СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1995 года по МПК B23K11/06 

Изобретение относится к технологическим процессам упрочнения и восстановления деталей машин и может применяться в машиностроении и машиноремонте, а также в других отраслях, где требуется увеличение срока службы деталей.

Известны ряд способов электроконтактного нанесения покрытий из порошковых материалов с целью восстановления или упрочнения деталей. Наиболее близкими к заявляемому являются способ нанесения металлических покрытий из порошковых материалов по авт.св. СССР N 1526940 1989, и способ электроконтактной наплавки порошка по авт.св. СССР N 1310147, 1987.

Эти способы имеют следующие недостатки. Способ по авт.св. N 1526940, наиболее близкий, позволяет наносить покрытия лишь на локальные участки плоской поверхности, одним импульсом тока с использованием электрода, имеющего паз для размещения присадочного материала. Способ по авт.св. N 1310147 не обеспечивает получения покрытия заданной толщины и свойств (при использовании смеси порошков они будут разделяться по плотности, магнитным свойствам, крупности частиц и т.п.). Исключается также использование охлаждающей жидкости, которая будет смывать порошок, удержание которого на цилиндрической детали само по себе весьма проблематично.

Целью данного изобретения является повышение технологичности и производительности процесса, а также качества покрытия.

Указанная цель достигается тем, что в качестве наращиваемого слоя применяют пористую, спеченную из металлических порошков ленту с пористостью в пределах 8-37%
Кроме того, можно применять пористую спеченную из смеси металлических и 9-42% токонепроводящих порошков ленту.

Применением для приварки нескольких лент (пакета лент) возможно регулировать послойный состав покрытия и, соответственно, тепловыделение преимущественно в одном из слоев, в слое, располагающемся на границе сплавления пакета с телом детали, использовав для этого ленту пакета с большей пористостью.

При наплавке главной целью является получение покрытия нужного состава и с необходимыми свойствами. Однако изменение состава меняет и сопротивление ленты. Необходимая корректировка сопротивления может быть реализована за счет пористости. Данная технология позволяет получить нужный состав покрытия.

Пористость ленты не оказывает влияния на пористость покрытия в ленте преимущественно выделяется тепло и происходит спекание-сплавление под давлением, приводящее к образованию монолитного практически беспористого слоя.

Способ осуществляют следующим образом. На упрочняемую (восстанавливаемую) поверхность накладывают соответствующих размеров пористую спеченную ленту или несколько лент необходимой толщины и состава и производят приварку по всей поверхности наращиваемого слоя перекрывающимися точками с помощью регулируемых импульсов тока при одновременной подаче в зону сварки охлаждающей жидкости или газа.

Данное изобретение основывается на следующих закономерностях.

При контактной сварке (наплавке) импульсами тока решающую роль в образовании сварного соединения играет контактное и внутреннее сопротивление (Кочергин К.А. Контактная сварка. Л. Машиностроение, 1987, с. 45,58). Кроме того, ядро при соединении разнотолщинных деталей смешивается в толстую деталь, то есть приварки не происходит, и приходится многократно увеличивать силу и длительность импульсов тока (там же с. 161).

Управлять этим процессом можно, меняя внутреннее сопротивление привариваемого тонкого материала. Увеличение пористости ленты, спекаемой из металлических порошков, увеличивает ее сопротивление и, соответственно, количество выделившегося в ней тепла. Аналогичную роль играет введение в спекаемую ленту токонепроводящих порошков (окиси алюминия, карбида кремния) с величиной частиц 12-140 мкм). При заданном составе ленты с учетом требований к покрытию пористость ленты легко регулировать в процессе прокатки порошков в ленту и последующего ее спекания. Рациональные значения сопротивлений известны (Шавырин В.Н. Рязанцев В.И. Клеесварные конструкции. М. Машиностроение, 1981, с.64-74).

Экспериментально определяли пределы целесообразной пористости ленты: от 8 до 37% в зависимости от ее химсостава и пределы содержания токонепроводящих частиц: от 9 до 42 об.

Нижний предел пористости спеченной ленты (содержания в ней токонепроводящих частиц) определяется эффектом значимого увеличения сокрытия заданной толщины при минимальных значениях сварочного тока и длительности сварочного импульса.

Верхний предел пористости определяли взрывным эффектом при прохождении импульса тока, хрупкостью и ломкостью ленты, разрушающейся при приложении нагрузки на электроды, и невозможностью использования спеченной ленты для нанесения покрытий на детали диаметром 20-40 мм, а также большой усадкой ленты, т.е. уменьшение эффективной толщины покрытия.

П р и м е р. Создание биметаллической (упрочнение, восстановление) цилиндрической детали диаметром 50 мм, изготовленной из низкоуглеродистой стали Ст20. Необходимая твердость покрытия 60НРС, толщина слоя 0,1 мм. Состав спеченной ленты, обеспечивающей такую твердость, углерод 0,05; хром 3,0; никель 4,5; медь 1,5; кремний и марганец по 0,7% остальное железо. Указанные компоненты прокатывают в ленту и спекают. Желательная пористость 16% Пористость достигают давлением прокатки, температурой и временем спекания. Для обеспечения заданной толщины слоя необходима лента толщиной 1,7 мм (с учетом усадки и припуска на обработку).

Режим приварки ленты к поверхности детали: длительность импульса тока 0,1 с сила тока в импульсе 6кА, длительность паузы между импульсами 0,12с, количество охлаждающей жидкости, подаваемой в зону сварку, 1,8-2,0 л/мин, давление на электродах 2,5 ат число оборотов детали 4 об/мин, подача роликов вдоль детали 4 мм/об.

Пористость и объемное содержание токонепроводящих частиц в спеченной ленте оказывает близкое по величине влияние на удельное сопротивление ленты. При введении в ленту материалов с высокой электропроводимостью (медь, алюминий, серебро и др.) пористость следует увеличивать.

Предлагаемый способ позволил: снизить затраты электроэнергии на 35-25% увеличить производительность процесса на 15-25% при одинаковом расходе энергии; уменьшить выплески на поверхность покрытия и сократить припуски на обработку; в 4-6 раз увеличить стойкость электродов; увеличить толщину слоя привариваемого за 1 проход до 2 раз.

Использование: упрочнение и восстановление деталей машин электроконтактным нанесением покрытий. Сущность изобретения: порошкообразный металлический наплавочный материал предварительно спекают в ленту, приваривают ее к поверхности детали регулируемыми импульсами тока перекрывающимися точками. Пористость ленты составляет 8-37%. Может использоваться несколько слоев лент с различной пористостью, различного состава. Зона приварки может охлаждаться жидкостью или газом. 4 з.п.ф.

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ из токопроводящих материалов на поверхность изделий, при котором на детали размещают спеченный из металлических порошков материал, приваривают его регулируемыми импульсами тока, отличающийся тем, что приварку производят ко всей поверхности детали перекрывающимися точками, при этом в качестве привариваемого материала используют ленту с пористостью 8-37%
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют ленту, содержащую 9-42% токонепроводящих порошков. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько слоев лент одинакового состава с различной пористостью. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют несколько слоев лент различного состава с различной пористостью. 5. Способ по пп. 1-4, отличающийся тем, что зону приварки охлаждают жидкостью или газом.