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

Изобретение относится к технологии восстановления изношенных деталей при ремонте машин, в частности к автоматической электродуговой наплавке, может найти применение в различных отраслях машиностроения и является усовершенствованием известного способа по а.с. N 1609604.

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, дополнительно подогревая их в очаге деформации путем пропускания тока между электродом и роликом.

При этом способе деталь вращают со скоростью, превышающей обычные скорости наплавки примерно в 5 раз, электродную проволоку подают к поверхности детали по касательной под малым углом к ней и возбуждают между ними мощную электрическую дугу. Последнюю располагают на определенном расстоянии от поверхности полосы по средней части, которая нагревает ее и при выбранной схеме подвода проволоки и скорости вращения обеспечивает выброс жидкого металла в клиновое пространство между деталью и полосой. При вращении детали из этого металла под давлением ролика образуется в зоне деформации прослойка, причем было установлено, что в нее переходит лишь 85.87% массы расплавленного металла электродной проволоки.

Недостатками этого способа являются, во-первых, большой расход /до 15%/ расплавленного металла электродной проволоки на разбрызгивание, связанный с открытой формой клинового пространства перед зоной деформации, во-вторых, соединение полосы по ширине получается неравномерной прочности по причине того, что электрическая дуга, располагаясь по средней части плоской поверхности полосы, нагревает ее значительно больше, чем крайние, удаленные от дуги. Дополнительный нагрев прослойки и полосы в зоне деформации пропусканием тока между электродом и роликом, повышая в целом прочность соединения, не обеспечивает равнопрочности этого соединения по ширине полосы.

Предлагаемое решение позволяет увеличить коэффициент использования электродного металла путем значительного снижения его расхода на разбрызгивание благодаря горению дуги в закрытом по краям полосы пространстве, обеспечить равнопрочность соединения полосы по ширине равномерным нагревом ее поверхности и тем самым повысить качество восстановленных поверхностей деталей машин.

Настоящий технический эффект достигается тем, что перед очагом деформации полосу профилируют по дуге окружности радиусом, равным расстоянию от источника нагрева до поверхности полосы.

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 /источник нагрева/. Непосредственно за зоной горения дуги 3 к детали 1 с определенным усилием поджимают роликом 4, расположенным под углом b, полосу 5. Сварочный ток от источника питания 6 разделяют на два независимо регулируемых потока 7 и 8 резисторами 9. Поток 8 пропускают между электродом 2 и гибочным роликом 10 через деталь 1 и полосу 5, а поток 7 между тем же электродом 2 и поджимаемым роликом 4. Деталь 1 вращают с линейной скоростью /скорость приварки/ 54.84 мм/с. При самозатягиваемой подаче полосы 5 гибочные ролики 10 и 11 профилируют ее по дуге окружности радиусом, равным расстоянию от электрической дуги 3 до полосы 5, при этом последняя предварительно подогревается током потока 8. Дуга 3 равномерно нагревает профилированную полосу 5, т.к. все точки ее нагрева равноудалены от дуги 3, и образует на поверхности детали 1 сварочную ванну 12, металл которой затекает в образованную между поверхностями детали 1 и полосы 5 форму. Кромки профилированной полосы 5, вплотную прилегая к поверхности детали 1 перед очагом деформации 13, препятствуют разбрызгиванию расплавленного металла и тем самым способствуют повышению коэффициента использования электродного металла. Под давлением вращающегося за счет трения ролика 4 полоса 5 распрямляется, при этом металл, захватываемый в очаг деформации 13, получает кроме продольного течения и поперечное, чем способствует интенсивности поперечной деформации полосы 5, благодаря чему усиливается процесс разрушения окисной пленки на привариваемой поверхности. Равномерный нагрев точек по дуге окружности на поверхности полосы 5 за счет равноудаленности их от дуги 3 и усиление поперечной деформации при распрямлении ее под действием ролика обеспечивают равнопрочность соединения полосы 5 по ширине. Кроме того, предлагаемый способ благодаря уширению полосы 5 позволяет получать плотно прилегающие друг другу смежные витки на восстанавливаемой поверхности детали. Отметим также, что принятая схема разделения сварочного тока, при которой основной его поток пропускают через очаг деформации 13, способствует еще большему повышению качества соединения полосы 5.

Пример. Приварка полосы металла толщиной 1 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. Ширина привариваемой полосы 12 мм была принята по результатам исследования методом скоростной киносъемки разбрызгивания в процессе приварки полосы расплавленного металла электродной проволоки. В качестве источника питания служил сварочный выпрямитель ВДУ-601У, регулирование токов в цепях электрод поджимной ролик и электрод гибочный ролик осуществляли резисторами. Ток в зону приварки подводили с помощью поджимного ролика электрода из высокоэлектропроводного материала, упрочненного жаропрочной проволокой. Диаметр поджимного ролика 50 мм, ширина 14,5 мм, ролик охлаждали двухпроцентным водным раствором кальцинированной соды. Диаметр гибочных роликов 35 мм, радиус гибочного профиля принимали равным расстоянию от дуги до поверхности полосы.

Режим приварки:
полярность тока обратная
напряжение на дуге, В 26
ток в цепи электрод ролик поджимной, А 220.240
ток в цепи электрод ролик гибочный, А 60.80
углы, град
a 10
b 20
частота вращения образца, мин^-1 19
скорость подачи электродной проволоки, мм/с 92
усилие прижатия ролика, H 800
радиус гибочного профиля ролика, мм 8.12
Суммарный ток в сварочной цепи поддерживали постоянный и равный 300 А.

Для получения сравнительных результатов при исследовании коэффициента разбрызгивания расплавленного металла и равнопрочности соединения по ширине полосы ее приваривали сначала без профилирования /способом по основному а.с. /, затем с профилированием. Опыты проводили с трехкратной повторностью на каждом режиме, изменяя радиус гибочного профиля от 8 до 12 мм через 2 мм и соответственно ему расстояние от дуги до поверхности полосы.

Предлагаемый способ позволил увеличить скорость приварки в 1,2 раза благодаря тому, что плотно прилегающие к поверхности детали кромки профилированной полосы не позволяют металлу вытекать за ее пределы. Уширение полосы после приварки составило 17% /14,04 мм при исходной ширине 12 мм/, удлинение 20%
Изменение размеров полосы в результате ее поперечной и продольной деформаций происходит как при профилировании, так и при приварке, причем, как показали опыты, 7,3% уширения и 5,0% удлинения приходятся на процесс профилирования, а на процесс приварки 9,7% и 15,0% соответственно.

Несмотря на то, что при увеличенной скорости приварки время нахождения металла в очаге деформации под действием усилия ролика несколько сокращается, однако дополнительные деформации, вызванные интенсивностью уширения и удлинения привариваемой полосы, обеспечивают получение качественного соединения.

В результате выброса единичных капель расплавленного металла за пределы полосы разбрызгивание составило 2% против 15% при известном способе приварки.

Профилированную полосу располагают по отношению к предыдущему приваренному витку таким образом, чтобы в процессе распрямления и последующего уширения она плотно прилегала к смежному витку.

Проверка качества приварки полосы методом отслаивания и анализом микрошлифов показала, что предлагаемым способом обеспечивается равнопрочное ее соединение по всей ширине благодаря, во-первых, равномерному нагреву полосы по дуге окружности, что было подтверждено результатами замера температур хромель-копелевыми термопарами, и, во-вторых, усилению поперечной ее деформации.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: обеспечивается равнопрочное соединение полосы по поперечному ее сечению и повышение коэффициента использования металла электродной проволоки. Эти преимущества позволяют заметно повысить качество восстановленной детали при некотором снижении ее себестоимости.

Использование: изобретение относится к технологии восстановления изношенных деталей при ремонте машин и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: к восстанавливаемой поверхности вращающейся детали подают по касательной электродную проволоку. За зоной горения дуги к детали поджимают роликом полосу, которую перед зоной деформации профилируют гибочными роликами по дуге окружности радиусом, равным расстоянию от источника нагрева до поверхности полосы. Сварочный ток разделят на два регулируемых потока, один из которых пропускают для подогрева полосы между электродом и одним из гибочных роликов, другой - между тем же электродом и поджимным роликом. На детали за счет дуги образуется сварочная ванна, металл которой затекает в образованную между деталью и полосой клиновую форму. Кромки полосы препятствуют разбрызгиванию расплавленного электродного металла. Профилирование полосы позволяет получить равнопрочное соединение по ее поперечному сечению, повысить коэффициент использования электродной проволоки. 1 ил.

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, дополнительно подогревая их в очаге деформации путем пропускания тока между электродом и роликом, отличающийся тем, что перед очагом деформации полосу профилируют по дуге окружности радиусом, равным от источника нагрева до поверхности полосы.