CC BY
19
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2000 г.
Вып.№9
УДК 621.791..927.5
Чигарев В.В.1, Кондратов К.А.3, Макаренко Н.А.3
УЛУЧШЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО СЛОЯ ПРИ PLASMA MIG НАПЛАВКЕ
Рассматривается возможность улучшения формирования наплавленного слоя за счет введения в сердечник электродной проволоки компонентов, образующих при нагреве трифторид бора, который по литературным даннъш, интенсифицирует передачу энергии дуги изделию и улучшает смачивание поверхности изделия жидким металлом.
Plasma MIG является высокопроизводительным способом наплавки [1], характеризуется относительно низкими энергозатратами на килограмм наплавленного металла [2]. Это обусловливает малую глубину противления основного металла [3], что благоприятно для наплавки, так как снижает долю участия основного металла в наплавленном валике, однако ведет к образованию дефектов - наплывов наплавленного металла на основной.
Для ликвидации наплывов применяют дополнительную подачу в плазмообразующий аргон гелия [4] или водорода, что улучшает передачу энергии от столба дуги к наплавляемому изделию. Однако добавка в аргон других газов требует дополнительной аппаратуры, баллонов с этими газами. Кроме того, возникает необходимость регулировки расхода газов, добавляемых в аргон.
При использовании в качестве плавящегося электрода порошковой проволоки, источником газов, улучшающих передачу энергии от столба дуги к наплавляемому изделию, может служить сердечник порошковой проволоки.
Выделение из сердечников порошковой проволоки углекислого газа [5] широко применяется в самозащитных порошковых проволоках. Однако, углекислый газ является окислительным, что не всегда приемлемо при наплавке ряда металлов и сплавов, кроме того углекислый газ, создавая пленку окислов на поверхности основного металла, препятствует смачиванию последнего жидким электродным металлом, что способствует образованию наплывов.
В качестве газа, выделяемого из сердечника порошковой проволоки, был выбран трифторид бора, который не только улучшает передачу энергии от столба дуги к изделию [6], но и служит активатором процесса смачивания основного металла жидким электродным металлом [7], что улучшает формирование наплавленного валика при плазменной наплавке.
Получение трифторида бора в сердечнике порошковой проволоки при нагреве вылета порошковой проволоки теплом плазменной дуги и джоулевым теплом проходящего по оболочке тока возможно за счет разложения в ее сердечнике фторборатов, например, фторбората калия
Однако фторбораты гигроскопичны, что ухудшает сварочно-технологические свойства проволоки.
Исследовались порошковые проволоки, содержащие криолит и плавленную буру. При нагреве порошковой проволоки плавленная бура выделяет борный ангидрид
KBF4->KF + BF3T
(1)
Na2B407->2NaB0. + В20:
з
(2)
1 Ш ТУ, д-р техн. наук, проф.
2 Ш ТУ, специалист
3 ДГМА, ассистент
последний реагирует с фтористым алюминием, входящим в состав криолита
В203 + 2А1Р3 -> ВРз1^ + А1203 (3)
Для получения ВР3 можно использовать соединения, содержащие окись бора, например, борную кислоту, буру (натрий борнокислый) и фторид активного раскислителя.
В качестве активного раскислителя- можно использовать не только АШз, но и Мф^; СаР2
В203 + ЗМц¥2 -> 2ВР3Т + ЗМяО (4)
В203 + 2СаР2 2ВРз1" + Са20 (5)
Вероятность протекания реакций между этими составляющими оценивается по химическому сродству бора, хрома, магния и алюминия к фтору, что определяется по величине и знаку энергии Гибса.
Величины энергии Гибса реакций образования ВР3 при различных температурах, рассчитаны согласно [8, 9] для этих реакций и приведены в табл.
Таблица - Величины энергии Гибса реакций образования BF3
Индекс фторида-Раскислителя AG, кДж/моль BF3, при температуре, °С
25 400 800 1200 1600
A1F3 -10 -100 -205 -310 -
MqF2 +20 -30 -120 -210 -290
CaF2 - - +220 +100 -20
Теоретически (табл.) взаимодействие борного ангидрида с AIF3 может проходить, начиная с комнатной температуры. С ростом температуры изобарно-изотермный потенциал сохраняет знак но возрастает по величине. Это означает, что реакция должна идти бурно. Однако, она при комнатной температуре не протекает, т.к. оба вещества -твердые. Протекание реакции возможно в 2 случаях - оба вещества находятся в растворе или если одно из веществ находится в жидком состоянии.
Реакция с CaF2 начинает протекать только при температуре более 600 °С. В порошковых проволоках она возможна только в сечении, нагреваемом дугой, а также в расплавленной проволоке, например, на стадии электродной капли или в жидкой ванне. Галогениды металлов могут растворять в себе оксиды, всегда имеющиеся на поверхности металлических частиц сердечника порошковой проволоки или образующиеся в процессе нагрева и плавления порошков и оболочки, что снижает количество оксидов, попадающих в наплавленный металл и уменьшает содержание неметаллических включений оксидного характера в нем.
На основе полученных данных была разработана порошковая проволока, содержащая плавленную буру и криолит в качестве газошлакообразующих компонентов. Порошковая проволока использовалась для наплавки жаропрочного никелевого сплава на поверхность пресс-формы. Для сравнения применялась порошковая проволока, содержащая в качестве шлакообразующего компонента, плавиковый шпат; в качестве плазмообразующего и защитного газов применялся аргон.
Металлографические исследования показали, что при использовании порошковой проволоки, содержащей плавленую буру и криолит, количество неметаллических включений в наплавленном металле в 2 раза меньше, чем при использовании порошковых проволок, содержащих в качестве шлакообразующих компонентов, плавиковый шпат.
Выводы
1. При Plasma MIG наплавке целесообразно применять порошковые проволоки, выделяющие при нагреве трифторид бора.
2. Введение в состав порошковой проволоки одновременно криолита и плавленной буры обеспечивает выделение трифторида бора в атмосферу дуги.
3. Применение порошковых проволок, выделяющих трифторид бора, при наплавке улучшает качество наплавленного металла.
Перечень ссылок
1. Ольшанский H.A. Сварка в машиностроении: Справочник. - М.: Машиностроение, 1978. -Т.1.-501 с.
2 Vennekens R., Schevers A. Plasma-MIG welding of coopper and cooperalloys // welding and Metal Fabrocation. - 1997. - N4. - P. 227 - 235.
3 XacyiiA., Моригаки О. Наплавка и напыление. - М.: Машиностроение, 1985. - 239 с.
4 Походня И.К., Суптелъ A.M., Шлепаков В.Н. и др. Порошковые проволоки для электродуговой сварки: Каталог-справочник. - Киев: Наук, думка, 1980. - 180 с.
5 Бадьянов Б.Н., Давыдов В.А., Иванов В.А. Некоторые характеристики дуги, горящей в
аргоне, с добавкой галоидосодержащего газа // Автоматическая сварка. - 1974. - №11. -С.67.
6 Справочник по пайке / Под ред. И.Е. Петрунина. - М.: Машиностроение, 1984. - 398 с.
7 Есенберлин P.E. Пайка и термическая обработка деталей в газовой среде и вакууме. - Л.:
Машиностроение, 1972. - 192 с.
8 Петров Е.А., Тумарев A.C. Теория сварочных процессов. - М.: Высш. школа, 1967. - 508 с.
9 Термодинамические свойства неорганических веществ: Справочник / Под ред. Зефирова А.И. - М.: Атомиздат, 1965. - 465 с.
Чигарев Валерий Васильевич. Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой МиТСП (111 ГУ), окончил Мариупольский металлургический институт в 1969 г. Основные направления научных исследований - прикладные и теоретические проблемы создания электродных материалов для дуговой наплавки с улучшенным комплексом служебных свойств, технологических процессов их изготовления.
Кондратов Константин Александрович. Специалист кафедры МиТСП (111 ГУ). Окончил Славянский государственный педагогический институт в 1991. Основное направление научных исследований - разработка наплавочных материалов.
Макаренко Наталья Алексеевна - Ассистент кафедры ОиТСП (ДГМА). Окончила Краматорский индустриальный институт в 1983. Основные направления научных исследований - плазменная наплавка с аксиальной подачей порошковой проволоки и разработка порошковых проволок.
