СМЕСЬ ДЛЯ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ МЕДИ НА СТАЛЬ
MIXTURE FOR INDUCTION WELDING OF COPPER ONTO STEEL

Изобретение относится к области индукционной наплавки, в частности для соединения меди со сталью при производстве медных шин, пластинчатых теплообменников, где минимально допустимым является наличие в сварном шве других компонентов кроме меди.
Известно применение борного ангидрида в составе флюса для пайки ПВ200 (см. Сварка в машиностроении. Т.4 Машиностроение, 1070, с.329), содержащий в своем составе компоненты, мас.%:
Борный ангидрид
65-67
Бура
18-20
Фтористый кальций
14-16
Недостатком этого флюса является то, что при наплавке образуются не сплавленные участки, раковины и опоры. Кроме того, он не совпадает по назначению с предлагаемым техническим решением.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества наплавленного слоя при высокочастотной наплавке.
Поставленная задача достигается тем, что смесь для индукционной наплавки меди на сталь содержит боросодержащий флюс в виде борного ангидрида и медный порошок в следующем соотношении, мас.%:
Борный ангидрид
38,6-48,6
Медный порошок
51,4-61,4
при этом размер частиц смеси составляет 0,15-0,25 мм.
Введение в состав смеси медного порошка в количестве, превышающем 61,4 мас.%, приводил к появлению не сплавленных участков и к повышению температуры плавления смеси.
При введении в состав смеси медного порошка менее 51,4 мас.% ухудшаются электротехнические свойства наплавленного слоя (электрическое сопротивление) и повышается температура плавления, т.к. расплав этого состава значительно отличается от эвтектического.
Оптимальным составом смеси является состав: медный порошок 56,4%, борный ангидрид 43,6%. Размер частиц смеси принят в пределах 0,15-0,25 мм. При уменьшении дисперсности 0,15 мм требуются значительные энергозатраты, при этом дальнейшее измельчение не влияет на качество наплавленного слоя. Увеличение размера частиц свыше 0,25 мм увеличивает время наплавки на 10%.
Для проведения опробования смеси для наплавки меди на сталь были приготовлены несколько составов и наплавка осуществлялась по следующей методике.
Для наплавки меди на сталь изготавливались образцы из стали 3 размером 100×40×5, из меди 40×40×4,5 мм.
Борный ангидрид (обезвоженный) измельчали в ступе и просеивали через сито с ячейками 0,25х0,25 и 0,5х0,5 в отдельные металлические короба. Таким же образом подготовили и медный порошок. Борный ангидрид и порошок меди смешивали в определенных пропорциях, которые приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
№п/п
Химический состав, мас.%
Температура плавления, С°
Порошок меди
Борный ангидрид
1
51,4
48.0
1030
2
50.4
43.0
1015
3
61,4
38,6
1045
4
40.0
53,6
1085
5
00.4
55.0
1075
Фракция зерен максимальная -0,25 мм
Таблица 2
№п/п
Химический состав
Температура плавления, С°
Порошок меди
Борный ангидрид
1
51,4
48.0
1035
2
50.4
45.0
1015
3
61,4
58.0
1040
4
40.4
53.0
1085
5
00.4
33.0
1070
Фракция зерен 0,3 мм
Температуру плавления ингредиентов определяли согласно методике, изложенной в SU №1603268 «Способ определения температуры плавления порошковой смеси». Нагревали тигль с образцом и определяли температуру плавления по изменению температурной кривой, при этом исследуемую смесь насыпали слоем одинаковой толщины на горизонтальную подложку с размещенным на ней термодатчиком и производили неравномерный по длине подложки нагрев смеси до появления направленного фронта плавления, проходящего через термодатчик.
Для проведения экспериментов использовался генератор марки ВЧГ -7-60/0,44, щелевой индуктор и специальное устройство для удержания наплавляемой пластинки.
Режимы наплавки: анодное напряжение составляло 7 кВ и время наплавки 30-52 с.
Было наплавлено десять партий по 3 штуки в каждой. Анализ полученных результатов позволил установить, что наиболее оптимальный состав ингредиентов получен при следующих соотношениях компонентов: медного порошка 51,4-61,4 и борного ангидрида 38,6-48,6 (см. табл.).
При увеличении фракции от 0,25 до 0,3 мм увеличивается время наплавки на 1-2 с.
Качество смеси оценивали по результатам исследований наплавленного соединения медь-сталь. Шлифы исследовались на микроскопе МИМ 7 при увеличении ×100.