способ наплавки меди или медных сплавов на подложку из высоколегированных никелевых сплавов

Формула изобретения

1. Способ наплавки меди или медных сплавов на подложку из высоколегированных никелевых сплавов, включающий укладку медной пластины присадки-накладки на подложку и расплавление медной пластины дуговой сваркой неплавящимся электродом, отличающийся тем, что перед укладкой пластин на их соприкасающиеся поверхности наносят слои флюса, а торцевые кромки медной пластины и расположенные у ее кромок участки подложки по всему периметру изолируют от контакта с плазмой дуги, при этом наплавку осуществляют при температуре плавления накладки без оплавления основного металла подложки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют флюс, состоящий из 68-72% борной кислоты, буры 19-21% и фтористого кальция 8-10%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве флюса используют флюс, состоящий из 100% борного ангидрида.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирование торцевых кромок медной пластины и расположенных у ее кромок участков подложки осуществляют графитовыми пластинами.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирование торцевых кромок медной пластины и расположенных у ее кромок участков подложки осуществляют той же медной пластиной присадкой-накладкой, имеющей ширину и длину, превышающие ширину и длину наплавки на величину более 10 мм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирование боковых торцевых кромок медной пластины и расположенных у границы медной пластины присадки-накладки участков подложки осуществляют той же медной пластиной присадкой-накладкой, имеющей корытообразный профиль.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Данное изобретение относится к области энергетического машиностроения и, в частности, к способу наплавки оболочек из меди или медных сплавов на поверхность деталей, выполненных, например, из высоколегированных никелевых дисперсионно-твердеющих сплавов.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время в конструкциях ряда энергетических установок применяют паяные соединения колец из меди 5-6 мм с деталями из никелевого дисперсионно-твердеющего сплава (см. патент РФ № 2169647, МКИ В 23 К 1/19, от 1999 г.).

Этот способ включает предварительную термообработку деталей из сплава на никелевой основе - закалку и старение, сборку деталей с размещением припоя на паяемых поверхностях, пайку в защитной атмосфере и последующее охлаждение. Технология пайки этих колец требует применения весьма сложного и энергоемкого оборудования.

Это техническое решение является аналогом заявляемого изобретения.

Известен способ наплавки на поверхность детали, выполненной из высоколегированного дисперсионно-твердеющего сплава на никелевой основе (см. патент РФ № 2063313, МКИ В 23 К 9/04, 1996 г.). Способ включает в себя многослойную наплавку проволоки из сплава на основе никеля в среде защитного газа дугой неплавящимся электродом. При этом сначала наплавляют слой толщиной 0,3-0,4 общей толщины слоя, а затем остальную часть 0,6-0,7 требуемого слоя.

Наплавка слоя на основе никель-хромового сплава, не содержащего легирующих компонентов-упрочнителей, толщиной выше 0,4 от общей толщины наплавки может вызвать появление трещин в околошовной зоне дисперсионно-твердеющего сплава.

Поэтому нанесение второго слоя (0,6-0,7) только усугубит процесс образования трещин в околошовной зоне указанного сплава (аналог предлагаемого изобретения).

Известен другой способ наплавки двух слоев - никелевого сплава и меди на поверхность детали, выполненной из дисперсионно-твердеющего сплава (см. патент РФ №2164196, МКИ В 23 К 9/04, 2001 г.). Способ предусматривает наплавку на поверхность детали первого слоя толщиной 10 мм из никелевого сплава, не содержащего элементы-упрочнители. Наплавку осуществляют с помощью сварочной головки неплавящимся электродом в защитной среде с боковой подачей проволоки. Далее производят механическую обработку наплавленного слоя до получения слоя толщиной 1,5 мм. На полученный слой наплавляют проволоку из "чистой" меди, т.е. медного сплава с содержанием меди 93-98%.

Наплавку медного слоя также осуществляют аргонно-дуговой горелкой неплавящимся электродом в среде защитного газа. После чего его подвергают механической обработке до получения слоя толщиной 0,1 мм.

Способ по патенту № 2164196 не исключает значительного перемешивания наплавляемого металла толщиной 0,1 мм с металлом первого слоя. Таким образом это техническое решение не решает основной задачи получения требуемого состава наплавляемого материала.

Как указано в описании изобретения по патенту №2164196, указанный способ устраняет дефекты в наплавленных слоях, однако трещины возникают в околошовной зоне дисперсионно-твердеющего сплава.

Данное техническое решение также принимаем за аналог предлагаемого изобретения.

Известен также способ наплавки, предусматривающий введение присадки из наплавочного сплава в виде вставки, предварительно изготовленной по соответствующей форме и уложенной на поверхность детали, подлежащей наплавке, с последующим расплавлением ее дугой неплавящимся электродом в защитном газе (аргоне) на всю ее толщину и обеспечивая при этом оплавление подложки под вставкой (см. Г.Л.Петров. "Сварочные материалы". - Л.: Машиностроение, 1972 г., с.137).

Этим способом можно получить валик наплавки, состав которого зависит от составов присадки и основного металла и их долевого участия в получаемом валике.

Это техническое решение является прототипом предлагаемого изобретения.

Недостатком этого способа наплавки является значительное перемешивание наплавочного металла с основным, поскольку для обеспечения надежной связи наплавки с основным металлом производится его оплавление.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа наплавки, обеспечивающего получение наплавленного слоя, полностью соответствующего составу наплавляемого металла в первом же слое наплавки.

Технический результат от использования изобретения состоит в повышении качества наплавленных соединений в процессе их эксплуатации.

Эта задача решена за счет того, что в способе наплавки меди или медных сплавов на подложку из высоколегированных никелевых сплавов, включающем укладку медной присадки-накладки на подложку, подлежащую наплавке, расплавление медной присадки-наплавки дуговой сваркой в инертном газе неплавящимся электродом, причем перед укладкой присадки-накладки на соприкасающиеся поверхности подложки и присадки-накладки наносят слой флюса, участки подложки, расположенные в зоне возможного возникновения прямого контакта плазмы дуги с подложкой, изолируют от этого экранированием, а наплавку осуществляют при температуре, не превышающей температуры плавления металла подложки без ее оплавления.

Кроме того, другими отличиями является то, что:

- в качестве флюса используют флюс, состоящий из 68-72% борной кислоты, буры 19-21% и фтористого кальция 8-10%;

- в качестве флюса используют флюс, состоящий из 100% борного ангидрида;

- изолирование участков подложки от прямого контакта с плазмой дуги осуществляют графитовыми пластинами;

- изолирование подложки от прямого контакта с плазмой дуги осуществляют присадкой-накладкой в виде медной пластины, ширина и длина которой превышает ширину и длину наплавки не менее чем на 10 мм с каждого края пластины;

- изолирование подложки от прямого контакта с плазмой дуги осуществляют той же медной присадкой-накладкой, имеющей корытообразное сечение.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематически показан собранный под наплавку образец с графитовыми пластинами.

На фиг.2 схематически показан собранный под наплавку образец с медной присадкой-накладкой с увеличенной поверхностью.

На фиг.3 схематически показан собранный под наплавку образец с медной присадкой-накладкой корытообразного сечения.

Пример реализации изобретения

Наплавку меди на никелевый сплав марки ЭК-61 осуществляли следующим образом. Предварительно из сплава ЭК-61 изготавливали прямоугольную пластину - подложку 1 толщиной 10 мм, а из медной пластины толщиной 2 мм изготавливали присадку-накладку 2 корытообразного сечения. На соприкасаемые поверхности подложки 1 и присадки-накладки 2 кистью наносили водный раствор флюса 3, состоящего из 70% борной кислоты, 20% буры и 10% хлористого кальция. После просушки флюса медная пластина 2 (присадка-накладка) была уложена стороной, покрытой флюсом, на поверхность подложки 1 из ЭК-61, покрытую флюсом. После этого производили расплавление медной присадки-накладки 2 с помощью электрической дуги, горящей между вольфрамовым электродом 4 и дном корытообразной присадки-накладки 2 в среде инертного газа - гелия (фиг.3). Параметры электрической дуги подбирали такими, чтобы температура плавления присадки-накладки 2 была не выше температуры плавления подложки 1 из ЭК-61.

Процесс наплавки проводили таким образом, чтобы он был близок к процессу "напайки" или облуживания медью сплава ЭК-61, при этом сила сварочного тока составляла 160 А, скорость перемещения дуги 10 м/час. Расплавленный металл присадки-накладки 2 растекается по нерасплавленной поверхности подложки 1 и как бы спаивается с ним по ширине 12 мм при максимальной высоте наплавки 3 мм.

Устранение прямого контакта сварочной дуги с материалом подложки 1 достигается установкой экранов, например, графитовой пластины 5 по всему периметру присадки-накладки 2 (фиг.1), выполнением присадки-накладки шириной большей ширины, чем ширина А-наплавки на величину В (фиг.2), или выполнением медной присадки-накладки 2 корытообразной формы (фиг.3).

Покрытие соприкасаемых поверхностей медной пластины (присадки-накладки) и подложки из ЭК-61 флюсом предотвращает окисление контактирующих поверхностей накладки и подложки, улучшает смачивание металла подложки расплавом металла накладки, что создает надежную, прочную связь наплавки с подложкой.

Промышленная применимость

Предложенный способ наплавки меди или медных сплавов на подложку из высоколегированных никелевых сплавов может найти применение при изготовлении деталей, в которых условия эксплуатации поверхностных слоев значительно отличаются от условий эксплуатации всего остального материала изделия, например, повышенной или криогенной температурами, эрозионно-коррозионным воздействием высокоагрессивной окружающей среды в сочетании с высокими механическими нагрузками, высокими требованиями к качеству наплавки в агрегатах энергетических установок, в установках химического производства и др.