СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКИ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1996 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к механизированной наплавке износостойкого слоя на поверхность крупногабаритных деталей машин и технологического оборудования.

Известен способ сварки труб, при котором металл наплавляют узкими однопроходными валиками и одновременно производят охлаждение обратной стороны изделия струями воды, перемещающимися под зоной сварочной ванны [1]
Такой способ дает хорошие результаты при наплавке труб материалами, обладающими достаточной пластичностью и хорошей стойкостью против образования трещин. Однако при наплавке тонкостенных труб износостойкими сплавами с низкой пластичностью при пульсирующем охлаждении в наплавленном слое возникает значительное количество трещин, обусловленное неравномерным режимом охлаждения сварочной ванны на различных участках наплавляемого валика. Кроме того, такой способ наплавки узкими однопроходными валиками отличается низкой производительностью, что делает его неприемлемым для наплавки крупногабаритных изделий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ наплавки тонкостенных изделий, при котором применяют охлаждение обратной стороны изделия по всей ширине наплавляемого широкослойного валика путем смывания всей поверхности изделия водой [2]
Однако при охлаждении всей поверхности изделия создается слишком жесткий режим охлаждения кристаллизующейся ванны и остывающих наплавленных валиков, температура которых на небольшом расстоянии от зоны горения дуги становится равной температуре охлаждающей воды. Это вызывает образование значительного количества холодных трещин в наплавленном слое при наплавке износостойкими сплавами с низким запасом пластичности, приводит к возникновению отслоений наплавленного металла и ухудшению эксплуатационных свойств изделий.

Задача изобретения усовершенствование способа наплавки тонкостенных изделий широкослойными валиками путем регулирования глубины проплавления основного металла, уменьшения скорости кристаллизации ванны расплавленного металла и темпа нарастания внутренних напряжений, что приводит к уменьшению количества холодных трещин в наплавленном металле и улучшению его эксплуатационных свойств.

Для этого зону охлаждения смещают от места расположения сварочной дуги в сторону, обратную направлению наложения широкослойного валика, на расстояние равное 0,75-2,0 толщинам наплавляемого изделия, и используют интенсивность охлаждения, обеспечивающую отвод тепла в пределах q_св-550δ до q_св-850δ где q_св тепловая мощность дуги, кал/с;
δ- толщина наплавляемого изделия, см;
λ- коэффициент теплопроводности ма- териала изделия,
с теплоемкость материала изделия,
b ширина наплавляемого валика, см.

При смещении зоны охлаждения от места расположения дуги на расстояние более 3/4 δ количество трещин в наплавленном слое резко уменьшается. При этом их количество и размеры зависят от интенсивности теплоотвода в зоне охлаждения. Дальнейшее смещение зоны охлаждения от зоны горения дуги мало влияет на склонность к трещинообразованию, однако при смещении охлаждения на расстояние более 2 δ наблюдается значительное возрастание глубины проплавления, доли основного металла в наплавленном и снижение износостойкости наплавленных валиков.

Экспериментальная оценка качества валиков, наплавленных при различной интенсивности теплоотвода в процессе струйного охлаждения металла в указанной зоне, показала, что наименьшее количество трещин в слоях, наплавленных износостойкими высокоуглеродистыми хромистыми сплавами с использованием проволок типа ПП-АН125 и ПП-АН170, имеет место при теплоотводе, величина которого не превы- шает q_св-550δ Интенсивность теплоотвода определяли расчетным методом путем решения дифференциального уравнения теплопроводности с учетом тепловой мощности дуги и табличных значений теплофизических свойств материалов. Дальнейшее уменьшение интенсивности охлаждения незначительно влияет на склонность наплавленного металла к образованию трещин, однако способствует значительному повышению глубины проплавления со всеми вытекающими отсюда последствиями в тех случаях, когда величина теплоотвода не превышает значение q_св-850δ .

Следовательно, использование предложенного режима охлаждения при широкослойной наплавке тонкостенных изделий обеспечивает стабильный температурный режим в зоне сварочной ванны, при которой величина теплоотвода достаточна для исключения вероятности образования прожогов, обеспечения небольшой глубины проплавления и незначительного разбавления неплавленного металла основным. В то же время предложенный способ позволяет поддерживать скорость охлаждения наплавляемого валика на таком уровне, при котором не образуются протяженные холодные трещины и отколы слоя даже при наплавке малопластичных материалов. Все это обеспечивает высокую износостойкость наплавленного слоя и длительную работоспособность наплавленных деталей.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого способа наплавки; на фиг. 2 то же, вид сверху. На изделие 1 толщиной δ производится наплавка широкослойного валика 2 и шириной b с помощью плавящегося электрода 3, который колеблется в направлении 4, перпендикулярном направлению 5 наложения валика. С обратной стороны изделия расположено устройство 6 для охлаждения с таким расчетом, чтобы зона 7 струйного охлаждения на поверхности изделия охватывала всю ширину валика и была смещена от места горения сварочной дуги 8 на величину Δ в сторону, обратную направлению наложения валика.

Предложенный способ наплавки реализуют с использованием серийного наплавочного аппарата и устройства для охлаждения, выполненного в виде трубы с рядом сопел для подачи охлаждающей среды в зону охлаждения. Расстояние между крайними соплами соответствует ширине наплавляемого валика. Охлаждающее устройство выставляют по отношению к наплавочному автомату и синхронно перемещают вместе с ним с таким расчетом, чтобы сохранялась требуемая величина смещения зоны охлаждения относительно зоны горения дуги. Требуемая интенсивность охлаждения определяется с учетом предлагаемых соотношений на основании выбранных параметров режима и теплофизических свойств наплавляемого материала, значения которых табулированы и приведены в литературе по сварке.

Изменить интенсивность охлаждения можно путем изменения расхода охлаждающего вещества за счет регулирования давления подаваемой среды, количества и диаметра сопел. Интенсивность теплоотвода при этом определяется расчетным путем или экспериментально с учетом расхода и температуры охлаждающей жидкости или газа.

Использование: для широкослойной наплавки износостойкого слоя тонкостенных изделий. Сущность изобретения: наплавку ведут широкослойными валиками колеблющимся плавящимся электродом. При этом используют струйное охлаждение обратной стороны изделия по всей ширине направляемого валика в зоне, смещенной относительно места расположения сварочной дуги в сторону, обратную направлению наложения валика на расстояние, равное от трех четвертей до двух толщин наплавляемого изделия, и устанавливают интенсивность охлаждения этой зоны с отводом тепла в пределах от

где q_с в - тепловая мощность дуги, кал/с; - толщина наплавляемого изделия, см; λ - коэффициент теплопроводности материала изделия, кал/см • с • ^oС; c - теплоемкость материала изделия, кал/г • ^oС; b - ширина наплавляемого валика, см. Интенсивность охлаждения регулируют изменением расхода охлаждающей среды. При этом охлаждающее устройство выставляют по отношению к наплавочному автомату и синхронно перемещают вместе с ним с таким расчетом, чтобы сохранилась требуемая величина смещения зоны охлаждения относительно зоны горения дуги. 2 ил.

СПОСОБ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВКИ ТОНКОСТЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ, при котором применяют струйное охлаждение обратной стороны изделия по всей ширине направляемого широкослойного валика, отличающийся тем, что зону охлаждения смещают от места расположения сварочной дуги в сторону, обратную направлению наложения широкослойного валика, на расстояние, равное 0,75 - 2,0 толщинам наплавляемого изделия, и используют интенсивность охлаждения с отводом тепла в пределах от

где q_с в - тепловая мощность дуги, кал/с;
δ - толщина наплавляемого изделия, см;
l - коэффициент теплопроводности материала изделия, кал/см•c•^°C
C - теплоемкость материала изделия, кал/г•^°C
b - ширина наплавляемого валика, см.