Спосіб нанесення покриття на поверхню деталей з допомогою електроконтактного зварювання з використанням порошкового присадочного матеріалу, що містить залізний порошок, і присадочний матеріал для його здійснення

 

Область техніки

Винахід відноситься до нанесення покриттів, що містять тонкодисперсні залізні порошки, і може бути використане для відновлення зношених і зміцнення робочих поверхонь деталей типу тіл обертання або інших опуклих поверхонь, а також плоских поверхонь.

Відомий рівень техніки

При нанесенні покриттів з використанням порошкових матеріалів присадочний матеріал являє собою суміш тонкодисперсних порошків, що включають в себе основний компонент, наприклад тонкодисперсний залізний порошок, і легуючі компоненти. При електроконтактного приварюванні порошків зварювальний струм може досягати тисяч і навіть десятків тисяч ампер, що призводить до генерування в робочій зоні потужних магнітних полів. У пропонованих промисловістю присадних матеріалах основу присадочного матеріалу, що містить залізо, становить тонкодисперсний залізний порошок, у якому переважають фракції з розміром частинок 160-315 мкм (не менше 80%), наприклад, порошок ПЖА - 1 (ТУ 1479-002-12300291-2005). У цьому випадку при нанесенні покриття необхідно брати до уваги вплив цих магнітних полів на тонкодисперсний залізний порошок. Зокрема, умови подачі залізного поро�елезний порошок притягається зону зварювання, і в період паузи між двома імпульсами зварювального струму, коли магнітне поле відсутнє, і частину залізного порошку відсмоктується з зони зварювання, що призводить до зміни складу присадочного порошку в зоні зварювання, локальної зміни характеристик нанесеного покриття і відповідної зміни характеристик покриття в цілому.

Відомий спосіб нанесення покриття, що містить залізний порошок, у відповідності з яким готують пастоподібну суміш, що включає в себе залізний порошок, легирующую присадку (мідний порошок) і сполучна (розчин каніфолі), подають приготовану суміш в зону контакту електрода з поверхнею деталі, на яку наноситься покриття, підтискають електрод до поверхні деталі і пропускають імпульси зварювального струму (див. патент РФ №2350447, кл. B23K 11/06 від 27.03.2009). Це забезпечує сталість складу присадочного матеріалу. При використанні сполучного необхідно враховувати вплив зв'язуючого на процес нанесення покриття з порошкового матеріалу і відповідним чином добирати сполучна і режими зварювання порошкового матеріалу. Крім того, існують ситуації, коли для отримання покриття з заданими властивостями можна використовувати сполучна.

�садочний матеріал, включає в себе залізний порошок, подають в зону контакту електрода з поверхнею деталі, на яку наноситься покриття, прикладають електрод до поверхні деталі і пропускають імпульси зварювального струму. Для регулювання кількості привариваемого залізного порошку незалежно від режиму електроконтактного зварювання (зменшення впливу магнітного поля, створюваного при пропущенні зварювального струму) в період паузи між імпульсами зварювального струму в зоні зварювання створюють додаткове магнітне поле, що забезпечує сталість умов переміщення залізного порошку в зону зварювання в період паузи (див., наприклад, патент РФ №2342233, кл. B23K 11/06 від 27.12.2008).

Відомий також спосіб нанесення покриття за допомогою електроконтактного зварювання з використанням порошкового присадочного матеріалу, що містить в якості основи феромагнітний порошок, який включає в себе подачу феромагнітного порошкового присадочного матеріалу в зону контакту електрода з поверхнею деталі, на яку наноситься покриття, притиснення феромагнітного порошкового присадочного матеріалу електродом до поверхні деталі і приварювання порошкового присадочного матеріалу до поверхні деталі імпульсами зварювального струму, при цьому фК 11/00 від 17.09.1973). Оскільки порошок нагрітий вище точки Кюрі для заліза (770°С), то він стає парамагнетиком і магнітне поле, що генерується імпульсом зварювального струму, на частинки порошку не діє. Відповідно, магнітне поле не впливає на подачу порошку в зону контакту. Однак нагрівання порошків до точки Кюрі призводить до необхідності застосування захисної атмосфери і може призвести до зміни міцнісних характеристик поверхні деталі.

Розкриття винаходу

Завданням цього винаходу є розробка способу нанесення покриття за допомогою електроконтактного зварювання з використанням порошкового присадочного матеріалу з виключенням впливу на присадочний матеріал, у тому числі на порошок заліза або його сплавів, магнітного поля, що генерується імпульсами зварювального струму при температурах, що виключають зміна міцнісних характеристик поверхні деталі, а також розробка порошкового присадочного матеріалу для такого способу.

Поставлена задача вирішується тим, що в способі нанесення покриття за допомогою електроконтактного зварювання з використанням порошкового присадочного матеріалу, що містить в якості основи порошок заліза або його сплавів, що включає в себе подач�відкриття, притиснення порошкового присадочного матеріалу електродом до поверхні деталі і приварювання порошкового присадочного матеріалу до поверхні деталі імпульсами зварювального струму, у відповідності з запропонованим винаходом використовують нанопорошок заліза або його сплавів з розмірами наночастинок, не перевищують 10 нм, та подають порошковий присадочний матеріал в зону контакту електрода з поверхнею деталі при температурі нижче температури точки Кюрі для заліза.

Переважно, використовують нанопорошок заліза або його сплавів з середнім розміром наночастинок менше 7 нм.

Переважно, використовують нанопорошок заліза або його сплавів з розмірами наночастинок 5-10 нм.

Крім того, поставлена задача вирішується тим, що в присадні матеріалі для нанесення покриття за допомогою електроконтактного зварювання, що включає в себе в якості основи порошок заліза або його сплавів і порошки легуючих компонентів з діамагнітних і/або парамагнітних матеріалів, у відповідності з цим винаходом, порошок заліза або його сплавів являє собою нанопорошок заліза або його сплавів з розміром частинок, що не перевищує 10 нм.

Переважно, нанопорошок заліза або його сплавів має середній размерестно, що магнітні властивості заліза та його сплавів забезпечуються доменною структурою заліза і його сплавів, і в залежності від розміру частинок змінюється величина коерцитивної сили, при цьому зі зменшенням розміру частинок коерцитивна сила зростає до максимального значення (до 970 Е при середньому розмірі частинок 20-25 нм, що відповідає однодоменной частці), а потім зі зменшенням розміру частинок заліза до 10 нм коерцитивна сила зменшується практично до нуля і при середньому розмірі частинок 7 нм і менше порошок заліза або його сплавів стає повністю суперпарамагнитним, тобто магнітне поле перестає діяти на такий порошок заліза або його сплавів.

Таким чином, використання в присадні матеріалі для нанесення покриття за допомогою електроконтактного зварювання нанопорошка заліза або його сплавів з розмірами наночастинок, не перевищують 10 нм, виключає вплив на них магнітного поля, що генерується імпульсами зварювального струму, і можна забезпечити однакові умови подачі порошку заліза і його сплавів при температурах нижче точки Кюрі для заліза як під час імпульсу зварювального струму, так і під час паузи між двома імпульсами.

Останнім позитивно позначається на якості пропонованого способу нанесення покриття. Креслення заявки представлений у вигляді достатнього для розуміння принципу винаходу фахівцями в даній області техніки і ні в якій мірі не обмежує обсягу цього винаходу.

Здійснення способу

Слід розуміти, що даний опис служить тільки для ілюстрації здійснення винаходу і ні в якій мірі не обмежує обсягу цього винаходу.

Приклад реалізації винаходу проілюстрований для випадку роликової електроконтактного зварювання. Однак пропонований спосіб не обмежується даним видом зварювання і може використовуватися для будь-якої іншої електроконтактного зварювання, наприклад точкової або шовного.

Як показано на фіг. 1, установка для реалізації запропонованого способу нанесення покриття містить роликовий електрод 1, бункер 2 з зберігаються в ньому порошковим присадним матеріалом 3, який подається в зону контакту роликового електрода 1 з поверхнею деталі 4, на яку наноситься покриття. Роликовий електрод 1 притискають до поверхні деталі 3 будь-яким відомим способом.

При нанесенні покриття присадочний матеріал 3 подають у зону контакту роликового електрода 1 з поверхнею деталі 4 і пропускають через зону контакту імпульси зварювального тульсами зварювального струму і приварює частинки до поверхні деталі. Протягом імпульсу зварювального струму створюється сильне магнітне поле, яке може впливати на будь-які феромагнітні матеріали, притягаючи їх в зону контакту.

Пропонований спосіб нанесення покриття на поверхню деталі реалізується наступним чином.

Для нанесення покриття готують присадочний матеріал, що включає в себе в якості основи (наприклад, 60-80% за обсягом) нанопорошок заліза або його сплавів з розміром наночастинок, що не перевищує 10 нм, та порошки легуючих компонентів, наприклад мідь, хром, вольфрам або інші метали або їх сполуки. Далі під терміном нанопорошок заліза розуміють як власне нанопорошок заліза, так і нанопорошок з його сплавів.

В експериментах по нанесенню покриття використовувався нанопорошок заліза з середнім розміром частинок 7 нм. За своїм фракційним складом використовуваний нанопорошок заліза складався з наночастинок 5-10 нм. Нанопорошок з таким фракційним складом освоєний промисловістю і виготовляється ВАТ «Полема» м.тула.

В експериментах використовувалися легуючі присадні порошки: діамагнітний присадочний порошок - алюміній (ПА 1, ПА 2) з розміром частинок 120-400 мкм, парамагнітний присадочний порошок - мідь (ПМС 1) з раЀиалов, використаних в експерименті, в пропонованому способі можуть використовуватися й інші матеріали: різноманітні діамагнітні матеріали - цинк, оксиди металів, кераміки і різноманітні парамагнітні матеріали - хром, молібден, вольфрам, карбід вольфраму тощо

Перевірка впливу магнітного поля на подачу присадочного матеріалу, що містить нанопорошок заліза з середнім розміром наночастинок 7 нм, проводилася на експериментальній установці при кімнатній температурі з подачею матеріалу на рухому поверхню з періодичним впливом імпульсів магнітного поля. Експерименти показали, що нанопорошок заліза з середнім розміром наночастинок 7 нм і інші компоненти присадочного матеріалу, наприклад мідь, рівномірно розподілялися по рушійною поверхні як під час дії імпульсу магнітного поля, так і в період паузи між імпульсами магнітного поля. Зміщення наночастинок заліза від впливу імпульсу магнітного поля не спостерігалося.

Контрольні експерименти, проведені на цій же установці з присадним матеріалом, що містить порошок заліза ПЖА-1 з розміром частинок 160-300 мкм, показали, що при відсутності магнітного поля порошок заліза ПЖА-1 та інші компоненти присадочо поля мало місце зміщення порошку ПЖА-1 із зони паузи в зону впливу імпульсу магнітного поля, що призвело до нерівномірності розподілу порошку заліза на поверхні.

Таким чином, експерименти підтвердили, що нанопорошок заліза з середнім розміром наночастинок 7 нм володіє парамагнитними властивостями і стає нечутливим до впливу магнітного поля, в результаті чого співвідношення компонентів в присадні матеріалі залишається постійним на всій рухомої поверхні.

Даний винахід забезпечує рівномірний розподіл нанопорошка заліза і присадочного матеріалу по поверхні оброблюваної деталі, що забезпечує рівномірний фракційний склад по всій поверхні і по товщині покриття, що дає можливість отримати покриття з рівномірним розподілом по товщині і площі покриття всіх компонентів покриття і тим самим отримати покриття, склад якого на всій оброблюваної поверхні близький до оптимальному співвідношенню компонентів. Відповідно отримує більш якісне покриття, в якому міцнісні характеристики однакові по всій поверхні покриття.

Слід розуміти, що при розмірах наночастинок заліза менше 5 нм також буде спостерігатися перехід заліза в парамагнітний стан, але використання для нанесення покриття з використанням описаного вище присадочного матеріалу, містить в якості основи нанопорошок заліза з розмірами наночастинок 5-10 нм при середньому розмірі наночастинок 7 нм, проводилося на роликовій зварювальної машини, схема якої показана на фіг.1.

Покриття з присадочного матеріалу, що містить наночастинки заліза наносилося на циліндричну поверхню (поверхню сталевого валу). Присадний матеріал (суміш нанопорошка заліза і порошку алюмінію, міді)) подавався в зону контакту під дією власної ваги при кімнатній температурі і притискався до поверхні деталі роликовим електродом зварювальної машини. Приварювання присадного матеріалу, що містить нанопорошок заліза, велася при імпульсі зварювального струму 100-150 тис. ампер. Експерименти показали, що в нанесеному покритті присадочний матеріал, у тому числі нанопорошок заліза, рівномірно розподілений по оброблюваної поверхні.

Промислова придатність

Даний винахід може використовуватися для нанесення покриттів з різними порошковими присадочними матеріалами, основним компонентом яких є нанопорошок заліза. В якості легуючих добавок можуть використовуватися порошки будь-яких парамагнітних і діамагнітних матеріалів: міді, алюмінію, вольфраму, хрому �уются для підвищення стійкості поверхні виробу до зовнішнього впливу, наприклад, для підвищення зносостійкості поверхні.

Нанопорошок заліза і його сплавів з розмірами наночастинок заліза 5-10 нм можуть бути отримані, наприклад, методом электродисперсионного диспергування та іншими методами. Як вже зазначалося, в Росії освоєно виробництво нанопорошків заліза з розміром наночастинок менше 10 нм.

Для приварки порошку до поверхні деталі може використовуватися будь-яке обладнання для електроконтактного зварювання, роликові зварювальні машини, зварювальні машини для точкового зварювання, зварювальне обладнання для шовного зварювання.

Вищенаведений варіант здійснення є лише прикладом реалізації і вказані параметри і матеріали не обмежують обсяг винаходу, якщо ці параметри і матеріали не спеціально обумовлені у формулі винаходу. Представлений спосіб може бути легко застосований до устаткування інших типів. Опис цього винаходу є ілюстративним і не обмежує сфери дії формули винаходу. Для фахівців є очевидними можливі варіанти і модифікації винаходу.

1. Спосіб нанесення покриття на поверхню деталей з допомогою електроконтактного зварювання з використанням порошкового присадочного про матеріалу, містить в якості основи порошок заліза або його сплавів, притиснення порошкового присадочного матеріалу електродом до поверхні деталі і приварювання порошкового присадочного матеріалу до поверхні деталі імпульсами зварювального струму, який відрізняється тим, що порошковий присадочний матеріал в зону контакту електрода з поверхнею деталі подають при температурі нижче температури Кюрі для заліза, при цьому використовують нанопорошок заліза або його сплавів з розміром наночастинок, що не перевищує 10 нм, причому присадочний матеріал додатково містить порошки легуючих діамагнітних і/або парамагнітних матеріалів.

2. Спосіб нанесення покриття по п.1, що відрізняється тим, що використовують нанопорошок заліза або його сплавів з середнім розміром наночастинок менше 7 нм.

3. Спосіб нанесення покриття по п.1, що відрізняється тим, що використовують нанопорошок заліза або його сплавів з розмірами наночастинок 5-10 нм.

4. Порошковий присадочний матеріал для нанесення покриття на поверхню деталей з допомогою електроконтактного зварювання спосіб за п.1, який характеризується тим, що містить в якості основи нанопорошок заліза або його сплавів, а також порошки легуючих діамагнітних і/або парамагнітних матеріал�ї матеріал по п.4, відрізняється тим, що нанопорошок заліза або його сплавів має середній розмір наночастинок менше 7 нм.

6. Присадочний матеріал по п.4, який відрізняється тим, що нанопорошок заліза або його сплавів має розмір наночастинок 5-10 нм.



 

Схожі патенти:

Твердий припой

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до твердого припою на основі заліза для зварювання нержавіючих сталей

Зварювальний дріт для зварювання жароміцних хромистих мартенситних сталей

Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до виготовлення зварювального дроту для зварювання жароміцних хромистих мартенситних сталей

Склад зварювального дроту

Винахід відноситься до металургії складнолегованих зварювальних матеріалів і може бути використане для ручної і автоматичної зварки деталей з високоникелевих сплавів

Аморфний стрічковий припій на основі міді

Винахід відноситься до пайку, зокрема до розробки оптимальної форми випуску та складу припою, застосовуваного при пайці виробів з вольфраму та його сплавів з виробами з міді та її сплавів, наприклад энергонапряженних вузлів для термоядерної енергетики
Винахід відноситься до галузі металургії, а саме до металів зварних швів для з'єднання між собою мідно-нікелевих сплавів з вмістом від 9,0 до 41,0 мас.% нікелю, і може бути використане при виготовленні і ремонті суднових трубопроводів систем забортної води кораблів і суден всіх типів та призначень, рибозахисних пристроїв і інших конструкцій і виробів з розглянутих мідно-нікелевих сплавів

Твердий припой, спосіб паяння твердим припоєм, паяное виріб і паста, що містить цей твердий припой

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема, до твердих припоям на основі заліза, і може бути використане для зварювання нержавіючих сталей
Винахід відноситься до галузі металургії і може бути використане при виготовленні деталей гарячого тракту газотурбінних двигунів, таких як направляючі апарати компресорів і соплові апарати турбін з деформованих і литих жароміцних нікелевих сплавів
Винахід відноситься до виробництва зварювальних матеріалів і може бути використано для автоматичного зварювання теплостійких сталей перлітового класу при виготовленні виробів в нафтохімічному та енергетичному машинобудуванні
Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до припоям для паяння виробів з ювелірних сплавів 850 проби

Склад зварювального дроту

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема, до сплавів для зварювальних дротів і може бути використане при виготовленні та ремонті виробів, а також для наплавлення ущільнювальних поверхонь виробів з мідно-нікелевих сплавів з вмістом нікелю 29-42%, що експлуатуються в морській воді

Зварювальні кліщі

Винахід відноситься до машинобудівної галузі, зокрема до станкостроению, і може бути використане на автоматичних лініях для контактної точкової зварювання кузовних деталей автомобіля

Пристосування для брикетування заготовок гнучкого дроту

Винахід відноситься до області машинобудування, а саме до пристроїв установки для контактного зварювання

Многоэлектродное пристрій для контактного зварювання арматурної сітки

Винахід відноситься до многоэлектродному пристрою для контактного зварювання арматурної сітки

Спосіб охолодження електрода контактної точкової зварки (ктс) і пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до зварювального виробництва та придатне в електродах КТС

Зварювальний інструмент

Винахід відноситься до зварювального пристрою точкового зварювання, зокрема до зварювальних кліщів

Робототехнічний комплекс для контактного точкового зварювання

Винахід відноситься до робототехническому комплексу для контактної точкової зварювання каркаса тепловиділяючої збірки, що складається з нижньої решітки і дистанціонуючих решіток, сполучених між собою каналами

Універсальний пристрій для шовного і точкової електроконтактного зварювання

Винахід відноситься до зварювальної техніки, зокрема до пристроїв для роликових і точкової електроконтактного зварювання, і може бути використано при відновленні і зміцненні деталей машин методом електроконтактного зварювання в різних галузях машинобудування, а також при зварюванні плоских поверхонь і швів спіральних

Спосіб виготовлення тепловиділяючих елементів ядерного реактора

Винахід відноситься до способу виготовлення тепловиділяючих елементів ядерного реактора і може бути використано в атомній енергетиці при виготовленні із застосуванням контактно-стикового зварювання тепловиділяючих елементів (твел) і направляючих каналів стрижневого типу для тепловиділяючих збірок енергетичних ядерних реакторів

Спосіб виготовлення тепловиділяючого елементу ядерного реактора

Винахід відноситься до способу виготовлення тепловиділяючого елемента (твел) ядерного реактора і може знайти застосування в ядерній техніці

Спосіб контактно-стикового зварювання труби з заглушкою

Винахід відноситься до способу контактно-стикового зварювання труби з заглушкою і може знайти застосування при виготовленні стрижневих тепловиділяючих елементів ядерних установок
Up!