СПОСОБ НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/04 B23P6/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при ремонте и изготовлении желобов шихтоподачи доменной печи и других деталей, работающих в условиях истирания сыпучими материалами.

Известен способ наплавки доменной печи, которая служит для подачи сыпучих материалов и заключается в наплавке ребер ячеистой основы износостойкости сплавом типа сормайт (1).

Недостатком известного способа является сложность изготовления конструкции и ее низкая стойкость.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ наплавки деталей металлургического оборудования, заключающийся в том, что изготавливаются унифицированные футеровочные элементы, путем наплавки композиционным сплавом на основе релита. Затем их укладывают на быстроизнашивающиеся поверхности, приваривают проволокой типа Св-08Г2С. Для предохранения от износа поверхность сварного шва облицовывают композиционным сплавом (2). Недостатком известного способа является трудоемкость сборки и приварки элемента, а также демонтажа износившихся унифицированных элементов при их замене, низкая стойкость конструкции, если хотя бы один из унифицированных элементов отслоится от основания вследствие дефекта закрепляющего сварного шва.

Цель изобретения снижение коробления детали и повышение ее стойкости за счет уменьшения количества трещин в зоне наплавки.

На фиг.1 показана наплавляющая деталь, на фиг.2 разрез A-A на фиг. 3 вид B.

Поставленная цель достигается тем, что деталь перед наплавкой закрепляют к кондуктору не менее пятью рядами шпилек, ориентированных вдоль оси симметрии детали, с расстоянием между соседними шпильками в одном ряду не более 35 толщин наплавляемой детали, причем диаметр крепежных шпилек выполняют 2,4-3,8 толщин наплавляемой детали, а диаметр отверстий в кондукторе выполняют 1,25 1,45 диаметра шпилек. После полного закрепления детали в кондукторе производят многослойную наплавку, в частности, плазменно-порошковым способом, сплавом, содержанием, мас, углерод 0,5-1,2, хром 13 20, кремний 2,5 4,3, бор 2,0 4,5, никель остальное. Наплавку начинают при сварочном токе 280 300 A, а после наплавки 30% площади и до окончания первого слоя сварочный ток уменьшают на 20 30% от первоначального и его сохраняют неизменным при наложении последующих слоев, при этом сварные швы ориентируют вдоль криволинейной стороны детали. После окончания наплавки деталь вместе с кондуктором помещают в печь с температурой не выше 250^oC, нагревают со скоростью не более 50^oC/ч до температуры 500-550^oC, выдерживают при этой температуре в течение 1,0 1,5 ч и охлаждают со скоростью не более 50^oC/ч до температуры 200^oC с последующим охлаждением на воздухе.

Количество рядов и расстояние между шпильками выбрано с целью равномерной фиксации детали к кондуктору, причем при выполнении шпилек диаметром менее 2,4 толщины направляемой детали, они начинают "срезаться" в процессе наложения уже второго слоя, а при диаметре шпилек более 3,8 толщины детали эффект повышения жесткости фиксации детали к кондуктору уже не проявляется и является нецелесообразным. Для снижения остаточных сварочных напряжений и уменьшения количества трещин диаметр отверстий под шпильки в кондукторе делают больше в 1,25 1,45 раза диаметра шпилек. В результате, в процессе многослойной наплавки деталь имеет достаточную степень свободы для компенсации усадки сварного шва в процессе его кристаллизации при сохранении формы детали. При больших значениях диаметра отверстий эффект снижения напряжений уже не усиливается, а при меньших значениях "срезают" шпильки при остывании конструкции. Наилучшие результаты достижения цели проявляются при наплавке плазмено-порошковом способом, так как при данном способе наблюдается минимальное проплавление основного металла (0,1 0,2 мм), тем самым уменьшается степень деформации конструкции, а предложенный состав сплава обеспечивает высокую износостойкость абразивным материалом при повышенной температуре. В связи с тем, что наплавку осуществляют без подогрева, так как трудно равномерно прогреть длинномерную конструкцию типа желоба вместе с кондуктором, наплавку начинают с края детали на повышенном токе: 280 300 A, который обеспечивает требуемое формирование и качество шва, а также необходимый прогрев основного металла, после наплавки 3005 от общей площади первого слоя, температура детали поднимается до 100 150^oC и формирование шва ухудшается, снижается качество наплавки, поэтому силу сварочного тока с этого момента начинают снижать и к концу первого слоя уменьшают на 20-30% от первоначального значения. В связи с тем, что деталь наплавляют непрерывно, то она постоянно находится в подогретом состоянии, поэтому пониженное значение тока сохраняют на всех последующих слоях наплавки. Сварные швы, ориентированные вдоль криволинейной стороны детали, создают более низкие значения остаточных сварочных напряжений, чем швы, ориентированные вдоль осевой линии детали.

Сразу после наплавки деталь имеет высокие остаточные сварочные напряжения, поэтому ее помещают вместе с кондуктором в печь с температурой не выше 250^oC, так как при более высокой температуре печи деталь и кондуктор быстро и неравномерно нагреваются (из-за их разных толщин), что приводит к короблению детали. Скорость нагрева и охлаждения при термообработке выбран не более 50^oC/ч с той же целью во избежание корабления и поводок детали. Отпуск при температуре 500 550^oC в течение 1,0 1,5 ч обеспечивает снятие остаточных сварочных напряжений, в результате отсутствует коробление детали после освобождения от кондуктора и уменьшается количество холодных трещин в зоне наплавки.

Новизна и изобретательский уровень заявляемого технического решения подтверждается тем, что только с использованием этого способа возможна качественная наплавка длинномерных тонких конструкций типа желобов без корабления и трещин в зоне наплавки. В результате уменьшается количество трещин в наплавленном металле и повышается износостойкость, так как трещины приводят к выкрашиванию.

На фиг. изображен желоб закрепленный к кондуктору и подготовленный под наплавку, где 1 желоб, 2 кондуктор, 3 ориентация крепления шпильками желоба к кондуктору, а расстояние между соседними шпильками в одном ряду, V_св направление наложения отдельных швов, V_н направление наплавки каждого слоя, d диаметр шпилек, D диаметр отверстия под шпильку в кондукторе.

Пример выполнения предложенного способа. Желоб из стали 3 длиной 3 м и толщиной стенки 8 мм зажимают в кондуктор, имеющий форму желоба, но выполненный с толщиной стенки 12 мм и ребрами жесткости. Крепление производят с помощью шпилек M20, а отверстия под шпильки в кондукторе выполняют диаметром 27 мм. Один ряд шпилек расположен вдоль оси симметрии желоба, а справа и слева располагают еще по два ряда на равном расстоянии друг от друга и от края желоба. Расстояние между соседними шпильками в одном ряду выполняют равным 250 мм. После зажатия детали начинают плазменную наплавку с края детали на токе 300 A, наложение отдельных швов производят вдоль криволинейной стороны желоба, перекрытие соседних швов выполняют равным 15% усиление шва 5 мм. После наплавки 900 мм первого слоя по длине желоба силу сварочного тока начинают плавно уменьшать и к концу наплавки первого слоя ток составляет 230 A. В той же последовательности при токе 230 A наплавляют второй и третий слои. Наплавку производят порошком следующего состава: 1% C, 17% Cr, 4,1% Si, 3,6% B, 74,3% Ni. После полной наплавки конструкции ее помещают в печь с температур0й 240^oC, нагревают со скоростью 45^oC/ч до температуры 525^oC, выдерживают в течение 1,3 ч, затем охлаждают со скоростью 45^oC/ч до температуры 200^oC, затем наплавленную деталь вынимают из печи и она охлаждается вместе с кондуктором до комнатной температуры.

Преимущества заявленного способа наплавки заключаются в снижении коробления при многослойной наплавке длинномерных изделий типа желобов, а также в снижении трещин в наплавленном металле, что приводит к повышению их стойкости.

Использование. Ремонт и изготовление желобов и лотков шихтоподачи доменной печи и других деталей, работающих в условиях истирания сыпучими материалами. Сущность изобретения: перед наплавкой деталь зажимают в кондукторе не менее чем пятью рядами шпилек с расстоянием между ними, равным не более 35 толщинам детали. Диаметр крепежных шпилек выполняют 2,4 - 3,8 толщин детали, а диаметр отверстий в кондукторе - 1,25 - 1,45 диаметра шпилек. Наплавку начинают на сварочном токе 280-300 A, а при наложении 30% первого слоя ток постепенно снижают на 20 -30% от первоначального. Материал для наплавки содержит 0,5 - 1,2% C, 13 - 20% Cr, 2,5 - 4,3% Si, 2,0 - 4,5% B, Ni - остальное. После полной наплавки деталь вместе с кондуктором подвергают термической обработке: нагрев в печи с 250^oC до 500 - 550^oC со скоростью не выше 50^oC/ч, выдержка 1,0 -1,5 ч, охлаждение со скоростью не боле 50^oC/ч до 200^oC с последующим охлаждением на воздухе. Способ позволяет снизить коробление детали и повысить стойкость за счет уменьшения количества трещин в зоне наплавки. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ наплавки деталей металлургического оборудования, включающий наплавку и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что перед наплавкой деталь жестко закрепляют к кондуктору равномерно распределенными по ее сечению шпильками, а наплавку начинают с края детали при сварочном токе 280 300 А, причем после наплавки 30% площади и до окончания первого слоя сварочный ток уменьшают на 20 30% от первоначального и его сохраняют неизменным при наложении последующих слоев, при этом сварные швы ориентируют вдоль криволинейной стороны детали, а последующую термообработку производят вместе с кондуктором. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что деталь в кондукторе крепят не менее чем пятью рядами шпилек, ориентированных вдоль оси симметрии детали с расстоянием между соседними шпильками в ряду не более 35 толщин наплавляемой детали, причем диаметр крепежных шпилек выполняют равным 2,4 3,8 толщины наплавляемой детали, а диаметр отверстий в кондукторе выполняют равным 1,25 - 1,45 диаметра шпилек. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что после наплавки деталь вместе с кондуктором помещают в печь с температурой не выше 250^o С, нагревают со скоростью не более 50^oС/ч до температуры 500 550^oС, выдерживают при этой температуре в течение 1,0 1,5 ч и охлаждают со скоростью не более 50^oС/ч до температуры 200^oC с последующим охлаждением на воздухе. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что наплавку ведут плазменно-порошковым способом сплавом, содержащим, мас.

Углерод 0,5 1,2
Хром 13 20
Кремний 2,5 4,3
Бор 2,0 4,5
Никель Остальное