Способ плазменно-дуговой наплавки

(51)5 В 23 К 9/04 4 РГ,(Яр ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТЙО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ(71) Краматорский индустриальный институт(57) Изобретение относится к сварке, аименно к плазменно-дуговой наплавке, и может быть использовано для наплавки композиционных материалов. Цель изобретения - расширение технологических возможностей при наплавке композиционных материалов. При плазменно-дуговой наплавкекомпозиционных материалов плазменную дугу, горящую между неплавящимся электроИзобретение относится к сварке, а именно к плазменно-дуговой наплавке, и может быть использовано для наплавки композиционных материалов.Целью изобретения является расширение технологических возможностей при наплавке композиционных материалов. На чертеже представлены графики токов дуги неплавящегося (а) и плавящегося (б)электродов.Способ осуществляют следующим образом.Во время первой фазы горение дуг плавящегося и неплавящегося электродов осуществляют на дежурных токах. Дуга не- плавящегося электрода для плавящегося электрода является косвенной дугой и подогревает плавящийся электрод, облегчая его ЯО 1569133 А 1 2дом плазмотрона и наплавляемой поверхностью, и дугу плавящегося электрода, подаваемого соосно плазменной дуге, горящую между изделием и плавящимся электродом, питают импульсными токами одной полярности. Начало импульса тока плавящегося электрода задерживают по отношению к началу импульса тока неплавящегося электрода на время 1=4,7 Н(0 - д") О /С, где О - расстояние между соплом и изделием, мм; 0 в диаметр канала сопла плазмотрона, мм; й - диаметр плавящегося электрода, мм;- расход плазмообразующего газа, л/мин. Заканчивают подачу импульсов одновременно. Снижение концентрации энергии, выделяемой в активных пят,нах дуги плавящегося электрода, приводит к уменьшению глубины проплавления основного металла, к снижению градиента падения напряжения в столбе дуги, что обеспечивает высокую подвижность дуги плавящегося электрода и расширение наплавляемого валика.ил. последующее плавление. Этот подогрев осуществляется равномерно, так как на плавящемся электроде нет активного пятна дуги неплавящегося электрода, вследствие чего нагрев плавящегося электрода осуществляется за счет теплообмена со столбом дуги неплавящегося электрода. Плазма выдувается из сопла плазмотрона, благодаря чему плавящийся электрод оказывается окруженным ионизированным газом. В том случае, если дежурный ток дуги плавящегося электрода не равен нулю, то плавление плавящегося электрода происходит как за счет нагрева плазмой дуги неплавящегося электрода, так и за счет тепла дежурной дуги плавящегося электрода. При этом вследствие того, что ток дежурной дуги плавящегося электрода невелик тепловложение в плавящийся электрод невелико и тепло успевает.тв ем перераспределиться во всем объеме металла плавящегося электрода, прилегающего непосредственно к его оплавляемому концу. Рассредоточению ввода энергии способствует поток ионизированного, дежурный дугой не- плавящегося электрода, газа, омывающего плавящийся электрод и создающего условия для размывания границ активного пятна. Благодаря этому не происходит местного перегрева металла плавящегося электрода на стадии капли, что способствует сохранению в нерастворенном состоянии частиц твердого напылителя и свойств наплавляемого сплава. В случае, когда ток дежурной дуги плавящегося электрода равен нулю, плавление его происходит за счет дежурной дуги неплавящегося электрода.В связи с тем, что дуга горит между неплавящимся электродом и соплом плазмотроца, а через сопло плазмотрона выдувается лишь факел плазмы, то столбы ду нецлавящегося и плавящегося электродов не имеют общего участка потому, что дуга плавящегося электрода горит вне пчазмотрона, Таким образом электрическое поле столба дуги неплавящегося электрода не воздействует на дугу плавящегося электрода и исключается возможность шунтирования плазменной дуги неплавящимся электродом. Так как при плазменной дуговой наплавке полярность дуг обоих электродов одинакова, то отсутствие такого воздействия означает отсутствие цротиво-ЭДС в столбе дуги плавящегося электрода, что снижает напряженность поля в столбе этой дуги, увеличивает ее подвижность и уменьшает выделение энергии в столбце дуги. Кроме того, омывание плавящегося электрода факелом плазменной дуги приводит к понижению напряженности электрического поля в столбе дуги вследствие дополнительного притока в столб дуги большого количества свободных носителей зарядов - ионов и электронов, а также вследствие снижения потерь энергии на теплоотдачу в окружающую среду, так как горячая плазма теплоизолирует столб дуги плавящегося электрода. Эти эффекты также способствуют снижению концентрации выделения энергии на изделии и плавящемся электроде, помогают избежать местного перегрева, при котором происходит расплавление и растворение твердых частиц.На первой фазе происходит преимуще" венный отвод тепла от сварочной ваннь наплавляемое изделие, вследствие чего т пература ванны несколько снижается.На второй фазе ток неплавящегося электрода увеличивают до своего импульсного значения, при этом увеличивается степень ион изации плазмообразующего газа, усиливается тепловыделение в столбе дуги неплавящегося электрода. Вследствие этого увеличивается нагрев плавящегося электрода, ускоряется формирование капли жидкого металла на его конце, при этом вследствие косвенного нагрева капли дугой неплавящегося электрода ее температура оказывается лишь несколько выше температуры плавления металла плавящегося электрода, вслед. ствие чего не происходит расплавление твердых частиц композиционного сплава. На этой фазе выдуваемый из плазмотрона факел плазмы увеличивается и достигает изделия. Если ток дежурной дуги плавящегося электрода равняется нулю, то плазменный факел создает токопроводящую перемычку между плавящимся электродом и изделием. Если ток дежурной дуги плавящегося электрода имеет значение, отличное от нуля, то факел плазмы резко увеличивает число носителей зарядов в дуге, что снижает градиент падения напряжения в столбе дуги, способствует снижению энерговыделения в приэлектродных областях дуги плавящегося электрода.Третья фаза начинается через время задержки, которое определяют из условия: 4,7 Ц.О - д 1 10 д Ягде У - расстояние от сопла плазмотронадо изделия. мм;0 - диаметр плазмообразующего канала сопла плазмотрона, мм;а - диаметр плавящегося электрода,Я - расход и газа.,л/мин,Это время задержки начала импульса тока плавящегося электрода по отношению к началу импульса тока дуги неплавящегося электрода. Оно необходимо для того, чтобы факел плазмы достиг изделия. В этом случае ток дуги неплавящегося электрода достигает своего импульсного значения и факел выдуваемой из сопла плазмы имеет более высокую температуру и больше свободных носителей зарядов, чем при горении дуги неплавящегося электрода на дежурном токе. Третья фаза характеризуется протеканием импульса тока дуги плавящегося электрода. При этом осуществляется перенос капли жидкого металла с конца электрода в сварочную ванну, нагрев и плавление электрода и основного металла, Так как в-гмя импульса ограничено, то такое тепловое воздействие оказывается кратковременным и из-за низкой концентрации энергии, вводимой в электрод и изделие, не приводит к перегреву жидкого металла, а следовательно, к растворению в нем частиц твердого вещества, входящего в композиционный сплав. Низкая концентрация энергии, вводимой в основной металл и в плавящийся электрод, достигается тем, что плавящийся электрод оказывается на этой фазе, окруженный плазмен.ным факелом, касающимся изделия, Плазменный факел имеет большое количество свободных зарядов и является токопроводным, однако вследствие того, чтоплазменная дуга (дуга неплавящегося электрода) полностью горит внутри плазмотрона в факеле плазмы, выдуваемым из плазмотрона, собственный ток не протекает, Таким образом, плазменный факел является посторонним и дополнительным источникомионизации для дуги плавящегося электрода.При этом снижается градиент падения напряжения на дуге, следовательно, снижаетсямощность дуги, электродные пятна оказываются сильно увеличенными в размерах и размытыми, вследствие чего и происходит снижение концентрации энергии в них. Энергиявыделяется на большей площади электрода,что обуславливает снижение температурыкапли жидкого металла, при этом однакоувеличивается зона нагрева плавящегосяэлектрода, он плавится на большей площадисвоей поверхности и приобретает вид конуса, что благоприятно влияет на условияпереноса металла в ванну. Таким образом,предлагаемый способ создает необходимыеусловия для сохранения твердых частицкомпозиционного сплава в нерасплавленномвиде. Третья фаза заканчивается с окончанием импульсов тока плавя 1 цегося и неплавящегося электродов. Затем цикл повторяется.Снижение концентрации энергии, выделяемой в активных пятнах дуги плавящегося электрода, приводит и к уменьшениюглубины проплавления основного металла, кснижению градиента падения напряжения встолбе дуги, что обеспечивает высокую подвижность дуги плавящегося электрода и расширение наплавляемого валика.Пример. Наплавка ходовых колес гусеничной десантной машины производитсяпроволокой, получаемой методом прессования, следующего состава, мас.,:Магний 7Карбид кремния 32фтористый литий 3Фтористый калий 2Хлористый цезий 3Алюминий 53Наплавка осуществляется на следующемрежиме,Ток неплавящегося электрода:в импульсе 210.в паузе 25Ток плавящегося электрода:в импульсе 850впаузе 10Диаметр плавящегося электрода, мм 3.Диаметр канала сопла, мм 8Расстояние сопло-изделие,мм 30Расход аргона, л/мин:плазмообразующего 4защитного 12Время задержки импульсатока плавящегося электродапо отношению к началу импульса тока неплавящегосяэлектрода, с 0,02Длительность импульса токаэлектрода, с:неплавягцегося 0,06плавящегося 0,04Длительность паузы междуимпульсами тока неплавящегося электрода, с 0,14Скорость наплавки, м/ч 24Наплавляемый слой представляет собойалюминиево-магниевый сплав с вкраплением карбида коемння. При эксплуатации этого сплава отйосительно магния часть алюминий-магний изнашивается и на поверхность выходят зерна твердого карбида кремния, обеспечивающего высокую износостойкость наплавленного слоя.Таким образом, предлагаемый способплазменно-дуговой наплавки позволяет про0 изводить наплавку композиционных материалов на поверхности различных изделий и деталей, что повышает их срок службы, увеличивает надежность эксплуатации, снижает затраты на ремонт и потери от простоя.Способ позволяет снизить растворениетвердых частиц в материале матрицы и таким образом улучшить качество наплавленного металла и уменьшить расход наплавочных материалов. Формула изобретения Способ плазменно-дуговой наплавки, прикотором плавящийся электрод подают соосно плазменной дуге, горящей между неплавящимсл электродом плазмотрона и соплом З 5 плазмотрона, а вторую дугу возбуждаютмежду плавящимся электродом и изделием, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей при наплавке композиционных сплавов, питание плазменной дуги и дуги плавящегося электрода осуществляют импульсными токами одной полярности, причем начало импульса тока плавящегося электрода задерживают по отношению к началу импульса тока неплавящегося электрода на время, определяемое 45 из соотношения. где Н - расстояние между соплом и изделием, мм;О - диаметр канала сопла плазмотрона,мм;Й - диаметр плавящегося электрода,мм;Я - расход плазмообразующего газа,л/мин,а заканчивают подачу импульсов одновременно. 5015691331 с 1Составитель Г. ТютченковаРедактор Н. Бобкова Техред И. Верес Корректор И МускаЗаказ 1415 Тираж 653 Подписное В 11 ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР13035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5Производственно. издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101