abstract 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims abstract 4
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 10
- 229910000288 alkali metal carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000008041 alkali metal carbonates Chemical class 0.000 claims description 6
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 3
- 150000004761 hexafluorosilicates Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 235000011182 sodium carbonates Nutrition 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 abstract description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 31
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 18
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 8
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- -1 halide salts Chemical class 0.000 description 2
- IOXPXHVBWFDRGS-UHFFFAOYSA-N hept-6-enal Chemical compound C=CCCCCC=O IOXPXHVBWFDRGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000012287 Prolapse Diseases 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 108010063123 alfare Proteins 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N chromium(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+3].[Cr+3] UOUJSJZBMCDAEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L manganese oxide Inorganic materials [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Mn+2] PPNAOCWZXJOHFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N manganese(2+);sulfide Chemical class [S-2].[Mn+2] VCTOKJRTAUILIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004021 metal welding Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J titanium tetrafluoride Chemical class [F-].[F-].[F-].[F-].[Ti+4] XROWMBWRMNHXMF-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- VRSRNLHMYUACMN-UHFFFAOYSA-H trilithium;hexafluoroaluminum(3-) Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[F-].[Al+3] VRSRNLHMYUACMN-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
Порошковая проволока может быть использована при механизированной и автоматической подводной сварке и наплавке металлических деталей. Порошковая проволока состоит из стальной оболочки и размещенной внутри нее шихты. На ее поверхности выполнено композиционное покрытие в виде медной матрицы с распределенными в ней наноразмерными частицами активирующего флюса, содержащего фторид щелочного металла. Шихта содержит компоненты в следующем соотношении, мас.%: рутиловый концентрат 24-38,5; двуокись кремния 1,5-6,6; гематит 2,8-16,5; железный порошок 32-45; ферромарганец 5-12; никель 1-3; карбонат щелочного металла 3-7; комплексный фторид щелочного металла 2-8. Порошковая проволока обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами, обеспечивает мелкокапельный переход, стабильность горения дуги и позволяет улучшить качество сварных соединений за счет активных металлургических реакций по связыванию водяного пара и водорода. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено при механизированной и автоматической подводной сварке и наплавке металлических деталей.
Известна композиционная электродная проволока для дуговой сварки и наплавки (см. Паршин С.Г., Паршин С.С. Композиционная электродная проволока. Патент РФ №2355543 от 09.07.2007 г., опубл. 20.05.2009 г.). Композиционная проволока состоит из металлической трубки с размещенной в ее полости смесью шлакообразующих и газообразующих компонентов. На поверхность металлической трубки нанесено композиционное покрытие, состоящее из металлической матрицы и распределенной в ней дисперсной фазы из активирующего флюса.
Указанная проволока обеспечивает мелкокапельный переход электродного металла и позволяет увеличить глубину проплавления металла. Однако проволока по прототипу предназначена для сварки в среде защитного газа и не может применяться для механизированного способа мокрой подводной сварки.
Известна наноструктурированная композиционная проволока для сварки или наплавки (см. Паршин С.Г., Паршин С.С. Наноструктурированная композиционная проволока. Патент РФ №2415742 от 30.06.2009 г., опубл. 10.04.20011 г., бюл.1), содержащая металлический стержень с композиционным покрытием из металлической матрицы и равномерно распределенных по ее объему наноразмерных трубок с активирующим флюсом. Указанная наноструктурированная проволока обладает хорошими сварочно-технологическими свойствами и позволяет улучшить характеристики капельного перехода, уменьшить диаметр капель, длительность коротких замыканий, увеличить частоту капельного перехода и глубину проплавления металла.
Однако наноструктурированная проволока предназначена для сварки в среде защитного газа, не имеет шлакообразующих компонентов и не может применяться для механизированной подводной сварки мокрым способом.
Известна порошковая проволока для сварки под водой при ремонте корпусов судов, восстановления трубопроводов и других гидротехнических сооружений (см. Гришанов А.А., Паньков В.И. Порошковая проволока для сварки сталей. Патент РФ №2012471, B23K 35/368 от 20.02.1992 г., опубл. 15.05.1994 г.), которая принята за прототип. Указанная проволока содержит стальную оболочку и порошкообразную шихту при следующем содержании компонентов, мас.%: рутиловый концентрат 28-35; гематит 16-25; железный порошок 30-40; двухромовокислый калий 0,5-2; марганец 5-7; силикокальций 1-2; никель 3,5-5.
Изобретение позволяет повысить качество сварных соединений за счет улучшения его механических свойств. Однако состав шихты по прототипу содержит повышенное количество раскислителей - марганца и силикокальция. При сварке указанные компоненты образуют мелкодисперсные оксиды марганца и кальция, которые выделяются в зоне горения дуги и формирования сварного шва. Выделение аэрозолей вызывает помутнение воды в зоне проведения сварочных работ, и сварщик под водой не может осуществлять визуальный контроль за плавлением металла и формированием сварного шва. Кроме того, при сварке указанной проволокой выделяются токсичные оксиды марганца и оксиды хрома, которые вредят экологии водной среды.
Другим существенным недостатком прототипа является повышенное поверхностное натяжение шлаковой системы, которое не позволяет установить мелкокапельный и струйный переход электродного металла при расплавлении стальной оболочки. При подводной сварке плавление порошковой проволоки происходит неравномерно с образованием крупнокапельного перехода с низкой частотой коротких замыканий около 3,5-13 Гц при длительности коротких замыканий около 0,004-0,02 с (см. Лебедев В.К., Проскудин В.П. Влияние характеристик источника питания на процесс сварки порошковой проволокой под водой // Автоматическая сварка, 1989. - №1. - С.1-5).
Крупнокапельный переход приводит к неравномерному плавлению порошковой проволоки, в результате чего тонкая стальная оболочка расплавляется быстрее, чем флюсовый сердечник. Это приводит к выпадению флюсового сердечника и удлинению дуги. В результате этого увеличивается напряжение дуги и уменьшается величина сварочного тока, что приводит к уменьшению глубины проплавления металла. Увеличение длины дуги вызывает уменьшение парциального давления смеси газов в парогазовом пузыре, что нарушает оттеснение воды из зоны сварки и газошлаковую защиту сварочной ванны.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение сварочно-технологических свойств порошковой проволоки и качества сварных соединений за счет изменения конструкции порошковой проволоки и химического состава шихты.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что порошковую проволоку изготавливают из стальной оболочки, внутри которой размещают порошкообразную шихту. В отличие от прототипа, на поверхности порошковой проволоки размещают нанокомпозиционное покрытие, состоящее из смеси металлической матрицы и наноразмерных частиц, а состав шихты имеет следующее содержание компонентов, мас.%: рутиловый концентрат 24-38,5; двуокись кремния 1,5-6,6; гематит 2,8-16,5; железный порошок 32-45; ферромарганец 5-12; никель 1-3; карбонат щелочного металла 3-7; комплексный фторид щелочного металла 2-8.
Такое сочетание известных и новых признаков позволяет улучшить сварочно-технологические свойства порошковой проволоки и качество сварных соединений при подводной сварке металлических изделий. Это становится возможным, поскольку порошковая проволока имеет нанокомпозиционное покрытие, содержащее наноразмерные частицы активирующего флюса. Расплавление стальной оболочки с композиционным покрытием из активирующего флюса требует увеличения энергетических затрат, поскольку частицы активирующего флюса состоят из галогенидных солей и оксидов с низкой энтальпией и высокой энергией диссоциации. Поэтому скорость плавления стальной оболочки уменьшается, что приводит к уменьшению длины дуги, погружению дуги в сварочную ванну, сокращению объема парогазового пузыря и увеличению парциального давления смеси газов в парогазовом пузыре. Это благоприятствует увеличению глубины проплавления металла и улучшает защиту сварочной ванны от проникновения воды. При расплавлении нанокомпозиционного покрытия на поверхности стальной оболочки образуется шлаковая пленка, которая снижает межфазное натяжение расплавленных капель стальной оболочки и приводит к образованию мелкокапельного перехода повышенной частоты.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется фиг.1, где показан вид порошковой проволоки с нанокомпозиционным покрытием. Предлагаемая проволока состоит из стальной оболочки 1, на которой располагается нанокомпозиционное покрытие 2, состоящее из металлической матрицы 3 с равномерно распределенными по объему матрицы наноразмерными частицами активирующего флюса 4. Внутренняя полость стальной оболочки заполнена порошкообразной шихтой 5.
Цель изобретения достигается тем, что на поверхность порошковой проволоки электролитическим способом наносят нанокомпозиционное покрытие, состоящее из смеси металла (металлической матрицы) и активирующего флюса (нанодисперсной фазы). Данное покрытие обеспечивает хороший электрический контакт проволоки с токоподводящим мундштуком горелки и эффективное воздействие на дугу активирующих компонентов покрытия, которые контрагируют дугу и увеличивают ее проплавляющую способность (Симоник А.Г., Петиашвили В.И., Иванов А.А. Эффект контракции дугового разряда при введении электроотрицательных элементов // Сварочное производство, 1976, №3, с.49). При плавлении покрытия образуется шлаковая пленка, которая снижает межфазное натяжение металла. Это уменьшает диаметр и массу капель, что улучшает капельный переход электродного металла в сварочную ванну.
Технология изготовления предлагаемой проволоки не требует сложного оборудования и может быть выполнена известным в промышленности способом (см. Сайфуллин Р.С. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. М., Химия, 1972 г., 168 с.). Очищенную порошковую проволоку погружают в электролитическую ванну, которая содержит взвешенные в электролите коллоидные частицы активирующего флюса в нужной концентрации. В зависимости от состава флюса и металлической матрицы для нанесения покрытий применяют сульфатный, солевой, цианидный или фосфатный электролиты. Порошковую проволоку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При действии поляризационных сил на поверхности порошковой проволоки осаждаются наноразмерные частицы активирующего флюса и одновременно положительные ионы восстановленного из электролита металла. Для равномерного распределения частиц в объеме электролита ванну продувают аргоном. В результате на проволоке образуется нанокомпозиционное покрытие толщиной 2-15 мкм с равномерно распределенными по объему матрицы наноразмерными частицами активирующего флюса. После нанесения покрытий порошковая проволока сушится и сматывается в бухты для применения при механизированной или автоматической сварке.
Состав шихты имеет рудно-кислую шлаковую систему, которая имеет низкую влагопроницаемость (см. Петров Г.Л. Сварочные материалы. М.: Машиностроение, 1972 г. - 280 с.). Основа рудно-кислого шлака состоит из рутила TiO2 с плотностью 4,2 г/см3, двуокиси кремния SiO2 с плотностью 2,6 г/см3, гематита Fe2O3 с плотностью 5,24 г/см3, поэтому имеет стекловидное плотное строение с пониженной вязкостью и поверхностным натяжением.
Это позволяет шлаку в расплавленном состоянии закрывать поверхность сварочной ванны и препятствовать проникновению воды и водорода в металл сварного шва, что улучшает формирование шва и снижает образование дефектов в наплавленном металле. Смачиванию сварочной ванны при высоких скоростях охлаждения под водой способствует низкая вязкость кислого шлака системы TiO2-SiO2 около 0,3 Нс/м2, которая дополнительно уменьшается за счет введения комплексного фторида щелочного металла.
Оптимальное содержание рутилового концентрата в шихте составляет, мас.%: 24-38,5, двуокиси кремния 1,5-6,6, гематита 2,8-16,5. Указанное соотношение шлакообразующих компонентов выбрано из условия достижения минимальной вязкости и поверхностного натяжения системы TiO2-SiO2 (см. Атлас шлаков. Пер. с нем. Металлургия, 1985 г., 208 с.) в целях улучшения капельного перехода и формирования сварного шва под водой. Кроме того, указанное соотношение TiO2-SiO2 обеспечивает однородность шлака, снижает вероятность его расслаивания (см. Торопов Н.А., Барзаковский В.П. Диаграммы состояния силикатных систем. Л.: Наука, 1969. - 822 с.), а также имеет минимальную температуру плавления (см. Подгаецкий В.В., Кузьменко В.Г. Сварочные шлаки. Киев, Наукова Думка. - 1988. - 256 с.)
При уменьшении содержания шлакообразующих компонентов ниже оптимального значения объем образующегося шлака является недостаточным для защиты сварочной ванны от проникновения воды, водорода и кислорода, что ухудшает формирование и качество сварного шва. При увеличении содержания шлакообразующих компонентов выше оптимального значения уменьшаются коэффициент наплавки и эффективность тепловложения, что снижает производительность процесса сварки.
Введение в состав шихты железного порошка способствует увеличению коэффициента наплавки и эффективности тепловложения, что увеличивает глубину проплавления и производительность процесса сварки. Оптимальное содержание железного порошка в шихте составляет, мас.%: 32-45. При уменьшении содержания железного порошка ниже оптимального значения снижаются коэффициент наплавки и эффективность тепловложения, что вызывает уменьшение глубины проплавления и производительности процесса сварки. При увеличении содержания железного порошка выше оптимального значения ухудшается шлаковая защита сварочной ванны, что ухудшает формирование шва, плотность наплавленного металла и сварочно-технологические свойства порошковой проволоки.
Введение в состав шихты ферромарганца при оптимальном содержании, мас.%: 5-12, способствует восстановлению железа через металлургические реакции раскисления оксидов железа, связыванию загрязнений в виде серы в тугоплавкие сульфиды марганца MnS. Это улучшает плотность наплавленного металла шва и его механические характеристики. При уменьшении содержания ферромарганца ниже оптимального значения ухудшаются механические характеристики сварного шва, а при увеличении содержания ферромарганца выше оптимального значения снижается прозрачность водной среды из-за роста количества выбросов аэрозолей.
Введение в состав шихты никеля при оптимальном содержании, мас.%: 1-3, улучшает механические характеристики сварного шва, способствует увеличению пластичности шва и росту коэффициента наплавки. При уменьшении содержания никеля ниже оптимального значения отсутствует эффект улучшения пластичности металла шва, а при увеличении содержания никеля выше оптимального значения ухудшаются формирование шва и плотность наплавленного металла.
Введение в состав шихты карбоната щелочного металла, например Li2CO3, при оптимальном содержании, мас. %: 3-7, способствует улучшению стабильности горения дуги за счет увеличения степени ионизации плазмы и увеличения парциального давления углекислого газа в парогазовом пузыре, что снижает концентрацию воды и водорода над сварочной ванной. Аналогичным влиянием обладают углекислые соли калия K2CO3 и натрия Na2CO3. При уменьшении содержания углекислой соли щелочного металла снижаются стабильность горения дуги, а при увеличении содержания снижется эффективность тепловложения и коэффициент наплавки.
Введение в состав шихты комплексного фторида щелочного металла, например гексафторалюмината натрия Na3AlF6 с низким поверхностным натяжением - около 130 мДж/м2, обеспечивает мелкокапельный перенос металла. Это эффект возникает в результате частичной диссоциации соединения по реакции: Na3AlF6=2NaF+NaAlF4. Тетрафторалюминат натрия NaAlF4 имеет низкую температуру плавления и низкое поверхностное натяжение - около 86,6 мДж/м2, концентрируется в поверхностном слое шлака и 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.
В результате разложения и испарения Na3AlF6 вокруг сварочной дуги образуются газообразные соединения NaF, AlF3, AlF2, AlF, которые изменяют химический состав атмосферы парогазового пузыря, образующегося при разложении воды сварочной дугой. Давление газообразных фторидов в парогазовом пузыре увеличивается с ростом концентрации AlF3, который обладает наиболее высокой упругостью пара. Насыщению парогазового пузыря фторидами способствуют реакции соединений NaF, AlF3, AlF2, AlF с двуокисью титана TiO2. При этом образуются фториды титана TiF4, TiF3, TiF2, которые имеют высокую химическую активность в реакциях по связыванию водорода. Аналогичное действие оказывает введение в состав шихты гексафторалюмината лития Li3AlF6, который при сварке диссоциирует на соединения LiF, AlF3, AlF2, AlF, а также гексафторалюмината калия K2AlF6, который сварке диссоциирует на соединения KF, AlF3, AlF2, AlF. Аналогичное влияние по связыванию воды и водорода оказывают гексафтортитанаты Na2TiF6 Li2TiF6, K2TiF6, гексафторсиликаты Na2SiF6 Li2SiF6, K2SiF6, гексафторцирконаты Na2ZrF6 Li2ZrF6, K2ZrF6.
Увеличение концентрации активного фтора в атмосфере газового пузыря позволяет эффективно связывать воду, молекулы и атомы водорода в нерастворимые в сварочной ванне газообразные соединения фтористого водорода HF.
Оптимальное содержание комплексного фторида щелочного металла составляет, мас.%: 2-8. При уменьшении содержания комплексного фторида щелочного металла ниже оптимального значения ухудшаются процесс расплавления порошковой проволоки и капельный переход, а также способность шихты к активному связыванию воды и водорода, что приводит к появлению дефектов в наплавленном металле шва. При увеличении содержания комплексного фторида щелочного металла выше оптимального значения ухудшаются стабильность горения дуги, шлаковая защита сварочной ванны, формирование шва и плотность наплавленного металла.
В качестве примера применения предлагаемой проволоки рассматривается механизированная дуговая сварка образцов из низкоуглеродистой стали размером 300×200 мм и толщиной 10 мм. Особо мягкую стальную ленту толщиной 0,2 мм, шириной 10 мм из стали 08кп помещали в прокатный стан, в котором формовали стальную оболочку диаметром 4,5 мм. Одновременно с формовкой внутрь стальной оболочки засыпали тонкоизмельченную шихту следующего состава, мас.%: рутиловый концентрат 30; двуокись кремния 3; гематит 12; железный порошок 35; ферромарганец 5; никель 3; углекислый литий 5; гексафторалюминат натрия 7. Затем проволоку методом последовательного волочения уменьшали до диаметра 1,6 мм. После обезжиривания проволоку пропускали через коллоидный раствор медьсодержащего электролита с частицами NaF размером менее 1000 нм. В результате получили порошковую проволоку с нанокомпозиционным покрытием толщиной 10 мкм.
Полученную порошковую проволоку с нанокомпозиционным покрытием использовали при механизированной дуговой сварке с применением источника питания «Магма-315У» с погружением на глубину 14 м в акватории Балтийского моря. Стыковое соединение пластин имело два симметричных скоса кромок с двух сторон, обозначение сварного соединения С25 по ГОСТ 14771-76. Заполнение разделки шва осуществляли за два прохода с каждой стороны при напряжении дуги 32-36 В при силе сварочного тока 230-270 А. Исследования капельного перехода произвели по осциллограммам напряжения е дуги и силы сварочного тока, которые измеряли с помощью компьютерного комплекса и программы «Diadem 10.1» с частотой 20000 Гц.
| Характеристики капельного перехода при подводной сварке с наноструктурированной порошковой проволокой | |||
| Тип порошковой проволоки | Частота коротких замыканий, Гц | Длительность коротких замыканий, с | Время паузы между КЗ, с |
| Без покрытия | 7-10 | 0,005-0,0625 | 0,05-0,13 |
| С покрытием Cu + NaF | 16-21 | 0,0007-0,0028 | 0,034-0,09 |
Порошковая проволока с шихтой указанного состава имела стабильное горение дуги, устойчивый мелкокапельный перенос, обеспечивала мелкочешуйчатое плавное формирование сварных валиков, хорошую шлаковую защиту сварочной ванны.
Таким образом, предлагаемая порошковая проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в улучшении капельного перехода, стабильности горения дуги и формирования сварного шва при подводной сварке, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.
Claims (3)
1. Порошковая проволока для подводной сварки, состоящая из стальной оболочки и размещенной внутри нее шихты, содержащей рутиловый концентрат, гематит, железный порошок, ферромарганец, никель, отличающаяся тем, что на ее поверхности размещено композиционное покрытие в виде медной матрицы с распределенными в ней наноразмерными частицами активирующего флюса, содержащего фторид щелочного металла, при этом шихта дополнительно содержит двуокись кремния, карбонат щелочного металла и комплексный фторид щелочного металла при следующем содержании компонентов, мас.%:
рутиловый концентрат 24-38,5
двуокись кремния 1,5-6,6
гематит 2,8-16,5
железный порошок 32-45
ферромарганец 5-12
никель 1-3
карбонат щелочного металла 3-7
комплексный фторид щелочного металла 2-8
2. Порошковая проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве карбоната щелочного металла шихта содержит соединение или смесь соединений, выбранных из группы карбонатов лития, калия, натрия.
3. Порошковая проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве комплексного фторида щелочного металла шихта содержит соединение или смесь соединений, выбранных из группы гексафторалюминатов, гексафтортитанатов, гексафторсиликатов, гексафторцирконатов щелочных металлов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013135535/02A RU2539284C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013135535/02A RU2539284C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2539284C1 true RU2539284C1 (ru) | 2015-01-20 |
Family
ID=53288478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013135535/02A RU2539284C1 (ru) | 2013-07-29 | 2013-07-29 | Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539284C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104842086A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-19 | 安徽鼎恒再制造产业技术研究院有限公司 | 一种焊接用纳米焊层及其制备方法 |
| CN109158796A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-08 | 郑州大学 | 一种桥梁钢Q690qE配套药芯焊丝 |
| RU2723863C1 (ru) * | 2019-08-05 | 2020-06-17 | Общество с ограниченной ответственностью Новые перспективные продукты Технология | Проволока с наполнителем для внепечной обработки металлургических расплавов |
| CN119589204A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-03-11 | 哈尔滨威尔焊接有限责任公司 | 一种辊模拉拔涂层焊丝及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989008531A1 (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-21 | Niinivaara Ensi Kyoesti Juhani | Welding rod for underwater welding |
| US5236517A (en) * | 1992-08-28 | 1993-08-17 | Electric Power Research Institute | Flux formulation for underwater wet flux-cored arc welding of nickel-based and austenitic stainless steels |
| RU2012471C1 (ru) * | 1992-02-20 | 1994-05-15 | Аркадий Александрович Гришанов | Порошковая проволока для сварки под водой |
| UA19627A (ru) * | 1994-12-19 | 1997-12-25 | Аркадій Олександрович Гришанов | порошковая Проволока для сварки под водой |
| UA109980U (uk) * | 2016-02-08 | 2016-09-26 | Державний Вищий Навчальний Заклад "Криворізький Національний Університет" | Аспіраційний колектор-пилоуловлювач |
-
2013
- 2013-07-29 RU RU2013135535/02A patent/RU2539284C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989008531A1 (en) * | 1988-03-09 | 1989-09-21 | Niinivaara Ensi Kyoesti Juhani | Welding rod for underwater welding |
| RU2012471C1 (ru) * | 1992-02-20 | 1994-05-15 | Аркадий Александрович Гришанов | Порошковая проволока для сварки под водой |
| US5236517A (en) * | 1992-08-28 | 1993-08-17 | Electric Power Research Institute | Flux formulation for underwater wet flux-cored arc welding of nickel-based and austenitic stainless steels |
| UA19627A (ru) * | 1994-12-19 | 1997-12-25 | Аркадій Олександрович Гришанов | порошковая Проволока для сварки под водой |
| UA109980U (uk) * | 2016-02-08 | 2016-09-26 | Державний Вищий Навчальний Заклад "Криворізький Національний Університет" | Аспіраційний колектор-пилоуловлювач |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104842086A (zh) * | 2015-05-09 | 2015-08-19 | 安徽鼎恒再制造产业技术研究院有限公司 | 一种焊接用纳米焊层及其制备方法 |
| CN109158796A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-08 | 郑州大学 | 一种桥梁钢Q690qE配套药芯焊丝 |
| CN109158796B (zh) * | 2018-10-23 | 2020-10-02 | 郑州大学 | 一种桥梁钢Q690qE配套药芯焊丝 |
| RU2723863C1 (ru) * | 2019-08-05 | 2020-06-17 | Общество с ограниченной ответственностью Новые перспективные продукты Технология | Проволока с наполнителем для внепечной обработки металлургических расплавов |
| US12203146B2 (en) | 2019-08-05 | 2025-01-21 | Research And Development Center Npp, Limited Liability Company | Cored wire for out-of-furnace treatment of metallurgical melts |
| CN119589204A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-03-11 | 哈尔滨威尔焊接有限责任公司 | 一种辊模拉拔涂层焊丝及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101177217B1 (ko) | 경화 육성용 ｍｉｇ 아크 용접 와이어 및 경화 육성용 ｍｉｇ 아크 용접 방법 | |
| CN102655978B (zh) | 可全位置焊接的气体保护电弧焊接用药芯焊丝 | |
| EP2110195A2 (en) | Pure ar gas shielded welding MIG flux-cored wire and MIG arc welding method | |
| US11426824B2 (en) | Aluminum-containing welding electrode | |
| EP3045259B1 (en) | Flux-cored wire for ar-co2 mixed gas shielded arc welding | |
| RU2539284C1 (ru) | Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки | |
| JP2015217393A (ja) | 炭酸ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ | |
| KR102764193B1 (ko) | 플럭스 함유 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법 | |
| JP2015080811A (ja) | Ａｒ−ＣＯ２混合ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ | |
| RU2415742C2 (ru) | Наноструктурированная композиционная проволока | |
| US10799974B2 (en) | Electrodes for forming austenitic and duplex steel weld metal | |
| JP5869066B2 (ja) | 多電極片面サブマージアーク溶接用ボンドフラックス | |
| WO2006132373A1 (ja) | 溶接ワイヤと溶接方法 | |
| CN111819029A (zh) | 药芯焊丝的制造方法、药芯焊丝以及焊接接头的制造方法 | |
| KR20150104558A (ko) | 튜브형 용접 와이어의 제조 방법 | |
| RU2538228C1 (ru) | Наноструктурированная сварочная проволока | |
| RU2595161C2 (ru) | Порошковая проволока для механизированной подводной сварки | |
| RU2355543C2 (ru) | Композиционная электродная проволока | |
| JP2015139784A (ja) | ２電極水平すみ肉ガスシールドアーク溶接方法 | |
| CN105057925B (zh) | 一种角焊用金属粉芯型无缝药芯焊丝 | |
| RU2585605C1 (ru) | Порошковая проволока для подводной сварки сталей | |
| KR102258750B1 (ko) | 내식성 용접 전극을 위한 시스템 및 방법 | |
| RU2536313C1 (ru) | Порошковая проволока для подводной сварки мокрым способом | |
| KR101091469B1 (ko) | 순수 Ａｒ 실드 가스 용접용 ＭＩＧ 플럭스 코어드 와이어 및 ＭＩＧ 아크용접 방법 | |
| JP5280060B2 (ja) | ガスシールドアーク溶接方法 |