СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК B23P6/00 B22D19/10 

Изобретение относится к восстановлению деталей машин, может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин [1] при котором полосу металла, непрерывно поджимаемую роликом, приваривают к вращающейся детали, для чего между деталью и полосой помещают электрическую дугу с плавящимся электродом, образующим жидкий сварочный слой металла между поверхностями детали и полосы, которые в процессе поджатия пластически деформируют и приваривают. При этом электрическая дуга горит между плавящейся электродной проволокой и деталью с образованием на поверхности последней сварочной ванны и нагревают полосу. В процессе поджатия ролика соединение полосы с поверхностью восстанавливаемой детали осуществляется посредством прослойки, образованной из металла сварочной ванны, при этом прослойка соединяется с поверхностью детали также, как при обычных сварочно-наплавочных способах за счет совместной кристаллизации основного и электронного металлов, а металл полосы соединяется с металлом прослойки в твердой фазе.

Недостатком этого способа является следующее. При этом способе используется одна мощная сварочная дуга прямого действия, который расплавляет как электродный материал, так и локально поверхность детали, образуя на ней узкую, но глубокую сварочную ванну, из которой дутьем электрической дуги выбрасывается на поверхность ленты расплавленный металл. В результате этого на поверхности детали образуется углубление подрез типичный дефект сварного шва. При последующем поджатии роликом через полосу пластически деформируемый металл прослойки лишь частично заполняют это углубление, вследствие чего под прослойкой в теле детали остается незаплавленный продольный полосе участок.

Кроме того, сварочная дуга, располагаясь вдоль полосы, не обеспечивает равномерный нагрев ее по ширине, в результате средняя часть полосы нагревается значительно больше, чем крайние, поэтому соединение полосы по ширине получается неравномерной прочности. К тому же узкая сварочная ванна не позволяет использовать для приварки широкую полосу, чем снижается производительность процесса.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей машин [2] при котором полосу металла непрерывно поджимают к детали роликом, между деталью и полосой размещают два плавящихся электрода, между которыми возбуждают электрическую дугу и располагают ее по ширине полосы, образуют слой расплавленного металла между поверхностями детали и полосы и одновременно нагревают полосу, при этом полосу и расплавленный металл пластически деформируют, приваривая полосу к детали.

По этому способу соединение полосы с поверхностью детали происходит посредством прослойки из расплавленного металла электродов. В процессе совместной пластической деформации полосы, прослойки и поверхностного слоя детали их металлы образуют между собой соединение в твердой фазе, имеющие две границы: границы: первая между полосой и прослойкой, вторая между прослойкой и поверхностью детали. Причем по этим границам соединение металлов получается неодинакового качества: по границе полоса прослойка соединение более качественное, чем по границе прослойка поверхность детали. Получение более качественного соединения по первой границе объясняется тем, что полоса, имеющая малую толщину, нагревается до высокой температуры и подвергается под усилием ролика интенсивной пластической деформации, вследствие чего она удлиняется, при этом происходит разрушение поверхностной окисной пленки на ней и создаются условия для активации и последующего схватывания соединяемых поверхностей.

Причиной низкого качества соединения по второй границе является то, что при быстром вращении массивной детали ее поверхность не доводится до расплавления, нагрев происходит за счет тепла дуги косвенного действия и расплавленного металла электродных проволок, поэтому температура этой поверхности, имеющей окисную пленку, недостаточна для получения под давлением ролика необходимой пластической деформации, при которой обеспечиваются активация и надежное схватывание соединяемых металлов детали и прослойки. Кроме того, при этом способе качество приварки полосы по ширине зависит в основном от длины косвенной электрической дуги, горящей между электродными проволоками. Поскольку длина этой дуги небольшая, то и ширина используемой для приварки полосы мала, что снижает производительность процесса.

Новизной изобретения является дополнительное возбуждение электрической дуги между каждым из электродов и деталью и образование на поверхности детали двух сварочных ванн.

Предлагаемое решение позволяет получить при высокой производительности процесса приварки качественное соединение металлов детали, прослойки и полосы путем создания на поверхности детали широкой расплавленной зоны с малой глубиной ее проплавления и интенсивного нагрева соединяемых поверхностей.

На чертеже изображена схема приварки полосы на поверхность изношенной детали предлагаемым способом.

К привариваемой поверхности вращающейся детали 1 с определенным усилием поджимают роликом 2, расположенным под углом β, полосу 3. В клиновой зазор между поверхностями детали 1 и полосы 3 направляют под углом v друг к другу две плавящиеся электродные проволоки 4 и 5. К этим электродным проволокам 4 и 5 и к детали 1 подводится ток от трех фаз источника питания 6. В результате возникают три одновременно горящие сварочные дуги: между электродными проволоками 4 и 5 горит дуга 7, между каждым из электродов 4 и 5 и поверхностью детали 1 горят дуги 8 и 9 соответственно. Дуга 7 по отношению к восстанавливаемой поверхности детали 1 независима и горит отдельно, ее факел располагают по ширине полосы 3. Деталь 1 вращают с линейной скоростью (скорость приварки) 50.80 мм/с. Дуги 7 9 расплавляют элетродные проволоки 4 и 5 и поверхность детали 1, причем дуги 8 и 9 образуют на поверхности детали 1 две сварочные ванны, жидкий металл которых покрывают поверхность полосы 3 сплошным слоем. В результате этого, а также теплового воздействия дуг 7 9, горящих на определенном расстоянии от поверхности полосы 3, последняя нагревается до пластического состояния, но не доводится до плавления. При быстром вращении детали 1 образовавшийся на поверхности самозатягиваемой полосы 3 слой металла контактирует с расплавленной поверхностью детали 1, под давлением ролика 2 деформируется на ширину полосы 3 и сплавляется с ней. Образованная между деталью 1 и полосой 3 прослойка 10, благодаря давлению ролика 2, обеспечивает прочное их соединение. Образованию качественного соединения прослойки 10 и полосы 3 способствует более высокая температура нагрева полосы 3 всеми тремя дугами 7 9, а также перегретыми каплями металла электродных проволок 4 и 5.

Таким образом в предлагаемом способе обеспечиваются все необходимые условия для получения качественного соединения полосы 3 с деталью 1.

Пример. На базе токарного станка собрана установка для восстановления изношенных поверхностей деталей машин. В качестве подающего механизма была использована переоборудованная наплавочная головка установки УД-209 на одновременную подачу двух электродных проволок.

Произведены испытания по приварке полосы металла толщиной 1,0 мм и шириной 16 мм электродной проволокой Св-15ГСТОЦА диаметром 1,6 мм на образцах из стали 45 диаметром 55 мм. Диаметр ролика, прижимающего полосу металла к образцу 50 мм, ширина 20 мм. Приварку осуществляют на следующем режиме:
Рабочее напряжение, В 30
Результирующий ток, А 210
Углы, град:
b 20
v 55
Расстояние от точки пересечения электродов, мм:
до детали 4
до ленты 5
Длина вылета электродов, мм 14
Усилие прижатия ролика, H 800
Частота вращения детали, мин^-1 20
Скорость подачи проволоки, м/ч 380
В качестве источника питания использовали в одном случае трансформатор ТТС-400, в другом два однофазных трансформатора СТЭ-34 с дросселями насыщения ДН-500, включенных в трехфазную сеть. Изменив схему подключения этих трансформаторов к сети и тем самым обеспечив различный фазовый сдвиг между токами, был получен различный характер электродинамического взаимодействия дуг. При совпадении по фазе токов в дугах 8 и 9 последние максимально сближались друг с другом, в результате чего на поверхности детали образовалась одна общая сварочная ванна. При нахождении токов в противофазе (угол сдвига фаз между токами равен 180^oC) дуги 8 и 9 отталкивались друг от друга и на поверхности детали 1 образовались две сварочные ванны, между которыми оставался нерасплавленный участок. При угле сдвига фаз между токами, равном 60^oC, дуги 8 и 9 стягивались между собой с меньшей силой взаимодействия, чем при совпадении токов по фазе. В этом случае напряжение между электродами 4 и 5 при холостом ходе превышает напряжение электрод деталь примерно в 1,7 раза, что дало возможность при сохранении стабильности горения дуги 7 раздвинуть дуги 8 и 9 и тем самым, увеличив расстояние между сварочными ваннами, расширить зону расплавленного участка на поверхности детали. Это позволило увеличить ширину привариваемой полосы до 16 мм. Анализ размеров сварочных ванн с помощью макрошлифов и проверка качества соединения полосы методом отслаивания показал, что ведение процесса приварки тремя дугами дает возможность широко регулировать глубину проплавления металла детали и количества тепла, выделяющегося на них, и получить качественное соединение полосы с деталью.

Микроструктурный анализ по границам соединения образец прослойка - полоса показал, что соединение металлов образца и прослойки осуществлено, как при обычных сварочно-наплавочных способах, за счет совместной их кристаллизации, а по границе прослойка полоса соединение получено в твердой фазе.

Описанный способ имеет следующие преимущества: повышает прочность соединения полосы с деталью, благодаря широкослойному расплавлению поверхности детали трехфазной дугой, позволяет увеличить производительность процесса приварки за счет использования широкой полосы.

Использование: восстановление изношенных поверхностей деталей машин. Сущность изобретения: к привариваемой поверхности вращающейся детали поднимают с определенным усилием ролика полосу металла. В клиновой зазор между поверхностями детали и полосы направляют под углом одна к другой две плавящиеся электродные проволоки, между которыми и между каждой из них и поверхностью детали возбуждают электрические дуги. Факел дуги между электродными проволоками располагают по ширине полосы. Между поверхностями детали и полосы образуют слой расплавленного металла. Дуги между электродом и поверхностью детали образуют на последней две сварочные ванны. За счет пластического деформирования полосы, прослойки, полученной из расплавленного металла сварочных ванн, и поверхности детали обеспечивается надежное соединение. 1 ил.

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин, при котором полосу металла непрерывно поджимают к детали роликом, между деталью и полосой размещают два плавящихся электрода, между которыми возбуждают электрическую дугу и располагают ее по ширине полосы, образуют слой расплавленного металла между поверхностями детали и полосы и одновременно нагревают полосу, при этом полосу и расплавленный металл пластически деформируют, приваривая полосу к детали, отличающийся тем, что между каждым электродом и деталью дополнительно возбуждают электрическую дугу и образуют на поверхности детали две сварочные ванны.