Шинкарьова А.А., доц. Гетманець С.М.

Регулювання тепловкладення і тріщиностікості нікелевих сплавів

при дуговому наплавленні

1. Нікелеві сплави.

2. Хімічний склад обраних матеріалів.

3. Використані процеси зварювання.

4. Вибір захисного газу.

5. Проведення дослідів.

6. Наплавлення у захисному газі 50% Не, 550 ppm CO2, решта Ar.

7. Наплавлення у захисному газі 30% Не, 2% Н2, 550 ppm CO2, решта Ar.

8. Висновки.

Зміст

Області використання наплавлення однорідних нікелевих сплавів:• При усуненні дефектів• При сануванні• При удосконаленні• При модифікуванні

Проблеми при наплавленні нікелевих сплавів:• Гарячі тріщини• Інтерметалічні фази• Несплавлення

Нікелеві сплави

Лопать пропеллеру наплавлена за допомогою СMT-процесу.

Гарячі тріщини у наплавленому шарі з alloy 625.

Хімічний склад обраних матеріалів

Основний матеріал

Ni Cr Fe C Mn Si Mo Co Al Ti P S Cu інші

NiCr22Mo9Nb (alloy 625)ХН58В (ЭП795)

61,20 21,33 4,47 0,021 0,09 0,21 8,62 0,09 0,14 0,20 0,005 0,01 0,02Nb: 3,32Ta: 0,01

Присадковий матеріал

Ni Cr Fe C Mn Si Mo Al Ti P S Cu інші

S Ni 6625 (Thermanit 625)

64,20 22,42 0,406 0,007 0,02 0,08 8,89 0,095 0,202 0,002 0,001 0,019Nb: 3,32Ta: 0,01

Для імпульсно-дугового зварювання характерно:•Базовий струм 30-40 А, під час якого розігрівається електрод.•Струм-імпульсу 400-500 А, що забезпечує відрив краплі і стабілізує дугу. •Втрати на розбризкування знижуються до 0,3 %.

Імпульсно-дугове наплавлення (ILB)

Діапазон потужності різних видів зварювальної дуги. KLB- з короткими замиканнями, ÜLB- перехідна дуга, SLB- струменева дуга.

Характерно для CMT є:• Діскретний механізм подачі дроту• Малий зварювальний струм• Малий тепловклад• Зварювання з малим розбризкуванням

Cold Metal Transfer (CMT)

• Puls-Mix є комбінацією з CMT-процесу та звичайного імпульсного зварювання.

Puls-Mix

• Безпосередньо перед повторним запаленням зварювальної дуги зварювальний струм падає за менш ніж 1 мс

• Наступний імпульс розплавлення забезпечує рівномірно великий зріджений кінчик електродного дроту

• Дуже м'яке повторне запалення з малим енерговкладенням та розбризкуванням

СoldArc

Вплив захисних газів на зовнішній кут переходу шву до зовнішнього металу при СМТ- та Puls-Mix-процесах

Проведення дослідів

A, B, C – Положення проб

• Виконання першого проходу вздовж усієї пластини.

• Наплавлення наступних 5 проходів на 110 мм довжини пластини.

• Вилучення проб з кожного наплавленого блоку.

Таблиця: Погонна енергія Eeff [кДж/см] при різних параметрах зварювання

Наплавлення у захисному газі 50% Не, 550 ppm CO2, решта Ar

ПроцесМатеріал

CMT Puls-Mix ColdArc ILB

S Ni 6625 (Ø 1,0 мм) на alloy 625 4,09 5,17 - 4,15

1 мм

1 см

1 мм 1 мм

СМТ Puls-Mix СoldArc

1 см

Візуальний контроль Краско-капілярний контроль

• Частинки розподілені нерівномірно.

• Гарячі тріщини проходять вздовж концентрацій випадінь.

• Несплавлення відсутні.

Металографічні дослідження

Гарячі тріщини у наплавленому шарі з S Ni 6625 принаплавленні на різних параметрах наплавлення

Гарячі тріщини

Випадіння

2 мм

• EDX-аналіз часток у матриці показує підвищений вміст Nb, Mo та C.• Такий склад випадінь у alloy 625 характерний для карбідів.

Електронноструменева мікроскопія

Спектральний аналіз матриці

Спектральний аналіз випадінь

Таблиця: Погонна енергія Eeff [кДж/см] зі швидкістю зварювання vзв = 65 см/хв та швидкістю подачі дроту vдр = 6,0м/хв

ПроцесМатеріал

CMT Puls-Mix ColdArc ILB

S Ni 6625 (Ø 1,0 мм) на alloy 625 2,54 2,14 3,49 2,29

Наплавлення у захисному газі 30% Не, 2% Н2, 550 ppm CO2, решта Ar I

Несплавлення Несплавлення

1 см1 см

Візуальний контроль Краско-капілярний контроль

1 мм1 мм1 мм1 мм

СМТ СoldArc Puls-Mix ILB

Таблиця: Погонна енергія Eeff [кДж/см] зі швидкістю зварювання vзв = 40 см/хв та швидкістю подачі дроту vдр = 6,0м/хв

ПроцесМатеріал

CMT Puls-Mix ColdArc ILB

S Ni 6625 (Ø 1,0 мм) на alloy 625 4,55 3,86 4,19 3,93

1 см 1 см

Візуальний контроль Краско-капілярний контроль

Наплавлення у захисному газі 30% Не, 2% Н2, 550 ppm CO2, решта Ar II

• Випадіння невеликих розмірів і розподілені досить рівномірно.

• Гарячі тріщини відсутні.• Велика кількість несплавлень у

більшості наплавлень.

Металографічні дослідження

Несплавлення

• EDX-аналіз часток у матриці показує підвищений вміст Nb і Mo та знижену кількість Fe.

• Такий склад випадінь у alloy 625 характерний для Лавес фази.

Електронноструменева мікроскопія

Спектральний аналіз матриці

Спектральний аналіз випадінь

• Значення твердості тим більше чим нижчий тепловклад.

• Твердість нижніх слоїв вища ніж твердість верхніх слоїв.

Кількість несплавлень

Верхня лінія вимірювання

Середня лінія вимірювання

Нижня лінія вимірювання

Основний метал

• Використання газу з 50 % Не/ 550 ppm CO2/ решта Ar неможливе, через утворення великої кількості гарячих тріщин.

• На відміну від літературних даних тріщини проходили вздовж частинок з підвищеним вмістом Mo, Nb та С (можливо карбідів).

• При використанні газу 30 % Не/ 2% Н2/ 550 ppm CO2/ решта Ar та “холодних” СМТ- та ColdArc-процесів утворюється велика кількість несплавлень

• При використанні газу 30 % Не/ 2% Н2/ 550 ppm CO2/ решта Ar та імпульсно-дугового наплавлення не утворюється ні тріщин, ні несплавлень, а випадіння (можливо Лавес фаза) мають невеликий розмір і рівномірно розподілені.

Висновки

Окрема подяка Otto-von-Guericke університету м. Магдебург за співпрацю і надання матеріалів та устаткування

Дякую за увагу!