RU2346797C1 - Состав сварочной проволоки - Google Patents
Состав сварочной проволоки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2346797C1 RU2346797C1 RU2007118397/02A RU2007118397A RU2346797C1 RU 2346797 C1 RU2346797 C1 RU 2346797C1 RU 2007118397/02 A RU2007118397/02 A RU 2007118397/02A RU 2007118397 A RU2007118397 A RU 2007118397A RU 2346797 C1 RU2346797 C1 RU 2346797C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- welding
- cobalt
- welding wire
- alloys
- composition
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
- Nonmetallic Welding Materials (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для изготовления сплавов на кобальтовой основе и присадочных металлов, а именно проволоки из этих сплавов для сварки, наплавки и ремонта сваркой деталей из высоколегированных жаропрочных никелевых и кобальтовых сплавов. Состав сварочной проволоки включает компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,10-0,30; хром 15,0-20,0; вольфрам 1,4-2,0; молибден 14,0-20,0; никель 2,0-4,0; железо 2,0-4,0; марганец 0,5-1,0; титан 0,5-1,5; алюминий 0,5-1,5; по меньшей мере, один компонент из группы редкоземельных металлов 0,01-0,03; рений 0,01-0,05; кобальт - остальное до 100%. Суммарное содержание титана и алюминия составляет 1,0-2,0%. Изобретение обеспечивает повышение прочностных характеристик сплава сварочной проволоки, а также повышение качества сварного соединения за счет исключения появления в нем трещин. 3 ил., 2 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии и к сварочному производству, и может быть использовано для изготовления сплавов на кобальтовой основе и присадочных металлов из этих сплавов для сварки, наплавки и ремонта сваркой ответственных деталей из высоколегированных жаропрочных никелевых и кобальтовых сплавов деталей горячего тракта авиационных газотурбинных двигателей, работающих при высоких температурах (более 900°С).
Известно, что при сварке высоколегированных жаропрочных сплавов, особенно литых типа ВЖЛ12У-ВИ, ЧС88У-ВИ и др., могут образовываться трещины в сварном соединении. При этом трещины могут образовываться как непосредственно при сварке, так и в условиях дальнейшей высокотемпературной эксплуатации деталей, изготовленных из жаропрочных сплавов и имеющих сварные соединения. Основными факторами, вызывающими образование трещин, являются высокий уровень и темп нарастания напряжений в сварном соединении, а также низкая релаксационная стойкость и деформационная способность жаропрочных сплавов при высокой температуре. Сварка таких сплавов известными присадочными металлами не позволяет получить качественных соединений ввиду указанной склонности этих сплавов к образованию горячих трещин в сварном соединении и их недостаточных прочностных свойств при высоких температурах.
Известны сплавы на кобальтовой основе с высоким содержанием углерода (более 1,0%), так называемые стеллиты, которые используются для наплавки или напыления клапанов и деталей, работающих при высоких температурах с термоударами или в абразивных средах. Например, сплав для наплавки на основе кобальта, состав которого содержит, %: углерод (С) - 2,2-2,8%; хром (Cr) - 28-32%; вольфрам (W) - 15-18%; кремний (Si) - 0,8-1,2%; марганец (Mn) - 0,3-1,0%; ванадий (V) - 0,1-0,3%; бор (В) - 0,05-0,2%; кобальт (Со) - остальное (а.с. SU №346065 А, В23К 35/30, опубликовано 28.07.1972 г., бюллетень №23). Наплавленные слои прутками из этого сплава на стальные изделия имеют твердость 55-60 HRC. Недостатком таких наплавочных материалов, обладающих высокой твердостью наплавленных слоев и низкой пластичностью, для сварки жаропрочных сплавов, работающих в условиях динамических нагрузок, не пригодны.
Известен также присадочный металл из сплава на основе кобальта, содержащий 0,2-0,5% углерода (С); 1,1-3,0% кремния (Si); 25,0-30,0% хрома (Cr); 0,1-1,0% вольфрама (W); 0,2-3,0% железа (Fe); 0,4-6,0% молибдена (Мо); 0,1-2,0% марганца (Mn); 1,0-4,0% никеля (Ni); остальное кобальт (Со) и примеси: около 0,007% бора (В); около 0,01% фосфора (Р); около 0,02% серы (S) (патент US №4659632 А, кл. В32В 15/01, опубликован 21.04.1987 г.). Указанный присадочный металл использовался в виде литых прутков для ручной наплавки валиков методом TIG (сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в инертном газе) на стальные пластины JIS SUI-2 (HRC 60) для повышения износостойкости наплавленного слоя. Недостатком этого присадочного металла является то, что он не обеспечивает отсутствие трещин при сварке жаропрочных сплавов и необходимые механические свойства сварных соединений.
Известен также кобальтовый сплав, содержащий 0,05% углерода (С); 29% хрома (Cr); 20% никеля (Ni); 6% тантала (Та); 0,25% церия (Се); остальное - кобальт (Со) (патент US №5192625 А, кл. В32В 15/00, опубликован 09.03.1993 г.). Из указанного сплава изготавливается сварочная проволока для сварки, наплавки и ремонта деталей из кобальтовых сплавов, в частности для ремонта трещин на литых соплах газовых турбин. В соответствии с описанием данного патента трещины на сварных образцах, имитирующих сопло газовой турбины, заваренные сварочной проволокой из указанного кобальтового сплава начали появляться после 300 циклов термического воздействия при температуре 1588°F (864,4°С) в течение 4 минут плюс 70°F (21,1°C) в течение 4 минут. В патенте приведены прочностные характеристики сплава: предел прочности при растяжении при 1400°F (760°С) - 103400 psi (712,9 МПа), при 1600°F (871,1°C) - 60100 psi (414,4 МПа), длительная 1003-часовая прочность при 1500°F (815,6°С) - 25000 psi (172,4 МПа). Недостатком данного технического решения является то, что приведенные выше прочностные свойства для сварных соединений высокожаропрочных сплавов являются недостаточными.
Наиболее близким к заявленному составу является состав сварочной проволоки, преимущественно для сварки жаропрочных сталей и сплавов в защитной среде, включающий углерод, хром, никель, вольфрам, марганец, железо, алюминий, редкоземельные металлы, кобальт (а.с. SU 810413 А, В23К 35/32, опубликовано 07.03.1981 г., бюллетень №9). При этом состав сварочной проволоки содержит, %: 0,05-0,35% углерода (С), 20-30% хрома (Cr), 10-20% никеля (Ni), 9-11% вольфрама (W), 0,5-2,0% марганца (Mn), 0,5-10,0% железа (Fe), РЗМ (редкоземельные металлы) 0,01-0,08%, 0,01-0,03% кальция (Са), любой компонент, выбранный из группы цирконий, гафний, алюминий в количестве 0,02-0,15%, при их суммарном содержании в пределах 0,04-0,20%. Указанный состав сварочной проволоки использовался при сварке разнородного сочетания сталей марок 30ХГСНА и 13Х15Н4АМ3 и сплава ВЖЛК21. Предел прочности сварных соединений при сварке литейного кобальтового жаропрочного сплава ВЖЛК21 при 1000°С составляет 20,0 кгс/мм2 (196,1 МПа).
Недостаток данной сварочной проволоки состоит в том, что при сварке высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов, например, ВЖЛ12У-ВИ (15Х10Н58К13М3Т4Ю5БВФР) и ЧС88У-ВИ (06Х16Н58К11В5М2Т5Ю3БЮР) указанная сварочная проволока не обеспечивает отсутствие трещин в сварных соединениях.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прочностных характеристик сплава сварочной проволоки, а также повышение качества сварного соединения за счет исключения в нем появления трещин.
Указанный технический результат достигается тем, что состав сварочной проволоки, преимущественно для сварки жаропрочных сталей и сплавов в защитной среде, включающий углерод, хром, никель, вольфрам, марганец, железо, алюминий, по меньшей мере, один компонент из группы редкоземельных металлов, кобальт, дополнительно содержит молибден, титан и рений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод | 0,10-0,30 |
Хром | 15,0-20,0 |
Вольфрам | 1,4-2,0 |
Молибден | 14,0-20,0 |
Никель | 2,0-4,0 |
Железо | 2,0-4,0 |
Марганец | 0,5-1,0 |
Титан | 0,5-1,5 |
Алюминий | 0,5-1,5 |
По меньшей мере, один компонент | |
из группы редкоземельных металлов | 0,01-0,03 |
Рений | 0,01-0,05 |
Кобальт | остальное до 100%, |
при этом суммарное содержание титана и алюминия составляет 1,0-2,0%.
Примеры содержания элементов заявленного и известного составов приведены в табл.1.
Таблица 1 | |||||||||||||
Состав сплава | Содержание элементов, мас.% | ||||||||||||
С | Cr | W | Mo | Ni | Fe | Mn | Ti | Al | РЗМ | Re | Ca | Co | |
1 (прототипа по нижнему пределу диапазона компонента) | 0,05 | 20,0 | 9,0 | - | 10,0 | 0,5 | 0,5 | - | 0,02 | 0,01 | - | 0,01 | остальное до 100 |
2 (прототипа по верхнему пределу диапазона компонента) | 0,35 | 30,0 | 11,0 | - | 20,0 | 10,0 | 2,0 | - | 0,15 | 0,08 | - | 0,05 | остальное до 100 |
3 (заявленный по нижнему пределу диапазона компонента) | 0,10 | 15,0 | 1,4 | 14,0 | 2,0 | 2,0 | 0,5 | суммарное содержание 1,0 | 0,01 | 0,01 | - | остальное до 100 | |
4 (заявленный по верхнему пределу диапазона компонента) | 0,30 | 20,0 | 2,0 | 20,0 | 4,0 | 4,0 | 1,0 | суммарное содержание 2,0 | 0,03 | 0,05 | - | остальное до 100 | |
5 (заявленный в диапазоне компонента) | 0,2 | 17,0 | 1,7 | 17,0 | 3,0 | 3,0 | 0,7 | суммарное содержание 1,5 | 0,02 | 0,03 | - | остальное до 100 |
Содержание углерода (С) 0,10-0,30% в составе сварочной проволоки необходимо для образования с молибденом и хромом карбидов, обеспечивающих жаропрочность металла сварного шва. При содержании углерода менее 0,10% не достигается требуемый уровень прочности сварного шва. При содержании углерода более 0,30% - в металле сварного шва образуются горячие трещины.
Хром (Cr) в пределах 15,0-20,0% растворяется в кобальтовой матрице с образованием карбидов и обеспечивает жаростойкость наплавленного металла сварного шва.
Введение молибдена (Мо) в количестве 14,0-20,0% в состав сварочной проволоки обусловлено необходимостью обеспечения жаропрочности наплавленного металла сварного шва, особенно для деталей, работающих при температурах выше 900°С, за счет образования в структуре металла карбидов, а также интерметаллидной фазы Мо2Со9.
Вольфрам (W) введен в сварочную проволоку в количестве 1,4-2,0%. Известно, что молибден и вольфрам являются взаимозаменяемыми практически во всех сплавах. Однако легирование кобальтовой сварочной проволоки молибденом является более предпочтительным, так как в этом случае сварные соединения менее подвержены образованию трещин. Это связано с тем, что молибденовая карбидная фаза по сравнению с вольфрамовой является более "мягкой". Поэтому в заявленном составе сварочной проволоки содержание молибдена значительно превалирует над вольфрамом, причем наилучшим является соотношение 10:1.
Для повышения жаропрочности металла сварного шва в сварочную проволоку дополнительно введен титан (Ti) и алюминий (Al), каждый в пределах 0,5-1,5%. При этом их суммарное содержание составляет 1,0-2,0%. Повышение жаропрочности при введении в кобальтовую матрицу титана и алюминия связано с образованием в структуре металла интерметаллидных фаз TiCo2 и Co2Al9. Суммарное ограничение содержания титана и алюминия в составе сварочной проволоки связано с ухудшением свариваемости (т.е. появлением трещин в сварном соединении при сварке и термообработке).
Содержание никеля (Ni) и железа (Fe) в сварочной проволоке, каждого от 2,0 до 4,0%, обусловлено их нахождением в пределах диапазона растворимости в кобальтовой матрице, что не вызывает ухудшения свойств наплавленного металла.
Введение рения (Re) в количестве 0,01-0,05% заявленного состава сварочной проволоки обеспечивает очищение и упрочнение междендритных границ при кристаллизации металла шва, а также измельчение дендритов, что повышает пластичность металла шва и способность релаксации сварочных напряжений. При этом наличие рения в составе сварочной проволоки также повышает жаропрочность металла шва.
Марганец (Mn) в заявленном составе содержится в количестве 0,5-1,0%. Положительное действие марганца обусловлено его способностью к раскислению металла шва и связыванию серы в тугоплавкий сульфид MnS. По этой причине сварные швы имеют повышенную пластичность и стойкость к горячим трещинам. При содержании марганца менее 0,5% его действие является малозначительным, а при содержании более 1,0% увеличивается количество неметаллических включений в шве и уменьшаются его пластические свойства.
Кобальт (Со) является основой заявленного состава сварочной проволоки. Это обусловлено тем, что кобальтовые жаропрочные сплавы, легированные тугоплавкими элементами (Cr, W, Mo, Nb и др.) и элементами, образующими с кобальтовой матрицей жароупрочняющую фазу (Al, Ti), обладают лучшей свариваемостью по сравнению с никелевыми и железоникелевыми жаропрочными сплавами.
В качестве редкоземельных металлов (РЗМ) может быть использован, например, церий, лантан, мишметалл (смесь церия и лантана). При этом в составе сварочной проволоки, в заявленном диапазоне 0,01-0,03, может быть использован как один из обозначенных редкоземельных металлов, так и несколько (их смесь). Введение в заявленный состав для изготовления сварочной проволоки РЗМ в количестве 0,01-0,03% обусловлено тем, что указанное количество является достаточным для раскисления металла при его выплавке. Увеличение содержания РЗМ более 0,03% приводит к увеличению количества неметаллических включений, понижающих пластические свойства.
Предложенное изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 показаны литые пластины из сплава ВЖЛ12У-ВИ, выполненные с отверстиями (имитаторами дефектов) и имеющие толщину 2-3 мм, до аргонодуговой сварки отверстий;
на фиг.2 показаны те же пластины (что и на фиг.1) после аргонодуговой сварки отверстий;
на фиг.3 показан типовой сварной образец для испытания на прочность при растяжении.
Заявленный состав сварочной проволоки был получен путем двойного переплава состава проволоки в вакуумной печи. Сначала из чистых шихтовых исходных материалов получали шихтовую заготовку, от которой отделяли прибыльную ("грязную") часть. Затем чистый металл вновь переплавляли в вакуумной печи и заливали в формы для получения прутков диаметром 3,0 мм. В результате двойного переплава была достигнута высокая чистота металла по сере и фосфору, содержание которых составило соответственно 0,003 и 0,004%, а также по наличию кремния - 0,2-05%, т.е. был получен сплав с минимальным содержанием примесей. Сера и фосфор, как известно, являются вредными примесями, особенно в жаропрочных сплавах. Поэтому их содержание в полученном после переплава присадочном металле для сварки жаропрочных сплавов должно быть минимальным.
Заявленный состав сварочной проволоки был использован для заварки литейных дефектов на литых деталях - проставках из сплава ВЖЛ12У-ВИ (15Х10Н58К13М3Т4Ю5БВФР), с рабочей температурой 975°С. Из деталей проставок толщиной 2,0-3,0 мм были вырезаны пластины, на которых высверлили отверстия диаметром 6; 8; 10; 15 мм. (см. фиг.1). Отверстия заварили аргонодуговой сваркой (см. фиг.2) разными составами сварочных проволок - известным (прототип) и заявленным. После заварки отверстий проводили рентгеноконтроль на наличие трещин в сварном соединении. Для оценки механических свойств сварных соединений были изготовлены типовые плоские сварные образцы 1 со сварным швом 2 (см. фиг.3).
В таблице 2 приведены результаты рентгеноконтроля и сравнительные испытания сварных образцов, выполненные заявленным и известным из прототипа составом сварочной проволоки (см. табл.1), а также типовыми сварочными проволоками на никелевой основе ЭП367 (06Х15Н60М15), ЭП533 (06Х20Н57М8В8Т3Р). В таблице 2 приведены средние данные при испытании не менее трех образцов.
Таблица 2 | ||||
Свариваемый материал | Номер состава сварочной проволоки по табл.1 и типовые сварочные проволоки | Показатели свойств | ||
σВ 20 МПа | σВ 975 МПа | Наличие трещин | ||
ВЖЛ12У-ВИ | 1 | 900 | 188 | есть |
2 | 928 | 213 | есть | |
3 | 902 | 207 | нет | |
4 | 912 | 238 | нет | |
5 | 910 | 225 | нет | |
ЭП367 | 697 | 152 | есть | |
ЭП533 | 761 | 217 | есть |
где σВ 20, МПа - предел кратковременной прочности при растяжении при 20°С;
σВ 975, МПа - предел кратковременной прочности при растяжении при 975°С.
Из таблицы 2 следует, что сварные соединения высоколегированного жаропрочного сплава ВЖЛ12У-ВИ, выполненные заявленным составом сварочной проволоки, имеют повышенную жаропрочность по сравнению с известным составом, но самое важное то, что заявленный состав значительно превосходит известные сварочные проволоки по трещиностойкости сварных соединений. Для сварных соединений этот показатель является определяющим, поскольку от него зависит качество и надежность сварных изделий.
Таким образом, заявленный состав сварочной проволоки позволяет устранить литейные дефекты на дорогостоящих деталях из высоколегированных жаропрочных сплавов, в результате чего достигается значительный экономический эффект за счет повышения выхода годного литья. Указанный состав сварочной проволоки позволяет также производить ремонт деталей горячего тракта газотурбинных двигателей из жаропрочных сплавов, в частности деталей регулируемых сопел, бывших в эксплуатации, что также дает значительный технико-экономический эффект.
Claims (1)
- Состав сварочной проволоки, преимущественно для сварки жаропрочных сталей и сплавов в защитной среде, включающий углерод, хром, никель, вольфрам, марганец, железо, алюминий, по меньшей мере, один компонент из группы редкоземельных металлов, кобальт, отличающийся тем, что состав дополнительно содержит молибден, титан и рений при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,10-0,30 Хром 15,0-20,0 Вольфрам 1,4-2,0 Молибден 14,0-20,0 Никель 2,0-4,0 Железо 2,0-4,0 Марганец 0,5-1,0 Титан 0,5-1,5 Алюминий 0,5-1,5 По меньшей мере, один компонент из группы редкоземельных металлов 0,01-0,03 Рений 0,01-0,05 Кобальт Остальное,
при этом суммарное содержание титана и алюминия составляет 1,0-2,0%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007118397/02A RU2346797C1 (ru) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | Состав сварочной проволоки |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007118397/02A RU2346797C1 (ru) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | Состав сварочной проволоки |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007118397A RU2007118397A (ru) | 2008-11-27 |
RU2346797C1 true RU2346797C1 (ru) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531735
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007118397/02A RU2346797C1 (ru) | 2007-05-17 | 2007-05-17 | Состав сварочной проволоки |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2346797C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650367C2 (ru) * | 2012-11-28 | 2018-04-11 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Сварочный материал для плакирования сваркой |
RU2664746C1 (ru) * | 2017-10-11 | 2018-08-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ электронно-лучевой сварки тонкостенных труб из молибденовых сплавов |
-
2007
- 2007-05-17 RU RU2007118397/02A patent/RU2346797C1/ru active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650367C2 (ru) * | 2012-11-28 | 2018-04-11 | Сандвик Интеллекчуал Проперти Аб | Сварочный материал для плакирования сваркой |
US10807203B2 (en) | 2012-11-28 | 2020-10-20 | Esab Sweden Ab | Welding material for weld cladding |
RU2664746C1 (ru) * | 2017-10-11 | 2018-08-22 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") | Способ электронно-лучевой сварки тонкостенных труб из молибденовых сплавов |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007118397A (ru) | 2008-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6702906B2 (en) | Ni-base heat resistant alloy and welded joint thereof | |
JP4780189B2 (ja) | オーステナイト系耐熱合金 | |
JP6978613B2 (ja) | 極低温用高強度溶接継手の製造方法 | |
JP6978615B2 (ja) | Tig溶接用溶加材 | |
KR20130127943A (ko) | Ni기 합금 용접 금속, 대상 전극 및 용접 방법 | |
JP6978614B2 (ja) | ガスメタルアーク溶接用ソリッドワイヤおよびガスメタルアーク溶接方法 | |
KR20160118980A (ko) | Ni기 내열합금 용접 조인트의 제조 방법 및 그것을 이용하여 얻어지는 용접 조인트 | |
JP3850764B2 (ja) | 高Crフェライト系耐熱鋼用溶接ワイヤ | |
JP6235402B2 (ja) | 強度、靭性および耐sr割れ性に優れた溶接金属 | |
JP4538095B2 (ja) | 母材および溶接熱影響部の低温靭性に優れかつ強度異方性の小さい鋼板およびその製造方法 | |
CN103962748A (zh) | 耐热高温镍基合金焊丝及焊接方法 | |
RU2346797C1 (ru) | Состав сварочной проволоки | |
JP7215911B2 (ja) | ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ | |
US20220281038A1 (en) | Stainless steel welding wire for use in lng tank manufacturing | |
KR102302988B1 (ko) | 플럭스 코어드 와이어 | |
US20220281037A1 (en) | Stainless steel flux cored wire for manufacturing lng tank | |
JP4948710B2 (ja) | 高張力厚板の溶接方法 | |
CN113490571B (zh) | 高Cr铁素体系耐热钢用焊接材料 | |
JP5138639B2 (ja) | 高Cr鋼製タービンロータ軸受け部の肉盛用溶接材料 | |
JPH08108296A (ja) | Cr−Mo系低合金耐熱鋼溶接用フラックス入りワイヤ | |
JP4566146B2 (ja) | 継手靭性に優れた高張力溶接継手およびその製造方法 | |
JP2004337871A (ja) | 低合金耐熱鋼用低水素系被覆アーク溶接棒 | |
JP6638551B2 (ja) | オーステナイト系耐熱鋼溶接金属およびそれを有する溶接継手 | |
JP7477763B2 (ja) | 低温用Ni鋼を用いた溶接継手の製造方法及びこれにより得られた溶接継手 | |
JP4471449B2 (ja) | 高強度Cr−Mo鋼のMIG溶接又はTIG溶接用ワイヤ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170116 |
|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20190731 |