СПОСОБ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ ВАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B23K9/04 B23K10/02 

Изобретение относится к способам и оборудованию механизированной плазменной наплавки по винтовой линии валов и других деталей типа тел вращения.

Механизированная плазменная наплавка валов выполняется при постоянной мощности (тока) дуги. Причем мощность (ток) дуги выбираются экспериментально из условия формирования покрытия при начальной температуре изделия, т.е. температуры окружающей среды или температуры предварительного подогрева. По ходу наплавки деталь нагревается. Температура поверхности детали по фронту наплавки (перед плазменной дугой) может быть определена по выражению (Махненко В.И, Кравцов Т.Г. Тепловые процессы при механизированной наплавке деталей типа круговых цилиндров. Киев. Наукова думка, 1976, с. 159; Нефедов Б. Б. Расчет режимов плазменно-порошковой наплавки. ЦНИИТУВИД, М. 1992, с. 30):

где T₀ начальная температура поверхности;
q_n эффективная тепловая мощность дуги;
V линейная скорость наплавки;
R радиус наплавляемого вала;
cρ удельная объемная теплоемкость наплавляемого изделия;
n, N число витков от начала наплавки (выражение (1) описывает процесс в подвижной системе координат, с точкой отсчета в центре плазменной дуги);
функция распространения тепла по радиусу цилиндра;
μ корни функции Бесселя от действительного аргумента первого рода нулевого порядка (m₁= 0;μ₂= 3,83; μ₃= 7,02 и т.д.);
безразмерная продолжительность наплавки n витков (а коэффициент температуропроводности);
отношение шага наплавки H к радиусу вала.

С увеличением количества витков наплавки N из-за повышения температуры изделия ширина наплавочного валика В увеличивается, одновременно растет глубина проплавления, изменяется степень перемешивания материалов покрытия и основы. Это приводит к неоднородности покрытия по составу и физико-химическим свойствам, снижению его потребительских качеств.

Сущность изобретения составляет способ и устройство плазменной наплавки валов, предупреждающие чрезмерный рост температуры в зоне формирования наплавочного валика и ограничивающие увеличение его размеров в процессе нанесения покрытия.

На фиг. 1 представлен расчетный график процесса с регулированием мощности дуги по температуре перед фронтом наплавки; на фиг. 2 циклы наплавок: а) при постоянной мощности дуги (сила тока I=const) и б) с регулированием мощности (силы тока) управляющим пирометром.

на фиг. 3 схема устройства изотермической плазменной наплавки где 1-источник питания 2 упpавляющий блок, 4-плазмотрон с приспособлением для подачи наплавочного материала, 6-пирометр.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Для поддержания постоянной температуры поверхности перед плазменной дугой тепловая мощность дуги при наплавке очередного валика, следующего за ранее наплавленными (в подвижной системе координат это наплавочный валик принимается первым), должна составлять:

где T_ст выбранный уровень температуры поверхности;
q мощность дуги при наплавке n-го наплавочного валика.

Управление процессом (регулирование мощности дуги) начинается при нагреве поверхности изделия до температуры T_ст (на фиг. 1 начало регулирования после 6-го витка наплавки).

Уровень нагрева поверхности T_ст при заданных значениях толщины наплавки δ ширине наплавочного валика В, шаге наплавки Н и линейной скорости V определяется по температуре теплового насыщения T_ст=T_т.н, рассчитываемой по выражению (1) при N → ∞

Устройство, реализующее принцип изотермической плазменной наплавки (фиг. 2), представляет установку механизированной плазменной наплавки, оснащенную приводом (3) вращения изделия (5) и продольного перемещения плазмотрона с устройством подачи присадочного материала, и отличающееся наличием дистанционного измерителя температуры и связанного с ним управляющего устройства.

Наплавка начинается при начальном значении тока дуги I_нач, которое выбирается по начальной температуре детали. По достижении температуры стабилизации T_ст.=T_т.н. управляющее устройство сбрасывает ток дуги до I_ном, величина которого рассчитывается по температуре теплового насыщения T_т.н..

Если в процессе наплавки температура падает ниже T_т.н., управляющее устройство увеличивает ток на ΔI 10-20% I_ном.

При следующем повышении температуры до T_т.н. добавка тока ΔI снимается и т. д. Цикл наплавки с регулированием тока по показаниям пирометра показан на фиг. 3. Устройство обеспечивает управление процессом приближенно воспроизводящее график регулирования, показанный на фиг. 1. Для сравнения на фиг. 3 показаны параметры процесса наплавки при постоянной мощности (токе) дуги.

Использование: механизированная плазменная наплавка валов и других тел вращения, в частности, небольшого диаметра. Сущность изобретения: до начала наплавки определяют температуру предельного теплового насыщения детали. Наплавку производят по винтовой линии. В процессе наплавки изменяют мощность дуги для обеспечения постоянных температурных условий формирования наплавочного валика при стабильных температурных условий на заданном уровне предельного теплового насыщения. Позволяет предупредить чрезмерный рост температуры в зоне формирования наплавочного валика и ограничить увеличение его размера в процессе нанесения покрытия. 3 ил.

Способ изотермической плазменной наплавки валов и других деталей типа тел вращения, при котором наплавку производят по винтовой линии, отличающийся тем, что предварительно определяют температуру предельного теплового насыщения детали, а в процессе наплавки изменяют мощность дуги для обеспечения формирования покрытия при стабильных температурных условиях на заданном уровне предельного теплового насыщения.