RU2478029C2 - Composite wire for arc welding and building up - Google Patents

Composite wire for arc welding and building up Download PDF

Info

Publication number
RU2478029C2
RU2478029C2 RU2011125559/02A RU2011125559A RU2478029C2 RU 2478029 C2 RU2478029 C2 RU 2478029C2 RU 2011125559/02 A RU2011125559/02 A RU 2011125559/02A RU 2011125559 A RU2011125559 A RU 2011125559A RU 2478029 C2 RU2478029 C2 RU 2478029C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aluminum
nickel
components
composite wire
refractory
Prior art date
Application number
RU2011125559/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011125559A (en
Inventor
Юрий Николаевич Дубцов
Илья Васильевич Зорин
Геннадий Николаевич Соколов
Владимир Ильич Лысак
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
Priority to RU2011125559/02A priority Critical patent/RU2478029C2/en
Publication of RU2011125559A publication Critical patent/RU2011125559A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478029C2 publication Critical patent/RU2478029C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Nonmetallic Welding Materials (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention may be used for electric arc welding and building up of complex-alloyed refractory alloys based of nickel aluminide Ni3Al. Composite wire consists of two-layer shell, outer nickel and inner aluminium layers shell to accommodate fusion alloying components, and wire components and tapes. Interlayer of the mix of ultrafine refractory compounds with binder is arranged between shell layers.
EFFECT: guaranteed transfer of refractory components into molten pool via low temperature region of reaction area.
3 cl, 4 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к сварочным и наплавочным материалам, в частности к композиционным проволокам, применяющимся в металлургическом, нефтехимическом, атомно-энергетическом и общем машиностроении, а также при производстве летательных аппаратов и может быть использовано для электродуговой наплавки сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе алюминида никеля Ni3Аl.The invention relates to welding and surfacing materials, in particular to composite wires used in metallurgical, petrochemical, nuclear power and general engineering, as well as in the manufacture of aircraft and can be used for electric arc welding of complex alloyed heat-resistant alloys based on nickel aluminide Ni 3 Al .

Известна порошковая проволока (авторское свидетельство СССР №1722756, В23K 35/40, опубл. Бюл. №12, 1992 г.), конструкция которой содержит, по крайней мере, две оболочки с заданным соотношением (0,12-0,30) между их толщинами и шихту, находящуюся во внутренней оболочке.Known flux-cored wire (USSR author's certificate No. 1722756, B23K 35/40, publ. Bull. No. 12, 1992), the design of which contains at least two sheaths with a given ratio (0.12-0.30) between their thicknesses and the charge located in the inner shell.

Для получения наплавленного металла на основе Ni3Аl с использованием проволоки такой конструкции слои оболочки можно изготовить из никеля и алюминия. Но для обеспечения стехиометрического соотношения между массами никеля и алюминия необходимо выйти за допустимые пределы толщин слоев оболочки проволоки, оговоренные в а.с. №1722756.To obtain a deposited metal based on Ni 3 Al using a wire of this design, the shell layers can be made of nickel and aluminum. But to ensure a stoichiometric ratio between the masses of nickel and aluminum, it is necessary to go beyond the permissible limits of the thicknesses of the layers of the wire sheath specified in A.S. No. 1722756.

Кроме того, если порошки алюминия и никеля ввести в состав шихты проволоки, то кислород, содержащийся в минералах, обусловит существенное снижение свойств наплавленного металла.In addition, if aluminum and nickel powders are introduced into the composition of the wire charge, then the oxygen contained in the minerals will cause a significant decrease in the properties of the deposited metal.

Известна электродная проволока (патент Россия, №2355543, В23K 35/368), В23K 35/10, опубл. 20.05.2009 г.), состоящая из металлической трубки и наполнителя. На наружной и внутренней поверхностях трубки расположены слои композиционного покрытия толщиной до 100 мкм, представляющего собой смесь одного из металлов (никель, медь, титан, хром, алюминий, молибден) с частицами активирующего флюса (оксидов и солей). Наполнитель металлической трубки содержит смесь шлако- и газообразующих компонентов. Такая конструкция за счет использования компонентов активирующего флюса позволяет контрагировать сварочную дугу, что способствует увеличению ее проплавляющей способности. Кроме того, образующийся при расплавлении покрытия шлаковый расплав снижает межфазное натяжение, что обусловливает улучшение капельного переноса электродного металла в сварочную ванну.Known electrode wire (patent of Russia, No. 2355543, B23K 35/368), B23K 35/10, publ. May 20, 2009), consisting of a metal tube and a filler. On the outer and inner surfaces of the tube there are layers of a composite coating up to 100 microns thick, which is a mixture of one of the metals (nickel, copper, titanium, chromium, aluminum, molybdenum) with particles of activating flux (oxides and salts). The metal tube filler contains a mixture of slag and gas-forming components. This design through the use of components of the activating flux allows you to counteract the welding arc, which helps to increase its penetrating ability. In addition, the slag melt formed during melting of the coating reduces interfacial tension, which leads to an improvement in the droplet transfer of electrode metal into the weld pool.

Использование данной конструкции для получения в наплавленном металле и сварных швах сплавов на основе Ni3Al требует изготовления трубки из компонентов интерметаллического соединения (например, никеля как элемента, имеющего наибольшую массовую долю в соединении). В этом случае необходимо, чтобы масса трубки находилась в стехиометрическом соотношении с массой второго компонента (алюминия), который может быть введен через композиционное покрытие или шихту наполнителя. Однако в процессе плавления проволоки это обусловит интенсивное окисление алюминия шлако- и газообразующими компонентами, содержащимися как в активирующем флюсе, так и в шихте проволоки. Кроме того, использование в наполнителе проволоки только шлако- и газообразующих компонентов обусловливает пониженное значение коэффициента наплавки.Using this design to produce Ni 3 Al-based alloys in weld metal and welds requires the manufacture of a tube from components of an intermetallic compound (for example, nickel as the element having the largest mass fraction in the joint). In this case, it is necessary that the mass of the tube be in a stoichiometric ratio with the mass of the second component (aluminum), which can be introduced through the composite coating or charge of the filler. However, in the process of melting the wire, this will lead to the intense oxidation of aluminum by slag and gas-forming components contained both in the activating flux and in the charge of the wire. In addition, the use of only slag and gas-forming components in the wire filler results in a lower value of the deposition coefficient.

Наиболее близким к предлагаемому объекту является конструкция композиционной проволоки для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Аl (патент РФ №2274536, МПК В23K 35/40, опубл. 20.04.2006 г.), имеющая двухслойную оболочку, наружный слой которой изготовлен из никеля, а внутренний из алюминия. Внутренний объем проволоки содержит шихту из никеля и алюминия, а также расположенные коаксиально оболочке проволочные компоненты тантала, вольфрама и молибдена. Стехиометрическое соотношение между массами никеля и алюминия в композиционной проволоке регламентируется соотношением толщин наружного и внутреннего слоев оболочки в пределах (мм): 0,4…0,8 и 0,076…0,185 соответственно. Уменьшение толщин слоев оболочки компенсируется повышением содержания алюминия и никеля в шихте.Closest to the proposed object is the construction of a composite wire for surfacing an alloy based on nickel aluminide Ni 3 Al (RF patent No. 2274536, IPC B23K 35/40, publ. 04/20/2006), having a two-layer sheath, the outer layer of which is made of nickel and the inside is aluminum. The inner volume of the wire contains a mixture of nickel and aluminum, as well as the wire components of tantalum, tungsten and molybdenum located coaxially to the sheath. The stoichiometric ratio between the masses of nickel and aluminum in the composite wire is regulated by the ratio of the thicknesses of the outer and inner layers of the sheath within (mm): 0.4 ... 0.8 and 0.076 ... 0.185, respectively. A decrease in the thickness of the shell layers is compensated by an increase in the content of aluminum and nickel in the charge.

Такая конструкция обеспечивает уменьшение сепарации шихты при сохранении технологической надежности проволоки.This design reduces the separation of the charge while maintaining the technological reliability of the wire.

Однако использование такой конструкции композиционной проволоки в качестве электродного материала для сварки и наплавки сплавов на основе легированного алюминида никеля не рационально. Введение никеля и алюминия в наполнитель композиционной проволоки в виде металлических порошков, имеющих в сравнении с проволочными компонентами повышенную удельную поверхность, а следовательно, и окисленность, приводит к ухудшению пластических свойств наплавленного металла.However, the use of such a composite wire design as an electrode material for welding and surfacing alloys based on doped nickel aluminide is not rational. The introduction of nickel and aluminum into the filler of the composite wire in the form of metal powders, which, in comparison with wire components, has an increased specific surface area and, consequently, oxidation, leads to a deterioration in the plastic properties of the deposited metal.

Кроме того, количество никеля и алюминия в шихте регламентируется заданными диапазонами толщин оболочек, что уменьшает возможность варьирования содержаниями алюминия и никеля в композиционной проволоке.In addition, the amount of nickel and aluminum in the charge is regulated by specified ranges of shell thicknesses, which reduces the possibility of varying the contents of aluminum and nickel in the composite wire.

Технический результат изобретения заключается в создании электродной композиционной проволоки, обеспечивающей качественный сварной шов на основе легированного алюминида никеля за счет размещения тугоплавких ультрадисперсных легирующих элементов в периферийной зоне сечения композиционной проволоки, что при ее плавлении обеспечивает гарантированный переход этих компонентов в сварочную ванну через низкотемпературную область реакционной зоны сварки.The technical result of the invention is to create an electrode composite wire that provides a high-quality weld based on doped nickel aluminide by placing refractory ultrafine alloying elements in the peripheral section of the composite wire, which, when melted, ensures a guaranteed transition of these components to the weld pool through the low-temperature region of the reaction zone welding.

Технический результат достигается тем, что в композиционной проволоке для дуговой сварки и наплавки, состоящей из двухслойной оболочки - наружной никелевой и внутренней алюминиевой, внутри которой в контакте с ней находятся проволочные компоненты и шихта, между слоями оболочки расположена прослойка из смеси порошков ультрадисперсных тугоплавких компонентов со связующим, толщина &пр которой определяется соотношениемThe technical result is achieved by the fact that in a composite wire for arc welding and surfacing, consisting of a two-layer sheath - the outer nickel and inner aluminum, inside of which there are wire components and a charge in contact with it, between the layers of the sheath is a layer of a powder mixture of ultrafine refractory components with binder, thickness & pr which is determined by the ratio

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где bпр - толщина прослойки, мм; K2 - коэффициент, определяющий содержание вводимых в металл тугоплавких ультрадисперсных компонентов, при этом K2=0,01-1,0; Dкп - диаметр композиционной проволоки, мм, а оболочка из алюминия представляет собой слой, площадь поперечного сечения SA1 которого определяется соотношениемwhere b CR - the thickness of the layer, mm; K 2 is a coefficient that determines the content of refractory ultrafine components introduced into the metal, with K 2 = 0.01-1.0; D KP - the diameter of the composite wire, mm, and the sheath of aluminum is a layer, the cross-sectional area S A1 of which is determined by the ratio

Figure 00000002
Figure 00000002

где ρNi, ρal - удельная масса элементов интерметаллического соединения Ni3Аl; mi, ρi - массовая доля и удельная масса легирующих элементов, n - количество легирующих элементов; Dкп - диаметр композиционной проволоки, мм, kc - стехиометрическое соотношение между массами никеля и алюминия, входящих в интерметаллическое соединение Ni3Аl:where ρ Ni , ρ al is the specific gravity of the elements of the intermetallic compound Ni 3 Al; m i , ρ i - mass fraction and specific gravity of alloying elements, n - number of alloying elements; D KP is the diameter of the composite wire, mm, k c is the stoichiometric ratio between the masses of nickel and aluminum included in the intermetallic compound Ni 3 Al:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Niл, Аlл, Ni, Аlсл - массы никеля и алюминия, содержащиеся в легирующих компонентах, а также в никелевом и алюминиевом слоях оболочки, соответственно.where Ni l , Al l , Ni about , Al sl - the mass of Nickel and aluminum contained in the alloying components, as well as in the Nickel and aluminum layers of the shell, respectively.

В качестве тугоплавких компонентов она содержит элементы переходных металлов IV,V и VI групп, а также их тугоплавких соединений с углеродом или азотом, или кислородом, или бором.As refractory components, it contains elements of transition metals of groups IV, V, and VI, as well as their refractory compounds with carbon or nitrogen, or oxygen, or boron.

Внутри алюминиевого слоя оболочки дополнительно находятся металлические ленты.Inside the aluminum layer of the shell there are additionally metal bands.

Размещение прослойки между слоями оболочки (фиг.1) обеспечивает при ее расплавлении образование низкотемпературного никель-алюминиевого расплава, содержащего тугоплавкие ультрадисперсные соединения, что способствует их надежному переходу в сварочную ванну через периферийную область реакционной зоны сварки.Placing the interlayer between the layers of the shell (Fig. 1) ensures the formation of a low-temperature nickel-aluminum melt containing refractory ultrafine compounds during its melting, which contributes to their reliable transition to the weld pool through the peripheral region of the reaction zone of the weld.

Ультрадисперсные тугоплавкие соединения, являясь центрами кристаллизации, интенсифицируют выделение ультрадисперсных вторичных фаз γвт'-Ni3Аl, что обусловливает повышение высокотемпературных свойств наплавленного металла на основе алюминида никеля. В качестве тугоплавких компонентов используют элементы переходных металлов IV, V и VI групп, а также их тугоплавких соединений с углеродом или азотом, или кислородом, или бором, обладающих высокой температурой плавления и термодинамической устойчивостью в расплаве алюминида никеля.Ultrafine refractory compounds, being crystallization centers, intensify the release of ultrafine secondary phases γ W '-Ni 3 Al, which leads to an increase in the high-temperature properties of the deposited metal based on nickel aluminide. As refractory components, elements of transition metals of groups IV, V, and VI are used, as well as their refractory compounds with carbon or nitrogen, or oxygen, or boron, which have a high melting point and thermodynamic stability in the melt of nickel aluminide.

Размещение тугоплавких элементов в виде проволочных компонентов и лент коаксиально композиционной проволоке в ее центральном объеме (фиг.2), контактирующем с относительно легкоплавким слоем из алюминия, позволяет равномерно рассредоточить дугу по сечению проволоки. Это повышает стабильность горения дуги с композиционной проволоки и способствует более равномерному расплавлению проволочных компонентов со скоростью, близкой к скорости плавления шихты и оболочки. При этом на плавящемся торце композиционной проволоки формируется расплав легированного алюминида никеля (фиг.3).The placement of refractory elements in the form of wire components and tapes coaxially with the composite wire in its central volume (Fig. 2) in contact with a relatively low-melting layer of aluminum, allows you to evenly distribute the arc over the cross section of the wire. This increases the stability of arc burning from the composite wire and contributes to a more uniform melting of the wire components at a speed close to the melting speed of the charge and shell. At the same time, a melt of doped nickel aluminide is formed on the melting end of the composite wire (Fig. 3).

Толщину прослойки определяют из соотношенияThe thickness of the layer is determined from the ratio

Figure 00000004
Figure 00000004

где K2=0,01-1,0 - коэффициент, определяющий содержание вводимых в металл тугоплавких ультрадисперсных компонентов.where K 2 = 0.01-1.0 is a coefficient that determines the content of refractory ultrafine components introduced into the metal.

Предложенные интервалы значения коэффициента K2 обеспечивают переход ультрадисперсных частиц тугоплавких компонентов в низкотемпературную область реакционной зоны сварки и модифицирование структуры наплавленного металла на основе Ni3Al. Условие, при котором K2<0,01, обусловливает значительное уменьшение вводимого в металл количества тугоплавких компонентов, что не позволяет модифицировать сплав на основе алюминида никеля. При K2>1,0 количество тугоплавких компонентов, вводимых в металл, существенно увеличивается, что приводит к образованию трещин в наплавленном металле вследствие избыточного содержания тугоплавких компонентов по границам зерен алюминида никеля.The proposed intervals of the coefficient K 2 provide the transition of ultrafine particles of refractory components to the low-temperature region of the reaction zone of welding and the modification of the structure of the deposited metal based on Ni 3 Al. The condition under which K 2 <0.01, causes a significant decrease in the amount of refractory components introduced into the metal, which does not allow modification of the alloy based on nickel aluminide. At K 2 > 1.0, the number of refractory components introduced into the metal increases significantly, which leads to the formation of cracks in the deposited metal due to the excessive content of refractory components along the grain boundaries of nickel aluminide.

Оболочка из алюминия представляет слой, площадь поперечного сечения SA1, которого зависит от количества легирующих компонентов и стехиометрического соотношения между массами алюминия и никеля в композиционной проволоке и определяется соотношением (1).An aluminum sheath represents a layer, the cross-sectional area S A1 , which depends on the amount of alloying components and the stoichiometric ratio between the masses of aluminum and nickel in the composite wire and is determined by relation (1).

Figure 00000005
Figure 00000005

где Dкп - диаметр композиционной проволоки; ρNiAl - удельная масса элементов интерметаллического соединения Ni3Аl; mii - массовая доля и удельная масса легирующих элементов, n - количество легирующих элементов; kc - стехиометрическое соотношение между массами никеля и алюминия, входящих в интерметаллическое соединение Ni3Al:where D KP - the diameter of the composite wire; ρ Ni , ρ Al is the specific gravity of the elements of the intermetallic compound Ni 3 Al; m i , ρ i - mass fraction and specific gravity of alloying elements, n - number of alloying elements; k c is the stoichiometric ratio between the masses of nickel and aluminum included in the intermetallic compound Ni 3 Al:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Niл, Alл, Niоб, Alсл - массы никеля и алюминия, содержащиеся в легирующих компонентах, а также в никелевом и алюминиевом слоях оболочки, соответственно.where Ni l , Al l , Ni r , Al sl are the masses of nickel and aluminum contained in the alloying components, as well as in the nickel and aluminum layers of the shell, respectively.

Использование металлических лент позволят повысить коэффициент заполнения композиционной проволоки в случае, если он ограничивается количеством проволочных компонентов, а также - произвести дополнительное легирование наплавленного металла.The use of metal tapes will make it possible to increase the fill factor of the composite wire if it is limited by the number of wire components, and also to perform additional alloying of the deposited metal.

Сущность изобретения пояснена рисунками.The invention is illustrated by drawings.

На Фиг.1 изображено поперечное сечение композиционной проволоки для сварки и наплавки сплавов на основе Ni3Al.Figure 1 shows a cross section of a composite wire for welding and surfacing alloys based on Ni 3 Al.

На Фиг.2 изображено поперечное сечение наполнителя композиционной проволоки.Figure 2 shows a cross section of a filler composite wire.

На Фиг.3 изображена схема процесса расплавления композиционной проволоки в сварочной дуге.Figure 3 shows a diagram of the process of melting a composite wire in a welding arc.

На Фиг.4 показана микроструктура наплавленного металла на основе алюминида никеля (×1000).Figure 4 shows the microstructure of the weld metal based on nickel aluminide (× 1000).

Предлагаемая композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки содержит двухслойную оболочку с наружным никелевым 1 и внутренним алюминиевым 2 слоями (фиг.1). Между слоями оболочки расположена прослойка 3 из смеси порошков ультрадисперсных тугоплавких компонентов со связующим. Толщина прослойки bпр определяется из произведения K2 ∙ Dкп. Коэффициент K2 определяет содержание вводимых в металл ультрадисперсных тугоплавких компонентов и находится в пределах 0,01-1,0. В качестве этих компонентов используют элементы переходных металлов IV, V и VI групп, а также их тугоплавких соединений с углеродом или азотом, или кислородом, или бором. Алюминиевый слой 2 оболочки представляет собой слой, площадь поперечного сечения SA1 которого зависит от диаметра композиционной проволоки Dкп, количества легирующих компонентов и стехиометрического соотношения между массами алюминия и никеля в композиционной проволоке. Для его определения используют формулы (1) и (2). В центральном объеме композиционной проволоки (фиг.2), контактирующего с внутренним слоем оболочки 2, находятся компоненты в виде проволок 4 и ленты 5, а также шихта 6.The proposed composite wire for arc welding and surfacing contains a two-layer sheath with an outer nickel 1 and an inner aluminum 2 layers (figure 1). Between the layers of the shell is a layer 3 of a mixture of powders of ultrafine refractory components with a binder. The thickness of the interlayer b pr is determined from the product K 2 к D kp . Coefficient K 2 determines the content of ultrafine refractory components introduced into the metal and is in the range of 0.01-1.0. As these components, elements of transition metals of groups IV, V, and VI are used, as well as their refractory compounds with carbon or nitrogen, or oxygen, or boron. The aluminum layer 2 of the sheath is a layer whose cross-sectional area S A1 of which depends on the diameter of the composite wire D kn , the number of alloying components and the stoichiometric ratio between the masses of aluminum and nickel in the composite wire. For its determination using formulas (1) and (2). In the Central volume of the composite wire (figure 2) in contact with the inner layer of the sheath 2, there are components in the form of wires 4 and tape 5, as well as the charge 6.

Композиционная проволока используется следующим образом. Сварку с использованием композиционной проволоки ведут на постоянном токе (плюс на электроде). В зависимости от диаметра проволоки (1,6-4 мм) величину электродного вылета из токоподводящего мундштука устанавливают в пределах 30-50 мм. В качестве защитной среды 7 используют гелий, аргон или их смеси. В процессе дуговой сварки и наплавки плавление слоев 1 и 2 оболочки происходит с некоторым опережением, в результате чего формирующийся никель-алюминиевый расплав 8 покрывает поверхность тугоплавких проволочных компонентов 4 (фиг.3). После расплавления наиболее тугоплавкого проволочного компонента в никель-алюминиевом расплаве 8, от торца композиционной проволоки отделяется капля 9, которая переносится в сварочную ванну 10.Composite wire is used as follows. Welding using composite wire is carried out at constant current (plus on the electrode). Depending on the diameter of the wire (1.6-4 mm), the magnitude of the electrode extension from the current-carrying mouthpiece is set in the range of 30-50 mm. As a protective medium 7 use helium, argon or mixtures thereof. In the process of arc welding and surfacing, the melting of the layers 1 and 2 of the shell occurs with a certain lead, as a result of which the formed nickel-aluminum melt 8 covers the surface of the refractory wire components 4 (Fig. 3). After melting the most refractory wire component in the nickel-aluminum melt 8, a drop 9 is separated from the end of the composite wire, which is transferred to the weld pool 10.

ПримерExample

Изготавливали композиционную проволоку диаметром 3 мм. Наружный слой оболочки композиционной проволоки формировали из никелевой ленты марки НП-2 ГОСТ 2170 шириной 8 мм и толщиной 0,6 мм. На внутреннюю поверхность никелевой ленты наносили смесь тугоплавкого компонента со связующим. Толщина сформированного слоя для выбранного диаметра композиционной проволоки составляла bпр=K2·Dкп=0,1·3 мм=0,3 мм. В качестве ультрадисперсного компонента использовали порошок карбида вольфрама WC, полученный по плазмохимической технологии. Материалом, транспортирующим ультрадисперсные частицы WC, служил микропорошок никеля (99,9% Ni) с размером частиц до 60 мкм. Полученные в результате совместной обработки порошков в планетарной мельнице никелевые гранулы содержали до 50 мас.% частиц WC. В качестве связующего вещества для нанесения гранул на металлическую поверхность использовали 96% раствор этилового спирта.A composite wire of 3 mm diameter was made. The outer layer of the composite wire sheath was formed from nickel tape grade NP-2 GOST 2170 8 mm wide and 0.6 mm thick. A mixture of a refractory component with a binder was applied to the inner surface of the nickel tape. The thickness of the formed layer for the selected diameter of the composite wire was b CR = K 2 · D KP = 0.1 · 3 mm = 0.3 mm As an ultrafine component, tungsten carbide powder WC obtained by plasma chemical technology was used. The material transporting ultrafine WC particles was nickel micropowder (99.9% Ni) with a particle size of up to 60 μm. Nickel granules obtained as a result of joint processing of powders in a planetary mill contained up to 50 wt.% WC particles. A 96% solution of ethyl alcohol was used as a binder for applying granules on a metal surface.

Площадь поперечного сечения SA1 алюминиевого слоя оболочки определяли по формуле 1. Расчет вели исходя из известных удельных масс элементов и состава композиционной проволоки, обеспечивающего получение наплавленного металла на основе легированного алюминида никеля: (мас.%) 0,3 С; 3,0 W; 2,5 Мо; 1,8 Zr; 4,2 Cr; 1,9 Та; 11 Al; Ni - остальное. Поскольку никель и алюминий находились только в слоях оболочки, формула 2 имела следующий вид:The cross-sectional area S A1 of the aluminum sheath was determined by the formula 1. The calculation was based on the known specific gravities of the elements and the composition of the composite wire, providing a weld metal based on doped nickel aluminide: (wt.%) 0.3 C; 3.0 W; 2.5 mo; 1.8 Zr; 4.2 Cr; 1.9 Ta; 11 Al; Ni is the rest. Since nickel and aluminum were only in the layers of the shell, formula 2 had the following form:

Figure 00000007
Figure 00000007

Подставляя полученное значение в формулу (1), получали, что SA1=0,235·32=2,12 мм2 - получали площадь поперечного сечения алюминиевого слоя. В данном примере полученное значение SA1 приравнивали к площади, занимаемой сечением алюминиевой трубки, из которой выражали ее диаметр и толщину стенки. Для SA1=2,12 наружный диаметр трубки равен 2 мм, а толщина стенки 0,46 мм.Substituting the obtained value into the formula (1), it was obtained that S A1 = 0.235 · 3 2 = 2.12 mm 2 — the cross-sectional area of the aluminum layer was obtained. In this example, the obtained value of S A1 was equated to the area occupied by the cross section of the aluminum tube, from which its diameter and wall thickness were expressed. For S A1 = 2.12, the outer diameter of the tube is 2 mm and the wall thickness is 0.46 mm.

После формирования обоих слоев оболочки внутри алюминиевого слоя размещали вольфрамовые и молибденовые проволочные компоненты диаметрами 0,5 мм, ленту из тантала шириной 1,5 мм и толщиной 0,05 мм, а также порошки хрома алюмотермического и циркония и проводили волочение. В процессе пластического деформирования компонентов формировалась проволока, внешний вид сечения которой соответствовала фиг.1.After the formation of both layers of the shell, tungsten and molybdenum wire components with a diameter of 0.5 mm, a tantalum tape with a width of 1.5 mm and a thickness of 0.05 mm, as well as chromium aluminothermic and zirconium powders were placed and drawn. In the process of plastic deformation of the components a wire was formed, the appearance of the cross section of which corresponded to figure 1.

Исследование поперечного сечения готовой композиционной проволоки показало хорошую герметизацию стыка оболочки после однократного обжатия. Плотность стыкового соединения кромок оболочки по длине проволоки высокая.The study of the cross section of the finished composite wire showed good sealing of the joint of the sheath after a single crimp. The density of the butt joint of the edges of the sheath along the length of the wire is high.

Сварочно-технологические свойства экспериментальных композиционных проволок контролировали путем записи осциллограмм сварочного тока и напряжения на дуге в процессе наплавки контрольных образцов. Металлографические исследования проводили с помощью оптической, электронной (растровый двухлучевой электронный микроскоп Quanta 3D FEG) и атомно-силовой микроскопии (сканирующий зондовый микроскоп Solver PRO-M).Welding and technological properties of the experimental composite wires were controlled by recording oscillograms of the welding current and arc voltage during the surfacing of control samples. Metallographic studies were performed using optical, electron (scanning double-beam electron microscope Quanta 3D FEG) and atomic force microscopy (scanning probe microscope Solver PRO-M).

Результаты испытаний приведены в таблице.The test results are shown in the table.

ТаблицаTable Композицион
ная проволока
Composition
naya wire
Коэффи
циент K2
Koeffi
CENT K 2
Стабильность горения сварочной дугиArc Stability Характер структуры наплавленного металлаThe nature of the structure of the weld metal Распределение и содержание γ'-фазы в структуре наплавленного металла, объем. %The distribution and content of the γ'-phase in the structure of the deposited metal, volume. % Сопротивление наплавленного металла деформированию при повышенной до 1100°С температуре, Vд×10-3, мм3*Resistance of deposited metal to deformation at elevated temperature up to 1100 ° С, V d × 10 -3 , mm 3 *
Предлагаемая (Dкп=3 мм)Offered (D KP = 3 mm) 0,0050.005 электрические параметры режима (Iсв и Uд) стабильные, короткие замыкания отсутствуютelectrical parameters of the mode (I St and U d ) stable, no short circuits γ'-Ni3Al твердый раствор, карбидные фазы различного состава и происхождения, с незначительным количеством ультрадисперсных выделений γвт'-Ni3Аlγ'-Ni 3 Al solid solution, carbide phases of various composition and origin, with a small amount of ultrafine precipitates of γ W '-Ni 3 Al равномерное, 75-80uniform, 75-80 4,84.8 0,010.01 То же, но с многочисленными плотно расположенными ультрадисперсными выделениями γвт'-NiзАlThe same, but with numerous closely spaced ultrafine precipitates γ W '-Ni s Al 3,43.4 0,10.1 2,92.9 1,01,0 3,23.2 1,51,5 То же, но с небольшим количеством крупноразмерных выделений γвт'-Ni3АlThe same, but with a small amount of coarse precipitates γ W '-Ni 3 Al 4,04.0 ПрототипPrototype -- Периодические короткие замыкания, повышенное разбрызгиваниеIntermittent short circuits, increased spatter γ'-Ni3Al твердый раствор, многочисленные карбидные фазы различного состава и происхождения.γ'-Ni 3 Al solid solution, numerous carbide phases of various composition and origin. не равномерное, 50-60not uniform, 50-60 5,25.2 * Vд - объем деформированного индетором металла, мм3. Меньшее значение Vд соответствует лучшему сопротивлению металла пластической деформации.* V d - the volume of the deformed metal indenter, mm 3 . A lower value of V d corresponds to a better metal resistance to plastic deformation.

Сопротивление металла пластической деформации оценивали с помощью склерометрических испытаний поверхности образцов, нагретых до температуры 1100°С при нагрузке на индентер Роквелла - 4,5 Н. Критерием служил объем деформированного индентером металла на участке длиной 10 мм.The plastic strain metal resistance was evaluated using sclerometric tests of the surface of samples heated to a temperature of 1100 ° C with a load on the Rockwell indenter of 4.5 N. The criterion was the volume of metal deformed by the indenter in a 10 mm long section.

Из таблицы следует, что предлагаемая композиционная проволока в сравнении с прототипом имеет лучшие сварочно-технологические и высокотемпературные свойства.From the table it follows that the proposed composite wire in comparison with the prototype has the best welding and technological and high temperature properties.

В процессе дуговой наплавки с использованием разработанной композиционной проволоки электрические параметры режима (Iсв и Uд) стабильные, короткие замыкания отсутствуют, что свидетельствует о относительно равномерной плотности сварочного тока по ее сечению. Структура хорошо сформированного наплавленного металла состоит из дендритообразного γ'-Ni3Аl твердого раствора, неупорядоченного твердого раствора алюминия в никеле, а также многочисленных карбидных фаз различного состава и происхождения (фиг.4). Сварочных дефектов в наплавленном металле не обнаружено, что свидетельствует о высоком качестве композиционной проволоки.In the process of arc surfacing using the developed composite wire, the electrical parameters of the mode (I st and U d ) are stable, there are no short circuits, which indicates a relatively uniform density of the welding current over its cross section. The structure of a well-formed deposited metal consists of a dendritic γ'-Ni 3 Al solid solution, a disordered solid solution of aluminum in nickel, as well as numerous carbide phases of various composition and origin (Fig. 4). No welding defects were detected in the deposited metal, which indicates the high quality of the composite wire.

Использование предлагаемой композиционной проволоки для сварки и наплавки в сравнении с известными композиционными проволоками дает следующий положительный эффект:The use of the proposed composite wire for welding and surfacing in comparison with the known composite wires gives the following positive effect:

1. Возможность использования технологически гибких дуговых сварочных процессов в защитных газах для изготовления новых и ремонта изношенных изделий из жаропрочных сплавов на основе Ni3Аl.1. The possibility of using technologically flexible arc welding processes in shielding gases for the manufacture of new and repair of worn products from heat-resistant alloys based on Ni 3 Al.

2. Возможность получить качественный сложнолегированный сварной шов и наплавленный металл с повышенными высокотемпературными свойствами.2. The ability to obtain high-quality complex alloyed weld and deposited metal with high-temperature properties.

Claims (3)

1. Композиционная проволока для дуговой сварки и наплавки, состоящая из двухслойной оболочки, наружной никелевой и внутренней алюминиевой, внутри которой в контакте с ней находятся проволочные компоненты и шихта, отличающаяся тем, что между слоями оболочки расположена прослойка из смеси порошков ультрадисперсных тугоплавких компонентов со связующим, толщина bпр которой определяется соотношением bпр=K2·Dкп, где
bпр - толщина прослойки, мм; K2 - коэффициент, определяющий содержание вводимых в металл тугоплавких ультрадисперсных компонентов, при этом K2=0,01-1,0; Dкп - диаметр композиционной проволоки, мм, а оболочка из алюминия представляет собой слой, площадь поперечного сечения SAl которого определяется соотношением
Figure 00000008

где ρNi, ρAl - удельная масса элементов интерметаллического соединения Ni3Аl; mii - массовая доля и удельная масса легирующих элементов; n - количество легирующих элементов; Dкп - диаметр композиционной проволоки; kc -стехиометрическое соотношение между массами никеля и алюминия, входящими в интерметаллическое соединение Ni3Аl:
Figure 00000009

где Niл, Аlл, Niоб, Аlсл - массы никеля и алюминия, содержащиеся в легирующих компонентах, а также в никелевом и алюминиевом слоях оболочки соответственно.
1. Composite wire for arc welding and surfacing, consisting of a two-layer sheath, an external nickel and an internal aluminum sheath, inside of which are in contact with it wire components and a charge, characterized in that between the layers of the sheath is a layer of a mixture of powders of ultrafine refractory components with a binder , the thickness b CR which is determined by the ratio b CR = K 2 · D KP , where
b CR - the thickness of the layer, mm; K 2 is a coefficient that determines the content of refractory ultrafine components introduced into the metal, with K 2 = 0.01-1.0; D KP - the diameter of the composite wire, mm, and the sheath of aluminum is a layer, the cross-sectional area S Al of which is determined by the ratio
Figure 00000008

where ρ Ni , ρ Al is the specific gravity of the elements of the intermetallic compound Ni 3 Al; m i , ρ i - mass fraction and specific gravity of alloying elements; n is the number of alloying elements; D KP - the diameter of the composite wire; k c is the stoichiometric ratio between the masses of nickel and aluminum included in the intermetallic compound Ni 3 Al:
Figure 00000009

where Ni l , Al l , Ni r , Al sl are the masses of nickel and aluminum contained in the alloying components, as well as in the nickel and aluminum layers of the shell, respectively.
2. Композиционная проволока по п.1, отличающаяся тем, что в качестве тугоплавких компонентов она содержит элементы переходных металлов IV, V и VI групп, а также их тугоплавких соединений с углеродом, или азотом, или кислородом, или бором.2. The composite wire according to claim 1, characterized in that as refractory components it contains elements of transition metals of groups IV, V and VI, as well as their refractory compounds with carbon, or nitrogen, or oxygen, or boron. 3. Композиционная проволока по п.1, отличающаяся тем, что внутри алюминиевого слоя оболочки дополнительно находятся металлические ленты. 3. The composite wire according to claim 1, characterized in that the metal layer is additionally located inside the aluminum layer of the sheath.
RU2011125559/02A 2011-06-21 2011-06-21 Composite wire for arc welding and building up RU2478029C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125559/02A RU2478029C2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Composite wire for arc welding and building up

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125559/02A RU2478029C2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Composite wire for arc welding and building up

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011125559A RU2011125559A (en) 2012-12-27
RU2478029C2 true RU2478029C2 (en) 2013-03-27

Family

ID=49151497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011125559/02A RU2478029C2 (en) 2011-06-21 2011-06-21 Composite wire for arc welding and building up

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478029C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629140C1 (en) * 2016-10-21 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method for manufacturing powder wire for wear-resistant coatings
RU2696991C2 (en) * 2015-04-09 2019-08-08 Сименс Энерджи, Инк. Additive material with optical conductivity for laser treatment
RU2711286C1 (en) * 2019-07-03 2020-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Composite wire for arc welding
RU2722025C1 (en) * 2016-05-16 2020-05-26 Арконик Инк. Wires from multiple materials for additive production of titanium alloys
RU2738175C1 (en) * 2017-07-25 2020-12-09 Сименс Энерджи, Инк. Method of precipitating desired composition of superalloy
RU2766942C1 (en) * 2020-12-16 2022-03-16 Сергей Георгиевич Паршин Composite wire for surfacing aluminum matrix intermetallide alloy

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1454121A (en) * 1973-03-10 1976-10-27 Kobe Steel Ltd Composite welding electrodes for electro-gas arc welding
SU1726552A1 (en) * 1989-09-18 1992-04-15 Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря Composite wire for coatings
RU2274536C2 (en) * 2004-06-28 2006-04-20 Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method for producing composition powder wire for surfacing alloy on base of nickel aluminide
RU2294072C1 (en) * 2005-08-29 2007-02-27 Государственное научное учреждение Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук Rotary tiller
RU82616U1 (en) * 2008-12-17 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) COMPOSITE POWDER ELECTRODE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1454121A (en) * 1973-03-10 1976-10-27 Kobe Steel Ltd Composite welding electrodes for electro-gas arc welding
SU1726552A1 (en) * 1989-09-18 1992-04-15 Запорожский машиностроительный институт им.В.Я.Чубаря Composite wire for coatings
RU2274536C2 (en) * 2004-06-28 2006-04-20 Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Method for producing composition powder wire for surfacing alloy on base of nickel aluminide
RU2294072C1 (en) * 2005-08-29 2007-02-27 Государственное научное учреждение Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук Rotary tiller
RU82616U1 (en) * 2008-12-17 2009-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) COMPOSITE POWDER ELECTRODE

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696991C2 (en) * 2015-04-09 2019-08-08 Сименс Энерджи, Инк. Additive material with optical conductivity for laser treatment
US11344975B2 (en) 2015-04-09 2022-05-31 Siemens Energy, Inc. Optically conductive filler for laser processing
RU2722025C1 (en) * 2016-05-16 2020-05-26 Арконик Инк. Wires from multiple materials for additive production of titanium alloys
RU2629140C1 (en) * 2016-10-21 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method for manufacturing powder wire for wear-resistant coatings
RU2738175C1 (en) * 2017-07-25 2020-12-09 Сименс Энерджи, Инк. Method of precipitating desired composition of superalloy
RU2711286C1 (en) * 2019-07-03 2020-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) Composite wire for arc welding
RU2766942C1 (en) * 2020-12-16 2022-03-16 Сергей Георгиевич Паршин Composite wire for surfacing aluminum matrix intermetallide alloy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011125559A (en) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2478029C2 (en) Composite wire for arc welding and building up
Wang et al. In-situ wire-feed additive manufacturing of Cu-Al alloy by addition of silicon
CA2830543C (en) Fine grained ni-based alloys for resistance to stress corrosion cracking and methods for their design
Shen et al. Influences of deposition current and interpass temperature to the Fe 3 Al-based iron aluminide fabricated using wire-arc additive manufacturing process
US4738389A (en) Welding using metal-ceramic composites
He et al. Investigation on microstructures and properties of arc-sprayed-Al/AZ91D bimetallic material by solid–liquid compound casting
JP7018603B2 (en) Manufacturing method of clad layer
Li et al. Cold Metal Transfer Welding–Brazing of Pure Titanium TA2 to Aluminum Alloy 6061‐T6
He et al. Combination effects of nocolok flux with Ni powder on properties and microstructures of aluminum-stainless steel TIG welding-brazing joint
KR102675635B1 (en) Flux Cored Wire and Welding Methods
Feng et al. Microstructures and Properties of Aluminum–Copper Lap‐Welded Joints by Cold Metal Transfer Technology
RU2350441C2 (en) Process of receiving of metal coating by overlaying welding method with ultra-fine grained structure and reinforced particles in nanoscale range
KR20190019020A (en) Electrodes for forming austenitic and duplex steel weld metal
US2855333A (en) Welding electrode
US8409318B2 (en) Process and apparatus for forming wire from powder materials
Jadhav et al. Materials characterization of Ti6Al4V to NbZr1 bimetallic structure fabricated by wire arc additive manufacturing
Wesling et al. Influencing the arc and the mechanical properties of the weld metal in GMA-welding processes by additive elements on the wire electrode surface
Kah et al. Investigation of hot cracking in the welding of aluminium alloys (6005 & 6082)
US3445624A (en) Cobalt alloy and welding electrode based upon this alloy
Xue et al. Microstructure characterization and mechanical properties of laser-welded copper and aluminum lap joint
RU2711286C1 (en) Composite wire for arc welding
Uluköy Pulsed metall inert gas (MIG) welding and its effects on the microstructure and element distribution of an aluminum matrix reinforced with SiC composite material: Die Auswirkung von Metallinertgas (MIG)‐Impulsschweißen auf die Mikrostruktur und die Elementverteilung eines Verbundwerkstoffs aus mit SiC verstärktem Aluminium
Kovalev et al. Formation of an intermetallic layer during arc facing of aluminum alloys onto a steel substrate
RU98165U1 (en) COMPOSITION WIRE FOR Fusing ALLOYS ON THE BASIS OF TITANIUM ALUMINIDES
Kumar et al. Enhancing the tensile performance of Al/Mg alloy dissimilar friction stir welded joints by reducing brittle intermetallic compounds

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130622