RU2819484C1 - Method of laser surfacing (welding) of metals - Google Patents
Method of laser surfacing (welding) of metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819484C1 RU2819484C1 RU2023104243A RU2023104243A RU2819484C1 RU 2819484 C1 RU2819484 C1 RU 2819484C1 RU 2023104243 A RU2023104243 A RU 2023104243A RU 2023104243 A RU2023104243 A RU 2023104243A RU 2819484 C1 RU2819484 C1 RU 2819484C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surfacing
- laser
- metals
- slip
- volatile solvent
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 title description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N Abietic-Saeure Natural products C12CCC(C(C)C)=CC2=CCC2C1(C)CCCC2(C)C(O)=O RSWGJHLUYNHPMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N Rosin Natural products O(C/C=C/c1ccccc1)[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 KHPCPRHQVVSZAH-HUOMCSJISA-N 0.000 description 8
- KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N trans-cinnamyl beta-D-glucopyranoside Natural products OC1C(O)C(O)C(CO)OC1OCC=CC1=CC=CC=C1 KHPCPRHQVVSZAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- IHEDBVUTTQXGSJ-UHFFFAOYSA-M 2-[bis(2-oxidoethyl)amino]ethanolate;titanium(4+);hydroxide Chemical compound [OH-].[Ti+4].[O-]CCN(CC[O-])CC[O-] IHEDBVUTTQXGSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 2-ethoxyethanol Chemical compound CCOCCO ZNQVEEAIQZEUHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004111 Potassium silicate Substances 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N [Fe].[Co].[Ni] Chemical compound [Fe].[Co].[Ni] KGWWEXORQXHJJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- RWYFURDDADFSHT-RBBHPAOJSA-N diane Chemical compound OC1=CC=C2[C@H]3CC[C@](C)([C@](CC4)(O)C#C)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1.C1=C(Cl)C2=CC(=O)[C@@H]3CC3[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@@](C(C)=O)(OC(=O)C)[C@@]1(C)CC2 RWYFURDDADFSHT-RBBHPAOJSA-N 0.000 description 1
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N potassium silicate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Si]([O-])=O NNHHDJVEYQHLHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052913 potassium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 235000020071 rectified spirit Nutrition 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 235000015424 sodium Nutrition 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 titanium nitrides Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к прецизионной лазерной наплавке (сварке) металлов и может быть использовано для восстановления изношенных деталей, создания покрытий с повышенными свойствами, создания композиционных покрытий и соединения металлических деталей сварочным швом, идентичным по химическому составу соединяемым деталям.The invention relates to precision laser surfacing (welding) of metals and can be used to restore worn parts, create coatings with improved properties, create composite coatings and join metal parts with a weld seam identical in chemical composition to the parts being joined.
Известны способы наплавки (сварки) насыпным методом, в которых на металлическую деталь наносят порошок и далее оплавляют его лазерным лучом (Третьяков Р.О. Методы и применение лазерной наплавки / Р.О. Третьяков, А.Я. Ставертий, А.Ю. Шишов // Ритм. - 2012. - №2 - С. 34-38).There are known methods of surfacing (welding) by the bulk method, in which powder is applied to a metal part and then melted with a laser beam (Tretyakov R.O. Methods and application of laser surfacing / R.O. Tretyakov, A.Ya. Stavertiy, A.Yu. Shishov // Rhythm - 2012. - No. 2 - pp. 34-38).
Основным недостатком этого способа является высокая трудоемкость, неравномерность покрытия и неэкономичность, поскольку насыпанный на зону наплавки металлический порошок сдувается струей защитного газа, что приводит к повышенному расходу ценного сырья. Если технологический процесс проводится в специальной камере, заполненной защитным газом, то это приводит к ряду технологических ограничений и повышению стоимости техпроцесса. Кроме этого, зона нанесения порошка не должна иметь уклонов для исключения ссыпания порошка, что часто трудно обеспечить. При формировании сварного шва, не всегда имеется возможность удержания порошка в разделке стыков свариваемых деталей из-за сложной пространственной ориентации швов. Кроме этого, при формировании наплавки или шва, в сварочной ванне происходит частичное окисление металлического порошка, поскольку подаваемый в зону расплавления защитный газ не может в полной мере исключить проникновение атмосферного кислорода. Частичное окисление может изменять химсостав, что часто бывает недопустимо, а также снижать механические свойства наплавки или шва.The main disadvantage of this method is its high labor intensity, uneven coating and uneconomical efficiency, since the metal powder poured onto the surfacing zone is blown away by a jet of protective gas, which leads to increased consumption of valuable raw materials. If the technological process is carried out in a special chamber filled with protective gas, this leads to a number of technological limitations and increased cost of the technological process. In addition, the powder application area should not have slopes to prevent powder from falling off, which is often difficult to ensure. When forming a weld, it is not always possible to retain the powder in the groove of the joints of the welded parts due to the complex spatial orientation of the seams. In addition, when forming a surfacing or weld, partial oxidation of the metal powder occurs in the weld pool, since the protective gas supplied to the melting zone cannot completely exclude the penetration of atmospheric oxygen. Partial oxidation can change the chemical composition, which is often unacceptable, and also reduce the mechanical properties of the surfacing or weld.
Известен способ лазерной наплавки металлических покрытий на изделие (патент РФ №2735481 C1, МПК B23K 26/352; B23K 35/36; C23C 24/08; B82Y 40/00; B82B 3/00, опубл. 03.11.2020, Бюл.№ 31), включающий приготовление состава износостойкого покрытия, нанесение его на поверхность изделия и последующее оплавление лазерным лучом, состав износостойкого покрытия готовят в виде препрега путем пропитки ткани из полиамидного волокна на пропитмашине смесью высокомолекулярной эпоксидной диановой смолы с ММ от 1000 до 3500 (А), триэтаноламинотитаната (Б), борного ангидрида (В) и коксующегося нефтяного пека (Г) в соотношении А:Б:В:Г от 80:5:5:10 до 20:25:15:40 в мас.ч., растворенной в этилцеллозольве до концентрации, обеспечивающей нанесение на ткань от 20 до 50% сухой смеси от массы препрега, и сушки препрега до липкости, позволяющей наклеивать препрег на металлическую поверхность, при этом наносят препрег на металлическую поверхность изделия слоями в соответствии с заданной расчетной толщиной покрытия, затем осуществляют обработку его инфракрасной лампой или в термостате в течение от 10 до 20 мин при температуре от 140 до 200°С под нагрузкой от 0,05 до 2 МПа в зависимости от конфигурации изделия, после чего подвергают воздействию лазерного луча при температуре 1250-1350°С, которую поддерживают в течение от 5 до 25 мин до образования кокса и в его среде смеси нитридов бора и титана, затем повышают температуру до 1600-1800°С и поддерживают ее от 10 до 30 мин до деструкции и удаления органических примесей.There is a known method for laser surfacing of metal coatings on a product (RF patent No. 2735481 C1, MPK B23K 26/352; B23K 35/36; C23C 24/08; B82Y 40/00; B82B 3/00, publ. 03.11.2020, Bulletin No. 31), including the preparation of a wear-resistant coating composition, applying it to the surface of the product and subsequent melting with a laser beam, the wear-resistant coating composition is prepared in the form of a prepreg by impregnating polyamide fiber fabric on an impregnation machine with a mixture of high-molecular epoxy diane resin with MM from 1000 to 3500 (A), triethanolaminotitanate (B), boric anhydride (C) and coking petroleum pitch (D) in the ratio A:B:C:G from 80:5:5:10 to 20:25:15:40 in parts by weight, dissolved in ethylcellosolve to a concentration that ensures that 20 to 50% of the dry mixture by weight of the prepreg is applied to the fabric, and the prepreg is dried until it is sticky, allowing the prepreg to be glued to a metal surface, while the prepreg is applied to the metal surface of the product in layers in accordance with the specified calculated coating thickness, then it is processed with an infrared lamp or in a thermostat for 10 to 20 minutes at a temperature of 140 to 200°C under a load of 0.05 to 2 MPa, depending on the configuration of the product, after which it is exposed to a laser beam at a temperature of 1250-1350° C, which is maintained for 5 to 25 minutes until coke forms and in its environment a mixture of boron and titanium nitrides, then the temperature is increased to 1600-1800°C and maintained for 10 to 30 minutes until destruction and removal of organic impurities.
Недостатком этого способа является сложность, ограниченность применения и высокая стоимость. Из-за большого количества ингредиентов и сложности изготовления прослеживается низкая повторяемость химического состава покрытия.The disadvantage of this method is its complexity, limited application and high cost. Due to the large number of ingredients and the complexity of manufacturing, there is low repeatability of the chemical composition of the coating.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ лазерной наплавки для шликерных покрытий (патент РФ № 2607278, МПК C23C 4/06, С23С 24/00, опубл. 10.01.2017, Бюл.№1), включающий приготовление состава шликера, нанесение его на поверхность изделия и последующее оплавление лазерным лучом, а состав шликера готовят в виде присадочного материала и связующего вещества, причем шихта дополнительно содержит оксид меди, а в качестве присадочного материала используют мелкодисперсный порошок тугоплавких материалов, при этом в качестве связующего вещества используют оксиэтилцеллюлозу, силикат натрия или калия и воду.The closest to the claimed invention is a method of laser surfacing for slip coatings (RF patent No. 2607278, IPC C23C 4/06, C23C 24/00, publ. 01/10/2017, Bulletin No. 1), including preparing a slip composition and applying it to the surface products and subsequent melting with a laser beam, and the slip composition is prepared in the form of a filler material and a binder, and the charge additionally contains copper oxide, and finely dispersed powder of refractory materials is used as a filler material, while ethylcellulose, sodium or potassium silicate is used as a binder and water.
Недостатком этого способа является то, что при использовании в качестве присадочного материала карбидов и оксидов металлов, его нежелательно использовать для сварки металлов, поскольку карбиды и оксиды являются хрупкими соединениями. Кроме этого, при формировании износостойкого наплавленного слоя из карбидов и оксидов на подложке из металла, удается получить прочный слой толщиной не более 20 микрон, поскольку при увеличении толщины наплавленного слоя растут тангенциальные напряжения, снижающие адгезию хрупкого слоя к подложке и приводящие к его сколу. Разница значений коэффициентов теплового расширения между карбидами, оксидами и металлами также приводит к разрушению наплавленного слоя на металлической подложке. Кроме того, связующее вещество достигает 30% по массе, что при тепловом воздействии лазерного излучения не позволяет ему полностью выгорать, что приводит к насыщению сварного шва или наплавляемого слоя вредными соединениями углерода, меди, кислорода и т.д., а это негативно сказывается на механических свойствах наплавки. Кроме этого, при формировании наплавки или шва, в сварочной ванне происходят процессы окисления, поскольку каждая частица металлического порошка покрыта оксидным слоем и, кроме того, атмосферный кислород присутствует в зоне расплавления. Окисление изменяет химсостав и в конечном итоге снижает механические свойства наплавки или сварного шва.The disadvantage of this method is that when using metal carbides and oxides as filler material, it is undesirable to use it for welding metals, since carbides and oxides are brittle compounds. In addition, when forming a wear-resistant deposited layer of carbides and oxides on a metal substrate, it is possible to obtain a durable layer with a thickness of no more than 20 microns, since with increasing thickness of the deposited layer, tangential stresses increase, reducing the adhesion of the brittle layer to the substrate and leading to its chipping. The difference in the coefficients of thermal expansion between carbides, oxides and metals also leads to the destruction of the deposited layer on the metal substrate. In addition, the binder reaches 30% by weight, which, under the thermal influence of laser radiation, does not allow it to completely burn out, which leads to the saturation of the weld or deposited layer with harmful compounds of carbon, copper, oxygen, etc., and this negatively affects the mechanical properties of surfacing. In addition, during the formation of a surfacing or weld, oxidation processes occur in the weld pool, since each particle of metal powder is covered with an oxide layer and, in addition, atmospheric oxygen is present in the melting zone. Oxidation changes the chemical composition and ultimately reduces the mechanical properties of the deposit or weld.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является:The problem to be solved by the proposed invention is:
- повышение качества и гомогенности наплавки (сварки);- improving the quality and homogeneity of surfacing (welding);
- прецизионное соответствие химического состава материала наплавки или сварного шва химическому составу металлической подложки;- precise correspondence of the chemical composition of the surfacing material or weld to the chemical composition of the metal substrate;
- улучшение стабильности повторяемости технологического процесса наплавки (сварки);- improving the repeatability stability of the surfacing (welding) technological process;
- снижение себестоимости технологического процесса наплавки (сварки).- reduction of the cost of the technological process of surfacing (welding).
Указанная задача решается тем, что предложен:This problem is solved by what is proposed:
1. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов, включающий предварительное приготовление шликера, состоящего из порошкообразного присадочного материала и связующего вещества, нанесение его на металлическую деталь, оплавление его лазерным лучом, отличающийся тем, что предварительно готовят шликер, состоящий из металлического порошка или смеси металлических порошков, летучего растворителя и флюса, затем наносят шликер на места наплавки или сварки, после удаляют из нанесенного шликера летучий растворитель методом сушки, далее оплавляют его лазерным излучением, причем оплавление осуществляют импульсно-периодическим лазерным лучом в среде технологического газа.1. A method of laser surfacing (welding) of metals, including preliminary preparation of a slip consisting of a powdered filler material and a binder, applying it to a metal part, melting it with a laser beam, characterized in that a slip consisting of a metal powder or a mixture of metals is pre-prepared powders, volatile solvent and flux, then a slip is applied to the welding or surfacing areas, then the volatile solvent is removed from the applied slip by drying, then it is melted with laser radiation, and the melting is carried out with a pulse-periodic laser beam in a process gas environment.
2. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в летучем растворителе растворяют флюс, обладающий адгезионными свойствами и его массовое содержание в летучем растворителе, не превышает 7%.2. The method of laser surfacing (welding) of metals according to claim 1, characterized in that a flux having adhesive properties is dissolved in a volatile solvent and its mass content in the volatile solvent does not exceed 7%.
3. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в составе шликера используют металлический порошок, идентичный химическому составу металла подложки.3. The method of laser surfacing (welding) of metals according to claim 1, characterized in that the slip contains metal powder identical to the chemical composition of the substrate metal.
4. Способ лазерной наплавки (сварки) металлов по п.1, отличающийся тем, что в качестве технологического газа применяется смесь аргона и водорода.4. The method of laser surfacing (welding) of metals according to claim 1, characterized in that a mixture of argon and hydrogen is used as a process gas.
Представленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема насыпной структуры сферичного металлического порошка; на фиг. 2 показана схема структуры жидкого шликера; на фиг. 3 показана схема затвердевшего шликера.The presented technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. Figure 1 shows a diagram of the bulk structure of a spherical metal powder; in fig. Figure 2 shows a diagram of the structure of a liquid slip; in fig. Figure 3 shows a diagram of a solidified slip.
ПримерExample
Разработан способ лазерной наплавки (сварки) металлов. В качестве присадочного материала брали сферичный металлический порошок с насыпной плотностью 22 г/см3 и крупностью зерна 71 мкм марки ПР-12Х18Н10Т 22 71 ГОСТ 9849-86. Между сухими сферичными частицами металлического порошка 1 имеется тонкий воздушный слой 2 (фиг. 1). В качестве летучего растворителя брали спирт этиловый технический гидролизный ректификованный ГОСТ Р 55878-2013 в котором растворяли канифоль очищенную ОК-5 ТУ 13-0281078-154-93 до получения 5% раствора 3 (фиг. 2). Для получения шликера нужной консистенции (фиг. 2), смешивали присадочный материал с раствором канифоли в спирте. В зависимости от решаемых задач, наносили полученный жидкий шликер на место наплавки или сварки и подвергали нанесенный шликер сушке до полного испарения летучего растворителя. В итоге после просушки получали твердый слой шликера, в котором сферические частицы металлического порошка 1 (фиг. 3) покрыты микрослоем канифоли 4 (фиг. 3) и склеены ею. После сушки объем испарившегося летучего растворителя замещен воздушными микрополостями 2 (фиг. 3). Микрослой канифоли 4 (фиг. 3) выполняет функцию не только флюса, но и связующего. При воздействии импульсно-периодического лазерного излучения на слой высохшего шликера, микрослой канифоли (флюс) 4 (фиг. 3) на поверхности металлических микрочастиц в результате химического взаимодействия удаляет оксиды, которые покрывают поверхность металлических частиц, снижает поверхностное натяжение в сварочной ванне и, тем самым, улучшает смачиваемость наплавки или сварного шва. A method for laser surfacing (welding) of metals has been developed. The filler material was spherical metal powder with a bulk density of 22 g/cm 3 and a grain size of 71 microns, grade PR-12Х18Н10Т 22 71 GOST 9849-86. Between the dry spherical particles of metal powder 1 there is a thin air layer 2 (Fig. 1). As a volatile solvent, we took ethyl technical hydrolysis rectified alcohol GOST R 55878-2013 in which purified rosin OK-5 TU 13-0281078-154-93 was dissolved to obtain a 5% solution 3 (Fig. 2). To obtain a slip of the required consistency (Fig. 2), the filler material was mixed with a solution of rosin in alcohol. Depending on the tasks being solved, the resulting liquid slip was applied to the welding or surfacing site and the applied slip was dried until the volatile solvent completely evaporated. As a result, after drying, a solid layer of slip was obtained, in which spherical particles of metal powder 1 (Fig. 3) were covered with a microlayer of rosin 4 (Fig. 3) and glued together with it. After drying, the volume of evaporated volatile solvent is replaced by air microcavities 2 (Fig. 3). Microlayer of rosin 4 (Fig. 3) functions not only as a flux, but also as a binder. When exposed to pulse-periodic laser radiation on a layer of dried slip, a microlayer of rosin (flux) 4 (Fig. 3) on the surface of metal microparticles as a result of chemical interaction removes oxides that cover the surface of metal particles, reduces the surface tension in the weld pool and, thereby , improves the wettability of the deposit or weld.
Незначительная концентрация канифоли (флюса) 4 (фиг. 3) в спиртовом растворе позволяет получить минимальное содержание канифоли в твердом шликере, что обеспечивает полное выгорание канифоли в сварочной ванне при воздействии импульсно-периодического лазерного излучения.A small concentration of rosin (flux) 4 (Fig. 3) in an alcohol solution makes it possible to obtain a minimum rosin content in the solid slip, which ensures complete burnout of rosin in the weld pool when exposed to pulsed-periodic laser radiation.
Минимальное количество и полное выгорание флюса позволяет добиться отсутствия попадания загрязнений в сварочную ванну, что повышает качество и гомогенность наплавки (сварки). Кроме этого, под воздействием флюса происходит защита поверхности жидкого металла в сварочной ванне от воздействия окружающей среды, содержащей атмосферный кислород.The minimum amount and complete burnout of the flux makes it possible to ensure that no contaminants enter the weld pool, which improves the quality and homogeneity of the surfacing (welding). In addition, under the influence of flux, the surface of the liquid metal in the weld pool is protected from the effects of an environment containing atmospheric oxygen.
В качестве источника лазерного излучения применялась установка лазерной сварки и наплавки ЛАТ-С-300. В качестве технологического газа применялась смесь газовая, состоящая из 99% аргона (Ar) и 1% водорода (Н2) ТУ 2114-002-45905715-2015. Содержащаяся в газовой смеси добавка водорода позволяет практически полностью восстановить образовавшиеся в результате расплавления порошка металлов окислы и, тем самым, улучшить качество наплавки или сварного шва. В качестве металлических деталей, подвергаемых сварке и наплавке, брали нержавеющую сталь марки 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 и прецизионный железо-никель-кобальтовый сплав (ковар) марки 29НК-ВИ ГОСТ 14080-78. На обоих подложках получены удовлетворительные результаты по адгезии, плотности и отсутствии микротрещин, что позволяет применять способ прецизионной лазерной наплавки (сварки) металлов в вакуумной технике. Вакуумную плотность на полученных образцах проверяли гелиевым масс-спектрометрическим течеискателем модели HELIOT 900. Причем на подложках из хромоникелевой нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т химический состав и механические свойства сварных швов и наплавок не отличались от свойств материала подложки, что позволяет получать одинаковый коэффициент теплового расширения как в подложке, так и в сварочном шве или наплавке, что обеспечивает устранение возникновения вредных механических напряжений при нагревании изделия. Простота рецептуры шликера и его приготовления позволяет получать стабильную повторяемость результатов и снижение себестоимости технологического процесса.The laser welding and surfacing installation LAT-S-300 was used as a source of laser radiation. A gas mixture consisting of 99% argon (Ar) and 1% hydrogen ( H2 ) TU 2114-002-45905715-2015 was used as a process gas. The addition of hydrogen contained in the gas mixture makes it possible to almost completely restore the oxides formed as a result of the melting of metal powder and, thereby, improve the quality of the surfacing or weld. The metal parts subjected to welding and surfacing were stainless steel grade 12Х18Н10Т GOST 5632-72 and precision iron-nickel-cobalt alloy (Kovar) grade 29NK-VI GOST 14080-78. On both substrates, satisfactory results were obtained in terms of adhesion, density and the absence of microcracks, which makes it possible to use the method of precision laser cladding (welding) of metals in vacuum technology. The vacuum density on the obtained samples was checked with a helium mass spectrometric leak detector model HELIOT 900. Moreover, on substrates made of chromium-nickel stainless steel grade 12Х18Н10Т, the chemical composition and mechanical properties of welds and surfacing did not differ from the properties of the substrate material, which makes it possible to obtain the same coefficient of thermal expansion as in the substrate , and in the welding seam or surfacing, which eliminates the occurrence of harmful mechanical stresses when the product is heated. The simplicity of the slip formulation and its preparation allows obtaining stable repeatability of results and reducing the cost of the technological process.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819484C1 true RU2819484C1 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4557767A (en) * | 1983-10-31 | 1985-12-10 | Scm Corporation | Fusible powdered metal paste |
| RU1818866C (en) * | 1991-04-04 | 1995-05-10 | Пермский государственный технологический университет | Alloy on the base of solid solution of titanium carbide in nickel |
| SU1609003A1 (en) * | 1989-05-15 | 1996-04-20 | Б.П. Аравин | Laser fusion on method |
| RU2008142122A (en) * | 2006-03-24 | 2010-04-27 | Эск Керамикс Гмбх Унд Ко.Кг (De) | SINTERED MATERIAL, SINTERED POWDER MIXTURE, METHOD FOR PRODUCING MATERIAL AND ITS APPLICATION |
| RU2607278C2 (en) * | 2015-04-29 | 2017-01-10 | Владимир Павлович Бирюков | Charge composition for slurry coatings |
| RU2718793C1 (en) * | 2019-03-05 | 2020-04-14 | Евгений Викторович Харанжевский | Method of obtaining super-hard wear-resistant coatings with low friction coefficient |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4557767A (en) * | 1983-10-31 | 1985-12-10 | Scm Corporation | Fusible powdered metal paste |
| SU1609003A1 (en) * | 1989-05-15 | 1996-04-20 | Б.П. Аравин | Laser fusion on method |
| RU1818866C (en) * | 1991-04-04 | 1995-05-10 | Пермский государственный технологический университет | Alloy on the base of solid solution of titanium carbide in nickel |
| RU2008142122A (en) * | 2006-03-24 | 2010-04-27 | Эск Керамикс Гмбх Унд Ко.Кг (De) | SINTERED MATERIAL, SINTERED POWDER MIXTURE, METHOD FOR PRODUCING MATERIAL AND ITS APPLICATION |
| RU2607278C2 (en) * | 2015-04-29 | 2017-01-10 | Владимир Павлович Бирюков | Charge composition for slurry coatings |
| RU2718793C1 (en) * | 2019-03-05 | 2020-04-14 | Евгений Викторович Харанжевский | Method of obtaining super-hard wear-resistant coatings with low friction coefficient |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5869146A (en) | Plasma sprayed mullite coatings on silicon based ceramic materials | |
| Pawlowski | Thick laser coatings: A review | |
| US4732778A (en) | Method for forming composite layer by laser irradiation upon aluminum alloy substrate surface of powder mixture containing metal carbide ceramic particles, silicon, and metal element forming inter metallic compound with silicon | |
| EP2794169B1 (en) | Method of assembling parts made of sic materials by means of non-reactive brazing in an oxidizing atmosphere, brazing composition | |
| US20150030871A1 (en) | Functionally graded thermal barrier coating system | |
| FR2522016A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING TWO OR MORE PHASE METALLIC MATERIALS AND MATERIAL OBTAINED | |
| US20130205554A1 (en) | Method and apparatus for repairing gas turbine components made of ceramic composite materials | |
| RU2819484C1 (en) | Method of laser surfacing (welding) of metals | |
| Nowotny et al. | Surface protection of light metals by one-step laser cladding with oxide ceramics | |
| KR101981625B1 (en) | Method of manufacturing metals and Launching apparatus comprising metal accessories generated using the method | |
| FR2678606A1 (en) | PROCESS AND MIXTURE FOR FORMING A COHERENT REFRACTORY MASS ON A SURFACE. | |
| US10293434B2 (en) | Method to form dispersion strengthened alloys | |
| EP0711262B1 (en) | Process and composition for assembling part made of ceramic and refractory alloy | |
| FR2912675A1 (en) | Bonding porous carbon and copper-rich workpieces, e.g. for use in heat exchangers, involves soldering using alloy based on copper and silicon, ensuring good heat transfer | |
| RU2735688C1 (en) | Method of forming coating on metal with electron-beam surfacing of ceramic powder | |
| EP2192097A1 (en) | Method for assembly by refractory means of parts made from SiC-based materials by non-reactive brazing in an oxidising atmosphere, brazing suspension and seal and assembly obtained by this method. | |
| Filippov et al. | Selective laser sintering of cermet mixtures Ti and B4C | |
| CN108265289B (en) | A method for in-situ synthesis of multiple reinforcement phase composite coatings by argon arc cladding | |
| Pascal et al. | Optimization of Process Parameters for the Manufacturing of High Temperature Vacuum Brazed WC-NiCrBSi Coatings | |
| CA2033438C (en) | Metal filler composition and method of employing same | |
| Gasser et al. | Remelting of surface coatings on steel by CO2 laser radiation | |
| CN110724953B (en) | Method for preparing TA2 titanium alloy amorphous reinforced protective layer by laser | |
| Ramos-Grez et al. | Fabrication, Analysis of microstructure and oxidation resistance of cemented C/C composites by laser | |
| GB2268432A (en) | Flux cored wire | |
| CN117721460A (en) | Ablative transpiration-resistant cooling coating and method of preparing ablative transpiration-resistant cooling coating using high-speed laser cladding self-transfer effect |