Tvorba povrchových vrstiev priemyselných zariadení. Naváranie kovových praškov indukčným ohrevom a príbuzné procesy.

Transcript

1 Tvorba povrchových vrstiev priemyselných zariadení. Ondruška, J. Turňa, M. MTF STU, Katedra zvárania, Trnava Naváranie kovových praškov indukčným ohrevom a príbuzné procesy. Demianova, K. Ondruška, J. Turňa, M. MTF STU, Katedra zvárania, Trnava

2 OBSAH 1. Naváranie explóziou 2. Experiment 3. Zhodnotenie a záver 4. Naváranie indukčným ohrevom 5. Experiment 6. Zhodnotenie a záver 2/21

3 TEORETICKÝ ROZBOR, CHARAKTERISTIKA TECHNOLÓGIE Zváranie v pevnom stave Tlaky 10 3 až 10 4 MPa Časy 10-4 až 10-6 s 1. NAVÁRANIE EXPLÓZIOU 3/21

4 VOĽBA ZVÁRANÝCH MATERIÁLOV o tvárna liatina ako významný konštrukčný materiál - Tvárna liatina STN (feriticko perlitická matrica 50/50) o voľba naváraných materiálov - CuSn6 (zlepšenie klzných vlastností) - Zliatina AW-6063 (AlMg0,7Si) (antikorózne návary) - CrNi austenitická oceľ (AISI 304, STN ) - Cu 99,5% -oceľ STN EXPERIMENT 4/21

5 VOĽBA ZVÁRANÝCH MATERIÁLOV CuSn6 Chemické zloženie Legujúce prvky Doplňujúce prvky (max.) hmot. % Sn P Cu Pb ostatné celkom AlMg0,7Si STN CuSn6 5,0-7,0 0,02-0,3 zostatok 0,05 0,5 0,5 Chemické symboly Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti EN AW-6063 EN AW- AlMg0,7Si 0,2-0,6 0,35 0,10 0,10 0,45-0,9 jednotl. Ostatné celkom 0,10 0,10 0,10 0,05 0,15 zvyšok Al Chemické zloženie C Cr Ni Si Mn P S Hmot. % max 0, ,5 max 1,0 max 2,0 max max 0,030 Materiál Rýchlosť zvuku c [m.s -1 ] Tvárna liatina 4896,08 CuSn CrNi oceľ 4190 AlMg0,7Si 5073,53 2. EXPERIMENT 5/21

6 VOĽBA PARAMETROV ZVÁRANIA o o použité trhaviny nízka plasticita stabilného materiálu Číslo vzorku Základní materiál [mm] Urychlovaný materiál [mm] Trhavina Distance [mm] Rozměry nálože d x š x h [mm] Hmotnost nálože m e [g] Hustota nálože ρ e [g.cm -3 ] Báze [mm] Čas [μs] Detonační rychlost D [m.s -1 ] TL 200x95x29 AlMg0,7Si 250x140x1 2,3 231x123x10 320,9 1,14 90,6 44, TL 200x95x29 AlMg0,7Si 250x140x1 2,1 234x123x10 321,3 1,13 70,0 35, TL 200x95x29 Cu 99,5 250x140x1 2,2 234x123x10 325,7 1,14 88,0 33, TL 200x95x29 Cu 99,5 250x140x1 2,2 231x122x10 313,6 1,12 94,0 40, TL 200x95x29 TL 200x95x29 KUO 250x140x1 KUO 250x140x1 Semtex S35 2,1 232x120x10 318,7 1,15 87,0 32, ,2 232x123x10 320,0 1,13 82,0 31, TL 200x95x24 CuSn6 250x140x1 2,5 232x120x10 309,8 1,12 80,0 31, TL 200x95x24 CuSn6 250x140x1 2,8 233x122x10 321,4 1,14 80,0 31, TL 200x95x24 CrNi ocel 250x140x1 3,0 231x121x10 310,1 1,12 92,0 34, TL 200x95x24 CrNi ocel 250x140x1 2,5 235x122x10 314,5 1,11 81,0 34, EXPERIMENT 6/21

7 VYHOTOVENIE BIMETALOV o príprava materiálov o príprava zváracej zostavy o vyhotovenie bimetalov Stabilné materiály Rozmiestňovanie trhaviny Zostava pred odpálením Urýchľovaný materiál 2. EXPERIMENT 7/216/18

8 VYHODNOTENIE BIMETALOV o meranie deformácií o zariadenie GOM ATOS II SO TripleScan MV 320 o vyhodnotenie deformácií Lepenie referenčných bodov a kriedový nástrek GOM ATOS II Deformácie na vrchnej strane Deformácie na spodnej strane 2. EXPERIMENT 8/21

9 VYHODNOTENIE BIMETALOV Pozorované zvarové rozhranie pri bimetaly CuSn6 - tvárna liatina pri detonačnej rýchlosti 2531 m.s -1 Pozorované zvarové rozhranie pri bimetaly AlMg0,7Si - tvárna liatina pri detonačnej rýchlosti 2025 m.s EXPERIMENT 9/21

10 o predpokladané deformácie na rozhraní o postup merania mikrotvrdosti VYHODNOTENIE BIMETALOV Priebeh mikrtvrdosti TL perlitické zrno Postup merania mikrotvrdosti cez rozhranie bimetalu AlMg0,7Si tvárna liatna Priebeh mikrotvrdosti TL feritické zrno 2. EXPERIMENT 10/21

11 o preskúmanie možnosti vzniku difúzie a vzniku IMF VYHODNOTENIE BIMETALOV Oblasť snímania bimetalu pre EDX analýzu 2. EXPERIMENT 11/21

12 ZHODNOTENIE DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV o deformácie bimetalov - maximálny ohyb bimetalov bol nameraný v strede cca. 2mm o optická mikroskopia - pozorované zvarové rozhranie malo nepravidelne zvlnený charakter, nevytvorenie zámkov pravdepodobne spôsobila nízka plasticita základného materiálu - kvalita zvarového rozhrania bola u všetkých bimetalov vyhovujúca o meranie mikrotvrdosti -mikrotvrdosť pri rozhraní v základnom materiáli stúpla o 23 až 35 % do vzdialenosti 600 μm od rozhrania - v urýchľovanom materiáli sa mikrotvrdosť stúpla o 15 až 25 % do vzdialenosti 350 až 450 μm od rozhrania o EDX mikroanalýza - prítomnosť difúzie sa nepotvrdila v žiadnom zo skúmaných bimetalov 3. ZHODNOTENIE A ZÁVER 12/21

13 INDUKČNÝ OHREV V TECHNICKEJ PRAXI Využitie indukčného ohrevu: zváranie, spájkovanie, naváranie (pretavovanie), tavenie, tepelné spracovanie. 1. NAVÁRANIE INDUKČNÝM OHREVOM 13/21

14 NÁVRH EXPERIMENTÁLNYCH MATERIÁLOV Ako základný materiál sa navrhla konštrukčná uhlíková oceľ S235JRG1 (11 373) OCEĽ S235JRG1 (11 373) Nelegovaná oceľ obvyklých vlastností vhodná na zváranie pre oceľové konštrukcie Chemické zloženie [hm. %] C P S N max. 0,17 max. 0,045 max. 0,045 max. 0,007 Na naváranie indukčným ohrevom sa vybral prášok z VÚZ-PI NP 60, ktorý nepotrebuje tavivo. Teplota tavenia kovového prášku je 1200 až 1220 C. Značka Súvisiace normy DIN Smerné chemické zloženie (hmot. %) C Si B Fe Cr Ni Tvrdosť Odporúčaná hr. (mm) Teplota tavenia ( C) Tvar zŕn NP max. 0,6 max. 5,0 max. 3,9 max. 5,0 max. 16,0 zv. HRC Max. 3, sférický 2. EXPERIMENT 14/21

15 ZARIADENIE NA VYSOKOFREKVENČNÉ NAVÁRANIE Generátor HFR15 sa skladá z jednosmerného zdroja a HF generátora. Technické údaje Jednosmerný zdroj (DC) HF generátor Vstupné napätie ±5% pri 50 Hz 3x230/400 V - Vstupní prúd pri plnej záťaži - Účinník pri plnej záťaži 0,96 - Príkon pri plnej záťaži 17 kva - Výs. / vst. DC napätie pri pl. z. 125 V / - - / 125 V Výs. / vst. DC prúd pri pl. z. 125 A / - - / 125 A Výstupní výkon / Nom. kmit kw / kw / 300 khz Min. prietok vody 5 l/min 5 l/min Max. teplota vstupnej vody 30 C 30 C Min. teplota vstupnej vody 16 C 16 C 2. EXPERIMENT 15/21

16 NÁVRH INDUKTORA Na návrh induktora bola použitá výpočtový software Vypočítané parametre induktora: počet závitov 5, dĺžka rúrky je cca. 2 m. Do = 130 mm, Di = 30 mm, w = 6 mm, s = 4 mm. 2. EXPERIMENT 16/21

17 POSTUP NAVÁRANIA - správne ustavenie vzoriek - parametre navárania f = 152 khz, P = 2 až 7 kw, čas ohrevu t = 34 s, L = 1,21 μh. Vf generátor: U = 352 V, I = 38 A. Frekvenciu sme odmerali na prístroji ADP 305 a indukčnosť na HIOKI J522 50LCR HiTESTER. 2. EXPERIMENT 17/21

18 VYHODNOTENIE NÁVAROV Vyzuálna kontrola Optická mikroskopia 2. EXPERIMENT 18/21

19 VYHODNOTENIE NÁVAROV EDX analýza 2. EXPERIMENT 19/21

20 INDUKČNÝ OHREV V TECHNICKEJ PRAXI Cieľom práce bolo navrhnúť technológiu vysokofrekvenčného indukčného navárania kovového prášku na konštrukčnú uhlíkovú oceľ. Ako základný materiál sa použila konštrukčná uhlíková oceľ S235JRG1 (11 373) a prídavný materiál kovový prášok NP 60 z VÚZ-PI Bratislava. Kovový prášok sa naváral na čelo vzorky vo vrstve hrúbky cca 2 mm. Pri indukčnom ohreve sa použili tieto parametre: frekvencia 152 khz, výkon 2 až 7 kw a čas ohrevu 34 s. Kvalita návarov bola hodnotená optickou mikroskopiou, meraním mikrotvrdosti a EDX mikroanalýzou. Návary majú dendritický charakter Technológia navárania je ekonomicky veľmi efektívna a v mnohých prípadoch môže konkurovať aj koncentrovaným zdrojom energie, vrátane laserov. 3. DISKUSIA A ZÁVER 20/21

21 STU MTF TRNAVA ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ Ing. Jozef Ondruška 21/21