Pages Navigation Menu

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ПИ № ФС 77 - 51217, 16+

Пред-печатная версия
() Искать в Google Scholar
Цитировать

Цитировать

Электронная ссылка | Печатная ссылка

Скопируйте отформатированную библиографическую ссылку через буфер обмена или перейдите по одной из ссылок для импорта в Менеджер библиографий.
Дубцов Ю. Н. РАСЧЕТ СОСТАВА ЭЛЕКТРОДНОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ / Ю. Н. Дубцов, И. В. Зорин, Г. Н. Соколов и др. // Международный научно-исследовательский журнал. — 2019. — №. — С. . — URL: https://research-journal.org/technical/raschet-sostava-elektrodnoj-kompozicionnoj-provoloki-dlya-dugovoj-svarki-i-naplavki/ (дата обращения: 13.12.2019. ).

Импортировать


РАСЧЕТ СОСТАВА ЭЛЕКТРОДНОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Дубцов Ю.Н.1, Зорин И.В.1, Соколов Г.Н.2, Артемьев А.А1 , Лысак В.И.3,Топорков В.А.4, Кязымов Ф.А.5

1Кандидат технических наук; 2доктор технических наук, доцент; 3 доктор технических наук, член-корреспондент РАН; 4 магистрант; 5инженер, Волгоградский государственный технический университет

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научных проектов № 13-08-01282 и № 14-08-00868, а также гранта Президента РФ № МК-4265.2014.8.

РАСЧЕТ СОСТАВА ЭЛЕКТРОДНОЙ КОМПОЗИЦИОННОЙ  ПРОВОЛОКИ ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ И НАПЛАВКИ

Аннотация

Представлена методика расчета состава электродной композиционной проволоки (КП), обеспечивающая с достаточной точностью заданный химический состав сварных швов и наплавленного металла на основе γ’-Ni3Al. Методика основана на учете величин стехиометрического соотношения элементов, входящих в интерметаллическое соединение Ni3Al, степени обжатия, удлинения и уплотнения компонентов наполнителя, а также значений коэффициента перехода легирующих элементов.

Ключевые слова: композиционная проволока, электродуговая наплавка, алюминид никеля.

Dubtsov YU.N.1, Zorin I.V.1, Sokolov G.N.2, Artemev A.A. 1,Lysak V.I.3,  Toporkov V.A.4 Kyazymov F.A.5

1PhD in Engineering; 2 Doctor of Technical Sciences, associate professor; 3Member Russian Academy of Sciences, Doctor of Technical Sciences; 4undergraduate student, 5engineer, Volgograd State Technical University

CALCULATION OF THE COMPOSITE ELECTRODE WIRE FOR ARC WELDING AND SURFACING

Abstract

Provides a methodology for calculating the composition of the composite electrode wire (CP), which provides a high degree of accuracy defined chemical composition welds and weld metal based on γ’-Ni3Al. The technique is based on the account values stoichiometric elements included in the intermetallic compound Ni3Al, reduction ratio, elongation and sealing filler components, as well as the values of the transition coefficient of alloying elements.

Keywords: composite wire, arc welding, nickel aluminide.

Работоспособность штампов и пресс-форм для горячего деформирования сталей, носков оправок трубопрошивных станов, дисков и лопаток турбин для наземных ГТД и других объектов, эксплуатирующихся при температурах до 1200 ºС, зависит от износостойкости их контактных поверхностей.

Для упрочнения рассмотренной группы деталей более технологичными являются современные износостойкие сплавы на основе легированного алюминида γ’-Ni3Al, способные, в отличие от никелевых и кобальтовых суперсплавов, длительно сохранять стабильную структуру и высокие эксплуатационные свойства вплоть до температуры 1250 ºС.

Для наплавки и сварки деталей из современных сложнолегированных жаропрочных сплавов на основе интерметаллических соединений требуется изготовление присадочных и электродных материалов соответствующего химического состава. Из литературных данных [1] известен положительный опыт разработки покрытых электродов для сварки сплавов типа supper-alloys и наплавки металла с антикавитационными свойствами на основе γ’-Ni3Al. Однако получение проволок и электродных стержней сплошного сечения из сплавов, которые легированы большим количеством тугоплавких компонентов, затруднено по причине низкой деформационной способности таких материалов. Более технологичны в изготовлении порошковые проволоки, но введение в состав их наполнителя порошков химически активных никеля и алюминия повышает склонность компонентов к окислению вследствие большой удельной поверхности порошков. При введении в порошковую проволоку небольших количеств легирующих компонентов с различными значениями удельных масс необходимо учитывать возможность их неравномерного распределения по длине проволоки по причине сепарации, что обусловливает химическую неоднородность наплавленного металла.

Возможным решением комплекса проблем является использование композиционной проволоки, изготовляемой путем совместного механизированного волочения через твердосплавную фильеру оболочки КП, изготавливаемой из пластичного металла и наполнителя, состоящего из комплекса промышленно выпускаемых компонентов в виде тонких проволок, лент и металлических порошков. Изменяя исходные размеры компонентов, можно изготовить КП, обеспечивающую практически любой химический состав металла сварного шва [2].

Таким образом, возможность использования технологически гибких дуговых процессов сварки и наплавки в защитных газах связана с необходимостью разработки методики расчета состава электродных КП.

Расчет ведется исходя из требуемой массы проволоки 19-11-2019 12-03-07 (кг), заданного диаметра 19-11-2019 12-03-18 (мм) и содержания легирующих элементов 19-11-2019 12-03-30 (масс.%) с тем отличием от методики [3], что отношение толщины оболочки к ее наружному диаметру является функцией, зависящей от стехиометрического соотношения 19-11-2019 12-03-40 между массами элементов, входящими в интерметаллическое соединение. Если такое соединение состоит из двух элементов (Ni3Al), то коэффициент 19-11-2019 12-03-40 можно представить как соотношение:

19-11-2019 12-07-11     (1)

где 19-11-2019 12-23-23 – массы, необходимые для обеспечения стехиометрического соотношения между первым и вторым элементами соответственно; 19-11-2019 12-23-39 – массы первого и второго элементов соответственно, содержащиеся в составе используемых легирующих материалов.

В начале расчета необходимо увеличить содержание в КП легирующих элементов 19-11-2019 12-03-30 (масс.%) с учетом коэффициентов их перехода в сварочную ванну при выбранном способе сварки или наплавки.

Определение масс. доли % 19-11-2019 12-25-48 для металлов,  входящих в стехиометрическое соотношение 19-11-2019 12-03-40, производится по формулам (2) и (3) соответственно.

19-11-2019 12-30-21

где 19-11-2019 12-23-39 – масс. доля % первого и второго компонента соответственно, вводимых в составе используемых легирующих материалов; 19-11-2019 12-03-30 – масс. доля % i-того легирующего элемента; n – количество компонентов в КП.

Далее по формуле (4) и (6) рассчитываются занимаемые в сечении КП площади сечения 19-11-2019 12-31-48(мм2) металлов (в виде лент, проволок и др.) с учетом их содержания в легирующих материалах  19-11-2019 12-32-02.

19-11-2019 12-40-26    (4)

где коэффициент k:

19-11-2019 12-40-53

где 19-11-2019 12-42-54 – плотности элементов, входящих в интерметаллическое соединение, г/мм3.

Зная содержание в масс. долях % каждого легирующего элемента, определяют единичную массу проволоки 19-11-2019 12-43-20,кг:

19-11-2019 12-43-39    (7)

где 19-11-2019 12-48-02

По заданной массе КП находят ее длину 19-11-2019 12-48-53, м:

19-11-2019 12-49-22   (8)

Зная длину КП 19-11-2019 12-48-53, находят массы компонентов 19-11-2019 12-49-51 (кг), необходимые для ее изготовления:

19-11-2019 12-53-17    (9)

где m – масс. доля % компонента КП.

В результате расчета получают: длину КП – 19-11-2019 12-48-53, м; массу входящих в стехиометрическое соотношение никеля и алюминия, кг, а также  легирующих компонентов наполнителя, кг.

Далее в зависимости от типа конструкции КП производится расчет геометрических параметров каждого вводимого компонента. Для ленты – толщина и ширина, для проволок – диаметр.

Так как при обжатии КП происходит неравномерное утонение и уплотнение входящих в нее компонентов по причине разности их пластических и сыпучих свойств, то необходимо учитывать этот факт при выборе их исходных размеров. Для каждого конструктивного исполнения и химического состава КП поправочные коэффициенты обжатия компонента 19-11-2019 13-01-37 должны быть получены экспериментальным путем.

Для конструкции вида (рис. 1) корректировку геометрических размеров компонентов КП производят с учетом коэффициентов их обжатия ( 19-11-2019 13-01-37) и уплотнения ( 19-11-2019 13-02-43 ).

Толщину наружной оболочки КП определяют по формуле

19-11-2019 13-08-00    (10)

где 19-11-2019 13-08-19 – ширина, толщина, коэффициент обжатия,  расчетная площадь никелевой ленты соответственно; 1,06 – коэффициент удлинения материала при формировании трубчатой проволоки.

19-11-2019 13-10-19

Рис. 1 – Сечение разработанной электродной КП с коаксиально расположенными компонентами наполнителя для аргонодуговой наплавки и сварки:       1 – никелевая оболочка со слоем наноразмерного порошка на ее внутренней поверхности; 2 – шихта; 3 – танталовая фольга; 4 – алюминиевый слой оболочки; 5 – проволока из молибдена; 6 – проволока из вольфрама.

 

На этом же этапе рассчитывают диаметр сформированной оболочки из никелевой ленты  с учетом закрытия ее стыка и подбирают необходимый диаметр фильеры по формуле

19-11-2019 13-12-51    (11)

Диаметр входящих в наполнитель КП алюминиевых проволок определяют из выражения

19-11-2019 13-13-08   (12)

где  19-11-2019 13-15-58(мм2) – диаметр, коэффициент обжатия, расчетная площадь алюминиевой проволоки соответственно.

При расчете массы порошковых компонентов, к примеру массы порошков хрома и циркония 19-11-2019 13-16-16, надо учитывать насыпную плотность порошка 19-11-2019 13-16-25 (г/мм3), которая напрямую зависит от коэффициента его уплотнения 19-11-2019 13-16-32 [2]:

19-11-2019 13-16-47

где 19-11-2019 13-27-53 – масса порошковой шихты циркония и хрома; 19-11-2019 13-16-25 – насыпная плотность порошковой шихты в КП; 19-11-2019 13-28-22 – расчетные площади порошка циркония и хрома соответственно; 19-11-2019 13-28-32 – насыпные плотности компонентов; 19-11-2019 13-28-39 – массовая доля компонентов в составе порошковой шихты.

Вывод

Разработанная методика позволяет рассчитать состав электродной КП, обеспечивающей при аргонодуговой наплавке с достаточной точностью заданный химический состав жаропрочного наплавленного металла и сварных швов на основе легированного Ni3Al.

Литература

  1. Modeling of the Build up Process for Production of Ni-Al based High Temperature Wear Resistant Coatings / M. Zinigrad [and others] // Proceedings of ASM Materials Solution*99: International Symposium on Steel for Fabricated Structures. Cincinnati, Ohio, USA. – 1999. – 230-233 pp.
  2. Иоффе, И. С. К вопросу выбора конструкции сечения порошковой проволоки / И. С. Иоффе, В. И. Зеленова // Сварочное производство. – 1986. – № 12. – С. 2-3.
  3. Особенности проектирования композиционной проволоки для наплавки сплавов на основе алюминида никеля / Ю.Н. Дубцов, И.В. Зорин, Г.Н. Соколов, В.И. Лысак // Изв. ВолгГТУ. Серия / ВолгГТУ. – Волгоград, 2012. – № 9. – С. 190-194.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.