Современные эффективные наплавочные материалы: покрытые и порошковые электроды, порошковые проволоки и ленты представляют собой композит из металлических и минеральных составляющих, содержащие оболочку, полость которых заполнена шихтой из всевозможных гранулированных компонентов, металлическими стержнями, проволоками и гранулами литых тугоплавких карбидов. Такое композиционное строение дает возможность производить более качественную металлургическую обработку наплавленного металла, позволяет повысить технологическую надежность материалов, улучшить стабильность дугового и электрошлакового процессов при наплавке, а также снизить гидратацию и повысить качество упаковки шихты.

Технологическая надежность – важнейшая характеристика композиционной проволоки, от которой зависит качество наплавленного металла. На нее влияют конструкция, способ изготовления проволоки и применяемые материалы. Характеризуют технологическую надежность проволоки совокупностью показателей: постоянством коэффициента заполнения по ее длине, надежной изоляцией шихты от воздуха и влаги, и качеством формируемой из металлической ленты оболочки.

Невысокой надежностью обладают проволоки с оболочками из упрочняющихся при деформации материалов: никеля, кобальта и их сплавов, а также из коррозионностойких сталей. Эти порошковые проволоки, изготовленные по традиционной технологии (включает: формирование оболочки и дозирование шихты; сварку стыка кромок оболочки; отжиг сварного шва; последовательное многократное волочение, чередующееся с термообработкой) имеют большую себестоимость и недостаточно качественны вследствие окисления шихты при нагреве.

Более технологичны, обладают хорошей герметичностью и равномерным распределением шихты композиционные проволоки, изготовленные из широкой ленты, сформированной в две оболочки. Но оболочку таких проволок можно изготавливать только из тонких лент (до 0,3 мм). При использовании более приемлемых, относительно толстых лент (0,4…0,8 мм), в особенности из упрочняющихся при деформации металлов и сплавов, оболочка плохо формируется, что влияет на гидратацию шихты, а проволока при волочении часто обрывается.

Известны конструкции композиционных проволок, в которых содержится две оболочки, сформированные из разных лент. При изготовлении таких проволок их внутреннюю оболочку заполняют шихтой и размещают в предварительно сформированной наружной оболочке, стык кромок которой для герметизации шихты заваривают. Но при последующем волочении или прокатке возможны расслоения или обрывы проволоки по причине низкой пластичности сварного шва. Для предотвращения этих дефектов требуется отжиг шва, что нетехнологично.

Известен другой прием изготовления проволоки с двухслойной оболочкой, позволяющий при высокой производительности получить качественный наплавленный металл. Технологические стыки двухслойной оболочки с шихтой, внешний слой которой выполняют из упрочняющегося при деформации материала, а внутренний – из пластичного, располагают диаметрально противоположно и осуществляют совместное обжатие контактирующих слоев, причем соотношение толщин внутреннего и внешнего слоя выбирают в пределах 0,12…0,30.

Сечение композиционной проволоки: 1 – никелевый слой оболочки; 2 – алюминиевый слой оболочки; 3 – шихта из смеси металлических порошков; 4 – проволочные компоненты; 5 – стыки слоев оболочки.

Процесс изготовления композиционной проволоки заключается в следующем. Ленты внешнего и внутреннего слоев оболочки пропускают через формирующие устройства, придающие им форму сегментов цилиндрической поверхности. Затем ленту внутреннего слоя пропускают через дозатор, заполняющий ее шихтой, после чего обе заготовки слоев оболочки совместно обжимаются в фильере. В результате совместной деформации состоящих из разных материалов и контактирующих между собой слоев оболочки внутренний стык полностью закрывается, шихта равномерно обжимается и надежно герметизируется. При последующем волочении на заданный диаметр процесс повторяется, обеспечивая высокую степень уплотнения шихты без расслоений и обрывов проволоки.

Конструкции с двухслойной оболочкой нашли применение для композиционных проволок для наплавки сплавов на основе легированного алюминида никеля Ni3Al. Повышенное содержание туго- и легкоплавких легирующих компонентов затрудняет получение физически и химически однородного наплавленного металла из-за сепарации легких и тяжелых фракций в шихте порошковых проволок. Вследствие чего в качестве наполнителя оболочки рационально использовать проволоки из технически чистых металлов (вольфрам, молибден, никель и др.) и шихту из смеси металлических порошков алюминия, никеля, циркония и графита.

Размещение электропроводных порошков никеля и алюминия в шихте и введение в шихту взамен металлических порошков проволок из тугоплавких тяжелых металлов уменьшает сепарацию компонентов в шихте композиционной проволоки и позволяет снизить ее общее электросопротивление. Такая конструкция проволоки обеспечивает относительно равномерную плотность сварочного тока по ее сечению. Это способствует более равномерному плавлению компонентов композиционной проволоки, как при ЭШН, так и при дуговом процессе, и улучшает ее сварочно-технологические свойства и однородность наплавленного металла.