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
OBSAH 1. Naváranie explóziou 2. Experiment 3. Zhodnotenie a záver 4. Naváranie indukčným ohrevom 5. Experiment 6. Zhodnotenie a záver 2/21
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
VOĽBA ZVÁRANÝCH MATERIÁLOV o tvárna liatina ako významný konštrukčný materiál - Tvárna liatina STN 42 2305 (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 17 240) - Cu 99,5% -oceľ STN 11 321 2. EXPERIMENT 4/21
VOĽBA ZVÁRANÝCH MATERIÁLOV CuSn6 Chemické zloženie Legujúce prvky Doplňujúce prvky (max.) hmot. % Sn P Cu Pb ostatné celkom AlMg0,7Si STN 17 240 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 0,07 17 20.0 9.0 11,5 max 1,0 max 2,0 max 0.045 max 0,030 Materiál Rýchlosť zvuku c [m.s -1 ] Tvárna liatina 4896,08 CuSn6 3 337-3 503 CrNi oceľ 4190 AlMg0,7Si 5073,53 2. EXPERIMENT 5/21
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 ] 1 7227 TL 200x95x29 AlMg0,7Si 250x140x1 2,3 231x123x10 320,9 1,14 90,6 44,74 2025 2 7228 TL 200x95x29 AlMg0,7Si 250x140x1 2,1 234x123x10 321,3 1,13 70,0 35,71 1960 3 7229 TL 200x95x29 Cu 99,5 250x140x1 2,2 234x123x10 325,7 1,14 88,0 33,90 2596 4 7230 TL 200x95x29 Cu 99,5 250x140x1 2,2 231x122x10 313,6 1,12 94,0 40,44 2324 5 7231 6 7232 TL 200x95x29 TL 200x95x29 KUO 250x140x1 KUO 250x140x1 Semtex S35 2,1 232x120x10 318,7 1,15 87,0 32,68 2662 2,2 232x123x10 320,0 1,13 82,0 31,27 2622 7 7233 TL 200x95x24 CuSn6 250x140x1 2,5 232x120x10 309,8 1,12 80,0 31,61 2531 8 7234 TL 200x95x24 CuSn6 250x140x1 2,8 233x122x10 321,4 1,14 80,0 31,61 2531 9 7235 TL 200x95x24 CrNi ocel 250x140x1 3,0 231x121x10 310,1 1,12 92,0 34,80 2644 10 7236 TL 200x95x24 CrNi ocel 250x140x1 2,5 235x122x10 314,5 1,11 81,0 34,65 2338 2. EXPERIMENT 6/21
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
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
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 -1 2. EXPERIMENT 9/21
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
o preskúmanie možnosti vzniku difúzie a vzniku IMF VYHODNOTENIE BIMETALOV Oblasť snímania bimetalu pre EDX analýzu 2. EXPERIMENT 11/21
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
INDUKČNÝ OHREV V TECHNICKEJ PRAXI Využitie indukčného ohrevu: zváranie, spájkovanie, naváranie (pretavovanie), tavenie, tepelné spracovanie. 1. NAVÁRANIE INDUKČNÝM OHREVOM 13/21
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 60 32 530 32 529 max. 0,6 max. 5,0 max. 3,9 max. 5,0 max. 16,0 zv. HRC 56-62 Max. 3,0 1200-1220 sférický 2. EXPERIMENT 14/21
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. 0 16 kw / - 0 15 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
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
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
VYHODNOTENIE NÁVAROV Vyzuálna kontrola Optická mikroskopia 2. EXPERIMENT 18/21
VYHODNOTENIE NÁVAROV EDX analýza 2. EXPERIMENT 19/21
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
STU MTF TRNAVA ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ Ing. Jozef Ondruška jozef.ondruska@stuba.sk 21/21