СПОСОБ ИНДУКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K13/01 

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к индукционно-металлургическим способам восстановления и упрочнения деталей подвижного состава железнодорожного транспорта.

Известен способ изготовления армированных отливок типа шкивов (а.с. N 899263, кл. B 22 D 19/02, Б N 3 1982 г.), который включает размещение концов спиц в литейных формах обода и ступицы, заливку их металлом и последующее охлаждение.

Недостатком способа является то, что его невозможно использовать для упрочнения поверхностей трения при наплавках износостостойких покрытий, из-за разных коэффициентов линейного расширения основного металла и защитного, которые вызывают напряжения и как следствие трещины, а это недопустимо для несущих деталей и узлов транспорта.

За прототип выбран способ восстановления буферной тарели ("Технология вагоностроения и ремонта вагонов" под ред. В.И. Бесценного, Учебник для ВУЗов железнодорожного транспорта, М. "Транспорт", 1976, с. 284), включающий наплавку поверхностей тарелей электродуговым способом с последующей обработкой на токарно-винторезных станках. Однако при электродуговом способе восстановления тарелей, из-за высоких температур плазмы электрической дуги, удельные тепловложения таковы, что происходит выгорание легирующих элементов из наплавочного материала, снижающее его износостойкие свойства, в результате ухудшается качество упрочняемых тарелей.

Кроме того, сварочная проволока, применяемая при электродуговой сварке, не обладает износостойкими качествами, поэтому тарели, восстанавливаемые известным способом, при больших нагрузках не выдерживают нормативных сроков службы.

Цель изобретения состоит в разработке способа индукционной наплавки, позволяющего повысить качество наплавки и повысить срок службы восстановленных деталей железнодорожного транспорта.

Для достижения цели в известном способе индукционной наплавки, преимущественно крупногабаритных изделий, выключающем нанесение на наплавляемую поверхность наплавочной шихты, обработку ее индуктором и чистовую обработку, наплавляемую поверхность армируют вставками, которые заглубляют на половину их толщины в полуцилиндрические канавки, причем последние предварительно размечают по поверхности детали в зависимости от ее конфигурации на участки, равные между собой по площади, и выполняют механическим путем.

При этом в качестве вставок используют проволоку или металлическую крошку, которой заполняют канавки.

На фиг. 1 изображена буферная тарель (вид сверху с размеченными канавками); на фиг. 2 поверхность детали (надрессорная балка) с квадратной разметкой канавок; на фиг. 3 поэтапная технология способа наплавки: а) - проточка канавки; б) размещение в канавки прутка; в) канавка с размещенным в ней прутком и засыпанная слоем наплавочной шихты.

Предложенный способ осуществляется следующим образом.

Поверхность восстанавливаемой или упрочняемой детали, например, надрессорной балки, буферной тарели (фиг.1,2), которые имеют большие поверхности трения, перед наплавкой предварительно армируют. Для этого экспериментально из условия минимального трещинообразования наплавляемую поверхность разбивают на сектора (фиг.1) или участки (фиг.2).

Методом расчета и подбора стремятся к получению площадей (секторов участков) таким образом, чтобы они были равны между собой по площади, т.е. на наплавляемой поверхности S₁≈ S₂ (фиг. 1,2). С помощью шаблона механическим путем посредством фрезерного станка по контуру этих секторов наносят канавки (фиг. 3, а), глубина и ширина которых должны быть в соотношении 1 2. Затем деталь снимают с фрезерного станка и крепят ее на наплавочном манипуляторе. В канавки укладывают прутки из сварочной проволоки Св-08 или Св-10 диаметром 3 мм и закрепляют ее сваркой через 60-100 мм (фиг.3,б).

Далее по технологии на упрочняемую поверхность наносят слой наплавочной шихты толщиной 4-5 мм и подводят деталь под индуктор, включают его на нагрев, осуществляя таким образом наплавку (фиг.3,в).

При наплавках индукционно-металлургическим способом толщина наплавляемого слоя ограничивается толщиной насыпки шихты, которая регламентируется зазором индуктор деталь. В связи с этим возможны различные варианты армирования при наплавке: кроме указанного выше комбинированного армирования возможно внешнее или накладное, когда из прутков создаются выпуклые обратные канавкам ячейки, т. е. пруток прихватывают непосредственно к наплавляемой поверхности. В отдельных случаях армирование может быть внутренним, когда канавки заполняют металлической крошкой (шихтой из мягкого металла).

Пример. Производили наплавку буферной тарели (фиг.1) диаметром 250 мм, изготовленную из литой стали 20ФТЛ на Бежецком сталелитейном заводе.

На предварительно обработанной рабочей изношенной поверхности тарели нарезали с помощью фрезерного станка концентрические канавки диаметром 120, 170, 220 мм, шириной 4 мм, глубиной 2 мм. Затем нарезали восемь равномерно расположенных лучевых канавок, ограниченных окружностью 220 мм, шириной 4 мм и глубиной 2 мм. Восемь дополнительных канавок нанесены со смещением 22,5^o по отношению к лучевым канавкам между канавками диаметрами 170 и 220 мм, шириной 4 мм и глубиной 2 мм. Затем сняли буферную тарель со станка и закрепили на наплавочном манипуляторе. Из сварочной проволоки Св-10 диаметром 3 мм согнули кольца диаметром 120, 170 и 220 мм, заглубили их в соответствующие канавки и закрепили сваркой через 60-100 мм. После этого нарубили сварочную проволоку диаметром 3 мм на прутки длиной 28 и 15 мм и уложили в радиальные канавки с последующей прихваткой их сваркой. Далее на упрочняемую поверхность нанесли слой наплавочной шихты толщиной 4-5 мм. Состав шихты: ПГС-27 39% УСЧ-35 39% флюс П-1,5М 18% Затем тарель подвели под индуктор установки ВЧГ 60/044, включают нагрев и наплавляют последовательно при постоянной скорости вращения тарели всю упрочняемую поверхность при соответствующих режимах: J_A 4-5 а, U_a 8,5-9,0 кВ, индикатор 0,7 А.

После наплавки тарель снимают с манипулятора для остывания и шлакоотделения, а в случае необходимости зачистки неровностей на поверхности их снимают абразивным камнем ручной пневматической машиной.

Предлагаемый способ индукционной наплавки позволяет за счет армирования восстанавливаемой поверхности снизить напряжения в наплавленном металле на больших поверхностях трения крупногабаритных изделий.

При этом технологические канавки делают возможным равномерно распределять и ускорять нагрев с целью быстрого расплавления шихты, используя кромки канавок как края определенной площади сектора или участка. Быстро выделяемое кромками тепло создает дополнительные очаги нагрева и плавления шихты, используя при этом краевой эффект.

На больших площадях восстанавливаемых или упрочняемых деталей это позволяет выравнивать температуру расплавленной ванны и ускорять процесс наплавки защитного слоя с хорошим его вымешиванием.

Вышеуказанные обстоятельства позволяют не только значительно повысить качество наплавленного слоя, но и повысить в 5-10 раз эксплуатационные сроки службы деталей подвижного железнодорожного транспорта.

Использование: изобретение относится к индукионно-металлургическим способам восстановления и упрочнения деталей подвижного состава железнодорожного транспорта. Сущность изобретения: наплавляемую поверхность предварительно размечают на участки, равные по площади. По их границам выполняют механическим путем полуцилиндрические канавки. Закрепляют в канавках армирующие вставки, заглубляя их на половину их толщины. В качестве вставки может быть использована проволока разного сечения или металлическая крошка, которой засыпают канавки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ индукционной наплавки преимущественно крупногабаритных изделий, включающий нанесение на наплавляемую поверхность наплавочной шихты, обработку ее индуктором и чистовую обработку, отличающийся тем, что перед нанесением шихты наплавляемую поверхность армируют вставками, которые укладывают и закрепляют на половину их толщины в полуцилиндрические канавки, выполняя их механическим путем, причем канавки предварительно размещают на поверхности детали в зависимости от ее конфигурации на участки, равные между собой по площади. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вставки используют проволоку. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вставок используют металлическую крошку, которой заполняют канавки.