СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК B23K9/04 B23P6/02 

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

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин, при котором полосу металла, непрерывно поджимаемую роликом, приваривают к вращающейся детали, для чего источник нагрева помещают между деталью и полосой и образуют на поверхности восстанавливаемой детали сварочную ванну путем расплавления источником нагрева поверхностного слоя детали, полосу нагревают тем же источником, и в процессе поджатия полосу и полученный металл прослойки пластически деформируют (а.с. 1433739, кл. B 23 P 6/02, 1988).

Недостатком этого способа является ограниченная возможность обеспечения качественного соединения полосы с поверхностью детали, что можно объяснить следующим образом.

Соединение металлов прослойки и полосы происходит в результате разрушения окисной пленки на нагретой привариваемой поверхности полосы под действием приложенного усилия ролика, при котором сближение атомов и активация поверхностей твердых тел достигается так же, как при сварке металлов в твердой фазе, т. е. за счет их пластической деформации. Приварка осуществляется при больших скоростях, поэтому продолжительность действия силовой нагрузки ролика в зоне деформации незначительна, что вызывает вытяжку (удлинение) полосы на 7.12% и не обеспечивает качественного ее соединения с основой. Увеличение вытяжки полосы за счет повышения усилия ролика с целью интенсификации процесса разрушения окисной пленки и тем самым повышения прочности соединения при надлежащем качестве восстановленной поверхности детали невозможно вследствие чрезмерного вытеснения металла прослойки за кромки полосы.

Новизной предлагаемого изобретения является создание в зоне приварки дополнительной пластической деформации в виде сдвига соединяемых металлов путем торможения ролика.

Предлагаемое решение позволяет получить качественное соединение металлов путем усиления процесса разрушения окисной пленки на поверхности полосы и тем самым повысить качество восстановленных поверхностей деталей машин.

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

К восстанавливаемой поверхности вращающейся детали 1 автоматически по касательной под малым углом α к ней подают электродную проволоку 2, между которыми горит электрическая дуга 3. Непосредственно за зоной горения дуги 3 к детали 1 с определенным усилием поджимают роликом 4, расположенным под углом b полосу 5. Деталь 1 вращают с линейной скоростью (скорость приварки) 45.70 мм/с. Дуга 3, горящая между электродной проволокой 2 и деталью 1, образует на поверхности детали 1 сварочную ванну и обеспечивает направленный выброс капель 6 жидкого металла в зону 7 поверхности полосы 5, которые, налипая, покрывают ее сплошным слоем. В результате этого, а также теплового воздействия дуги 3, горящей на расстоянии от поверхности полосы 5, определяемом углом g последняя в зоне 7 нагревается. При вращении детали 1 образовавшийся на поверхности полосы 5 слой металла контактирует с расплавленной поверхностью детали 1 и под действием усилия ролика 4 образуется зона приварки 8. Вращающийся за счет трения о поверхность самозатягиваемой полосы 5 ролик 4 затормаживается колодкой 9 с фрикционной накладкой 10.

Усилие торможения изменяется пружиной 11, находящейся в жестко соединенном с втулкой 12 на оси 13 ролика 4 стакане 14. Один конец пружины 11 опирается о регулировочный винт 15, а другой о колодку 9. Такая конструктивная связь стакана 14 позволяет регулировать торможение без изменения давления ролика 4 на полосу 5. При торможении ролик 4 перекатывается по полосе 5 с проскальзыванием в зоне приварки 8, вследствие чего его линейная скорость вращения становится меньше скорости подачи полосы 5. В результате этого происходит наряду с прокаткой полосы 5 ее частичная протяжка, в процессе которой соединяемые в зоне приварки 8 металлы получают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига. При этом полоса 5 в зоне приварки 8 подвергается дополнительной вытяжке (удлинению), при которой за счет продольного течения ее металла под действием касательных напряжений площадь поверхности полосы 5 в этой зоне увеличивается еще больше, а площадь поверхности окисной пленки вследствие ее хрупкости остается неизменной, благодаря чему усиливается процесс разрушения этой пленки. При совместной пластической деформации металлов полосы 5 и прослойки 16 ускоряется образование физического контакта, активация контактных поверхностей и образование межатомных связей, т. е. создаются благоприятные условия для получения прочного соединения металлов в твердой фазе.

Таким образом, торможение ролика позволяет создать дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига соединяемых металлов в зоне приварки и тем самым повысить качество соединения привариваемой полосы с прослойкой.

Пример. Приварка полосы металла толщиной 1 мм и шириной 10 мм на образцы из стали 45 диаметром 55 мм производилась электродной проволокой Св-15ГСТЮЦА (ГОСТ 2246-70) диаметром 1,6 мм с помощью специального устройства, смонтированного на базе токарного станка. В качестве источника питания служил сварочный выпрямитель ВДГ-60IV. Диаметр прижимного ролика 50 мм, ширина 10 мм. Торможение ролика создавали с помощью колодки с фрикционной накладкой, а усилие торможения пружиной, регулируемой винтом. За управляемый параметр режима приварки была принята степень торможения, оцениваемая коэффициентом проскальзывания ролика и определяемая отношением линейных скоростей вращения детали и ролика.

Режим приварки:
Полярность тока обратная
Напряжение на дуге, В 26
Ток, А 300
Углы, град: a 10
b 20
g 20
Усилие прижатия ролика, H 800
Коэффициент проскальзывания 1,01.1,11
Частота вращения детали, мин^-1 16
Скорость подачи электродной проволоки, мм/с 88
Для получения сравнительных результатов при исследовании прочности соединения полосы с основой все перечисленные выше параметры режима процесса приварки, кроме коэффициента проскальзывания ролика, который изменяли в пределах от 1,01 до 1,11 через 0,02, оставляли постоянными. Полосу приваривали также без торможения ролика. Количество образцов с учетом трехкратной повторности опытов на каждом режиме составило 21, в том числе 3 образца без торможения ролика. Одновременно определяли линейные скорости вращения детали и ролика, скорость подачи полосы и ее удлинение. С увеличением торможения ролика течение металла полосы в зоне приварки усиливалось в противоположном подаче направлении и, как следствие, скорость ее самозатягивания снижалась. Качество соединения полосы с основой устанавливали металлографическим анализом шлифов и методом отслаивания.

Эксперименты подтвердили устойчивое повышение качества соединения при ведении процесса приварки полосы с торможением ролика. Наилучшее соединение наблюдалось при коэффициенте проскальзывания 1,07, что соответствовало частоте вращения ролика 16,45 мин^-1, при котором удлинение полосы составило 19,5% тогда как при приварке полосы без торможения ролика оно равнялось 11% и качество соединения было заметно низкое.

Способ обеспечивает высокое качество соединения при приварке полос малых толщин.

Использование: изобретение относится к восстановлению деталей машин наплавкой и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: способ осуществляют следующим образом. К восстанавливаемой поверхности вращающейся детали автоматически по касательной под малым углом подают электродную проволоку. За зоной горения дуги к детали с определенным усилием прижимают роликом полосу. Сварочная ванна образуется за счет плавления только поверхности детали. Металл сварочной ванны под действием дуги выбрасывается на поверхность полосы и покрывает ее перед зоной приварки сплошным слоем. Вращающийся за счет трения о поверхность самозатягиваемой полосы ролик затормаживается, в результате чего происходит наряду с прокаткой частичная протяжка полосы, в процессе которой соединяемые в зоне приварки металлы получают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига. Благодаря этому усиливается процесс разрушения окисной пленки на поверхности полосы. При совместной пластической деформации в зоне приварки полосы и прослойки из металла сварочной ванны достигается повышение качества соединения. 1 ил.

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин, при котором полосу металла, непрерывно поджимаемую роликом, приваривают к вращающейся детали, при этом источник нагрева помещают между деталью и полосой и образуют на поверхности восстанавливаемой детали сварочную ванну путем расплавления источником нагрева поверхностного слоя детали, полосу нагревают тем же источником, в процессе поджатия полосу и полученный металл прослойки пластически деформируют, отличающийся тем, что в зоне приварки создают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига соединяемых металлов путем торможения ролика.