RU2415742C2 - Наноструктурированная композиционная проволока - Google Patents
Наноструктурированная композиционная проволока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415742C2 RU2415742C2 RU2009125088/02A RU2009125088A RU2415742C2 RU 2415742 C2 RU2415742 C2 RU 2415742C2 RU 2009125088/02 A RU2009125088/02 A RU 2009125088/02A RU 2009125088 A RU2009125088 A RU 2009125088A RU 2415742 C2 RU2415742 C2 RU 2415742C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- welding
- wire
- composite
- coat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Metal Extraction Processes (AREA)
- Fuses (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Предлагаемое изобретение может быть использовано при дуговой сварке и наплавке металлических деталей. Нанесенное на металлический стержень композиционное покрытие содержит наноразмерные трубки с активирующим флюсом в их полости, которые распределены равномерно в объеме металлической матрицы. Гигроскопичные компоненты активирующего флюса изолированы от контакта с атмосферой металлической матрицей и стенками наноразмерных трубок. Композиционная проволока может содержать металлическое покрытие, нанесенное на поверхность металлического стержня и/или на поверхность композиционного покрытия. Активирующие компоненты покрытия контрагируют сварочную дугу, увеличивают ее проплавляющую способность, что приводит к увеличению глубины проплавления металла и производительности процесса сварки. Композиционное покрытие обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, что позволяет обеспечить надежный электрический контакт с токоподводящим мундштуком сварочной горелки при длительном протекании сварочного тока большой величины. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится преимущественно к машиностроению и может быть применено при сварке и наплавке металлических деталей в среде защитного газа.
Известна проволока для сварки в среде защитных газов (Ульянов В.И., Гречанюк Н.И., Кривасов А.К. и др. Авторское свидетельство СССР № 1061962, В23К 35/02 от 17.05.82 г. Бюл. № 47 от 23.12.83 г.), содержащая антикоррозионное металлическое покрытие толщиной 1-100 мкм из титана, ферротитана или сплава титана с алюминием. Указанная проволока позволяет уменьшить разбрызгивание электродного металла при сварке в среде углекислого газа, уменьшить образование газовых пор и обеспечить струйный перенос электродного металла при высоких значениях сварочного тока 380-400 А. Однако покрытие указанной проволоки не имеет активирующего флюса и не способно увеличить глубину проплавления металла. Кроме того, указанная проволока не может обеспечить струйный перенос электродного металла при низких значениях сварочного тока.
Известна сварочная электродная проволока (Патон Б.Е., Воропай Н.М., Никифоров Б.А. и др. Сварочная электродная проволока. В23К 35/06, 35/10. Авторское свидетельство СССР № 1696231 от 09.02.1987 г. Бюл. № 45 от 07.12.1991 г.). 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 также не имеет в составе активирующего флюса и не способна увеличить глубину проплавления металла. Кроме того, изготовление проволоки отличается повышенной трудоемкостью, что увеличивает стоимость проволоки.
Известна сварочная активированная проволока для сварки и наплавки (Паршин С.Г., Паршин С.С. Сварочная активированная проволока. МПК7 В23К 35/365, В23К 35/04. Патент РФ № 2294272 от 01.11.2005 г. Бюл. № 6 от 27.02.2007 г.), которая принята за прототип. Указанная проволока состоит из металлического стержня и нанесенного на стержень композиционного покрытия с активирующим флюсом. Покрытие выполнено в виде электролитически полученного микрокомпозита, включающего металлическую матрицу с равномерно распределенной в ней дисперсной фазой из порошка активирующего флюса. Активированная проволока позволяет увеличить глубину проплавления металла и улучшить капельный перенос электродного металла в сварочную ванну. Однако проволока по прототипу выполнена из мелкодисперсного порошка флюса с размером частиц 10-100 мкм, что увеличивает пористость композиционного покрытия и приводит к абсорбции влаги при использовании гигроскопичных компонентов флюса.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение глубины проплавления металла и улучшение капельного перехода электродного металла за счет нанесения на поверхность проволоки композиционного покрытия.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на сварочной проволоке размещают композиционное покрытие, полученное электролитическим и газофазным осаждением. В отличие от прототипа, дисперсной фазой являются заполненные активирующим флюсом наноразмерные трубки, которые распределяются равномерно по объему металлической матрицы. Активирующий флюс, состоящий из солей, вводят внутрь полости наноразмерных трубок с помощью химического газофазного осаждения. В качестве металлической матрицы используют металл, например медь Cu, молибден Мо, титан Ti, алюминий Al, никель Ni, хром Cr. В качестве наноразмерных трубок применяют металлические нанотрубки или углеродные нанотрубки, которые осаждаются на поверхность проволоки электролитическим способом [см. Юровская М.А., Сидоров Л.Н. Фуллерены. - М.: Экзамен, 2005,_ 688 с. и Викарчук А.А., Довженко О.А., Костин В.И. и др. Пентагональные нанотрубки, формирующиеся при электрокристаллизации металлов // Материаловедение - 2005, № 3, с.42-47].
Такое сочетание известных и новых признаков позволяет увеличить глубину проплавления металла, улучшить капельный переход и уменьшить способность гигроскопичных компонентов флюса к влагопоглощению. Это становится возможным, поскольку композиционное покрытие содержит наноразмерные частицы активирующего флюса, которые контрагируют сварочную дугу и снижают межфазное натяжение металла. Наноразмерные трубки с флюсом распределены равномерно в объеме металлической матрицы, поэтому композиционное покрытие обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью [см. Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. М.: Химия, 1990 г., 239 с.]. Это позволяет обеспечить надежный электрический контакт с токоподводящим мундштуком горелки при длительном протекании сварочного тока большой величины.
При этом гигроскопичные компоненты активирующего флюса изолируются от контакта с атмосферой металлической матрицей и стенками наноразмерных трубок.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежом, где показан вид проволоки с металлическим и композиционным покрытием. Предлагаемая проволока состоит из металлического стержня 1, на котором располагается внутреннее металлическое покрытие 2, композиционное покрытие 3 и внешнее металлическое покрытие 4. Композиционное покрытие 3 состоит из металлической матрицы 5 с равномерно распределенными по объему матрицы наноразмерными трубками 6, в полости которых содержится активирующий флюс 7. Наноразмерные трубки могут иметь пентагональную - а), гексагональную - б) или овальную форму - в). Перед нанесением композиционного покрытия на поверхность сварочной проволоки может наноситься внутреннее металлическое покрытие 2. После нанесения композиционного покрытия на его поверхность может наноситься внешнее металлическое покрытие 4.
Цель изобретения достигается тем, что на поверхность сварочной проволоки электролитическим и химическим газофазным способом наносят композиционное покрытие, состоящее из смеси металла (металлической матрицы) и наноразмерных трубок (дисперсной фазы), в полости которых размещают активирующий флюс. Указанные покрытия обеспечивают 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 увеличивает частоту образования капель и уменьшает диаметр капель электродного металла, что улучшает стабильность горения дуги и формирования сварного шва.
Технология изготовления предлагаемой проволоки может быть выполнена известными в промышленности способами [см. Сайфуллин Р.С. Композиционные электрохимические покрытия и материалы. М.: Химия, 1972 г., 168 с. и Аварбэ Р.Г., Нешнор В.С., Шарупин Б.Н. Химическое газофазное осаждение тугоплавких неорганических материалов. Л.: Химия, 1976, с.3-101]. Очищенную сварочную проволоку погружают в электролитическую ванну, которая содержит водный раствор электролита в нужной концентрации. Сварочную проволоку подключают к отрицательному полюсу источника питания. При высокой плотности тока на поверхности сварочной проволоки формируются наноразмерные трубки. После образования наноразмерных трубок сварочную проволоку промывают, сушат и помещают в газовую камеру, через которую пропускают газовый поток, образующийся в результате нагрева и испарения фторидов и хлоридов активирующего флюса. Газовый поток проходит через полости наноразмерных трубок и конденсируется на внутренних стенках трубок, заполняя полость трубок наноразмерными кристаллами активирующего флюса. После химической обработки проволоку с заполненными наноразмерными трубками погружают повторно в электролитическую ванну для осаждения металлической матрицы, которая заполняет свободное пространство между наноразмерных трубок. В результате на проволоке образуется микрокомпозиционное покрытие толщиной 0,25-100 мкм с равномерно распределенными по объему матрицы наноразмерными трубками с активирующим флюсом. После нанесения покрытий проволока сушится и сматывается в бухты для применения при механизированной или автоматической сварке.
В качестве примера применения предлагаемой проволоки можно привести наплавку наноструктурированной композиционной проволокой на трубу диаметром 273 мм толщиной 10 мм из углеродистой стали. Сварочную проволоку Св-08Г2С диаметром 1,6 мм помещали в электролитическую ванну, содержащую раствор медьсодержащего электролита при температуре 50°С. При выдержке проволоки в течение 1 часа при плотности тока j=0,05 А/дм2 на поверхности проволоки образовывались медные наноразмерные трубки пентагональной формы диаметром до 100 нм и длиной до 500-1000 нм. Полученную проволоку с осажденными наноразмерными трубками промывали, сушили и подвергали химической обработке в газовой камере, через которую пропускали газообразный активирующий флюс, образующийся при испарении кристаллов CaF2, BaF2, SrF2, AlF3, NaF при давлении 2,5×105 Па. После химической газофазной обработки проволоку погружали в электролитическую ванну и наносили медную матрицу, образуя композиционное покрытие толщиной 10 мкм.
Наноструктурированную композиционную проволоку испытывали при автоматической наплавке пластин из низкоуглеродистой стали в среде аргона и углекислого газа. Среднюю глубину проплавления Нпр определяли по поперечным макрошлифам после травления в азотной кислоте. При сварке в среде углекислого газа при скорости подачи проволоки 5 м/мин и установочном напряжении источника питания 45 В глубина проплавления стали увеличилась на 26,9-33,3%. В среде аргона при скорости подачи проволоки 5 м/мин и установочном напряжении источника питания 45 В глубина проплавления стали увеличилась на 36,8-53,8%, см. табл.1.
Таблица 1 | ||||||||
Средняя глубина проплавления при наплавке наноструктурированной композиционной проволокой Св-08Г2С диаметром 1,6 мм | ||||||||
Наименование проволоки | Нпр, мм при скорости сварки, см/мин в среде аргона | Нпр, мм при скорости сварки, см/мин в среде углекислого газа | ||||||
30 | 40 | 50 | 60 | 30 | 40 | 50 | 60 | |
Обыкновенная проволока без флюса | 2,8 | 2,4 | 2,1 | 1,9 | 3,5 | 3 | 2,7 | 2,2 |
Наноструктурированная проволока с флюсом CaF2-BaF2-SrF2 | 4 | 3,6 | 3 | 2,5 | 4,6 | 4 | 3,3 | 2,8 |
Исследования капельного перехода производили с помощью видеокамеры «PCI 8000S Motion Scope» с частотой съемки 2000 кадров в секунду при наплавке на трубу диаметром 273 мм с толщиной стенки 10 мм. При сварке в среде аргона и углекислого газа применение наноструктурированной композиционной проволоки обеспечило устойчивый струйный перенос электродного металла при значении сварочного тока 75-115 А. Также уменьшилась длительность коротких замыканий и время паузы между короткими замыканиями, см. табл.2, 3.
Таким образом, предлагаемая наноструктурированная композиционная проволока обеспечивает технический эффект, который выражается в увеличении глубины проплавления металла и улучшении переноса электродного металла, может быть изготовлена и применена с использованием известных в технике средств, следовательно, она обладает промышленной применимостью.
Claims (3)
1. Композиционная проволока для сварки или наплавки, содержащая металлический стержень с композиционным покрытием, отличающаяся тем, что покрытие состоит из металлической матрицы и равномерно распределенных по ее объему наноразмерных трубок, в полости которых размещен активирующий флюс.
2. Композиционная проволока по п.1, отличающаяся тем, что наноразмерные трубки имеют пентагональную, гексагональную или овальную форму.
3. Композиционная проволока по п.1 или 2, отличающаяся тем, она содержит металлическое покрытие, нанесенное на поверхность металлического стержня и/или на поверхность композиционного покрытия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125088/02A RU2415742C2 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Наноструктурированная композиционная проволока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009125088/02A RU2415742C2 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Наноструктурированная композиционная проволока |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009125088A RU2009125088A (ru) | 2011-01-10 |
RU2415742C2 true RU2415742C2 (ru) | 2011-04-10 |
Family
ID=44052278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009125088/02A RU2415742C2 (ru) | 2009-06-30 | 2009-06-30 | Наноструктурированная композиционная проволока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415742C2 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014063222A1 (en) | 2012-10-24 | 2014-05-01 | Liburdi Engineering Limited | A composite welding wire and method of manufacturing |
RU2538228C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированная сварочная проволока |
RU2538227C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированная наплавочная проволока |
RU2544317C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированный сварочный материал |
RU2603936C1 (ru) * | 2015-05-19 | 2016-12-10 | Сергей Георгиевич Паршин | Сварочная проволока с нанокомпозиционным покрытием для сварки высокопрочных сталей |
RU2610374C2 (ru) * | 2015-05-19 | 2017-02-09 | Сергей Георгиевич Паршин | Сварочная композиционная проволока для дуговой сварки трубных и криптоустойчивых сталей |
RU185093U1 (ru) * | 2017-07-05 | 2018-11-21 | Андрей Витальевич Андреев | Биметаллическая проволока |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10702953B2 (en) | 2014-10-15 | 2020-07-07 | Liburdi Engineering Limited | Composite welding wire and method of manufacturing |
-
2009
- 2009-06-30 RU RU2009125088/02A patent/RU2415742C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014063222A1 (en) | 2012-10-24 | 2014-05-01 | Liburdi Engineering Limited | A composite welding wire and method of manufacturing |
RU2613006C2 (ru) * | 2012-10-24 | 2017-03-14 | Либурди Инжиниринг Лимитед | Композиционная сварочная проволока |
RU2538228C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированная сварочная проволока |
RU2538227C1 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированная наплавочная проволока |
RU2544317C2 (ru) * | 2013-07-01 | 2015-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Северо-Западный институт сварки и наноматериалов" (ООО "ИСНАНО") | Наноструктурированный сварочный материал |
RU2603936C1 (ru) * | 2015-05-19 | 2016-12-10 | Сергей Георгиевич Паршин | Сварочная проволока с нанокомпозиционным покрытием для сварки высокопрочных сталей |
RU2610374C2 (ru) * | 2015-05-19 | 2017-02-09 | Сергей Георгиевич Паршин | Сварочная композиционная проволока для дуговой сварки трубных и криптоустойчивых сталей |
RU185093U1 (ru) * | 2017-07-05 | 2018-11-21 | Андрей Витальевич Андреев | Биметаллическая проволока |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009125088A (ru) | 2011-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2415742C2 (ru) | Наноструктурированная композиционная проволока | |
KR102267993B1 (ko) | 관형 용접 와이어,용접 방법 및 용접 시스템 | |
CN103920965B (zh) | 用于焊接电极的系统和方法 | |
RU2294272C1 (ru) | Сварочная активированная проволока | |
JP2015514584A (ja) | 溶接電極用のシステムおよび方法 | |
JP6247213B2 (ja) | Gmawハイブリッドレーザアーク溶接用の電極 | |
JP2020124746A (ja) | 被覆溶接ワイヤ | |
TWI496959B (zh) | Surface treatment of metallic materials and metal materials | |
JP2019063870A (ja) | アルミニウム含有溶接電極 | |
Rana et al. | Augmentation of weld penetration by flux assisted TIG welding and its distinct variants for oxygen free copper | |
RU2538228C1 (ru) | Наноструктурированная сварочная проволока | |
RU2416504C2 (ru) | Композиционная сварочная проволока | |
RU2539284C1 (ru) | Наноструктурированная порошковая проволока для подводной сварки | |
JP2016510260A (ja) | 中空溶接ワイヤを製造する方法 | |
RU2466218C1 (ru) | Способ микродугового получения композиционного покрытия на алюминии и его сплавах | |
RU2355543C2 (ru) | Композиционная электродная проволока | |
TWI472424B (zh) | A metal material, a surface treatment method of a metal material, a method of manufacturing a water repellent material using a metal material as a substrate, and a manufacturing apparatus for a metal material | |
CN106413965B (zh) | 手工焊条 | |
TWI655988B (zh) | 管狀抗蝕焊線 | |
CN100500948C (zh) | 线材的电镀方法、电镀装置及电镀线材 | |
RU2538227C1 (ru) | Наноструктурированная наплавочная проволока | |
JP2016179484A (ja) | 亜鉛めっき鋼板の溶接方法 | |
TWI840459B (zh) | 焊接系統及形成焊接的方法 | |
WO2024095613A1 (ja) | ガスシールドアーク溶接方法および溶接継手の製造方法 | |
RU2790853C2 (ru) | Способ электролитно-плазменной сварки изделий из алюминия или его сплавов со сталью |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110701 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20121010 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140701 |