СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДОННОГО БАРАБАНА Российский патент 1998 года по МПК B23K9/04 B23P6/02 

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для восстановления электродуговой наплавкой донного барабана ванны горячего алюмоцинкования стальных полос.

Донный (погружной) барабан эксплуатируется в алюмоцинковом расплаве, заполняющем ванну агрегата непрерывного горячего алюмоцинкования, и служит для поддержания необходимой глубины погружения покрываемой стальной полосы в расплав и направления ее движения. Для быстрого прогрева донного барабана в расплаве он выполнен тонкостенным: отношение толщины стенки бочки к ее радиусу составляет 0,075, а длина бочки барабана 1800 мм.

С целью повышения стойкости донного барабана против коррозии в агрессивном алюмоцинковом расплаве его изготавливают из высоколегированной хромоникелевой стали марки 03Х17Н14М3. Помимо коррозионного разрушения, поверхность бочки донного барабана подтверждена фрикционному износу от взаимодействия с транспортируемой полосой.

После 5 - 6 сут работы в алюмоцинковом расплаве донный барабан становится непригодным к дальнейшей эксплуатации из-за разрушения поверхности бочки, и его приходится заменять.

Так как донный барабан выполнен из специальной высоколегированной трудносвариваемой стали и представляет из себя тонкостенную крупногабаритную конструкцию, то при его восстановлении электродуговой наплавкой образуются трещины в металле, бочка барабана теряет правильную цилиндрическую форму из-за сварочных напряжений и деформаций. В этих случаях донный барабан быстро выходит из строя и не пригоден к дальнейшей эксплуатации.

Известен способ восстановления деталей в виде тел вращения (прокатных валков, роликов, барабанов), включающий удаление поврежденного поверхностного слоя, подогрев детали, последующую электродуговую наплавку по винтовой линии [1].

Недостаток этого способа состоит в том, что при восстановлении донного барабана из высоколегированной стали происходит образование трещин в металле, бочка барабана из-за сварочных деформаций теряет правильную форму.

Известен также способ подготовки и ремонта гладких валков наплавкой, включающий подготовку бочки, разогрев валка и наплавку бочки электродной проволокой по винтовой линии, причем края валка наплавляют мягким металлом, с плавным переходом к средней части на более твердый и износостойкий металл [2].

Такой способ не пригоден для восстановления донного барабана так как при наплавке тонкостенной бочки из высоколегированной хромоникелевой стали вследствие сварочных напряжений происходит образование трещин и искажение формы цилиндра.

Известен способ восстановления изношенных деталей в форме тел вращения, включающий удаление переточкой поврежденного поверхностного слоя бочки и последующую ее электродуговую наплавку по винтовой линии [3].

Данному способу присущи следующие недостатки. Донный барабан выполнен из высоколегированной специальной стали и представляет собой тонкостенную конструкцию. Наплавка по известному способу приводит к образованию сварочных трещин, особенно на краях бочки, и к нарушению формы барабана: поперечное сечение его становится вытянутой (эллиптической) формы, а диаметр в средней части меньше, чем по краям. Это приводит к снижению стойкости донного барабана и невозможности его эксплуатации из-за сварочных деформаций.

Задача изобретения состоит в повышении стойкости донного барабана и уменьшении сварочных деформаций и напряжений.

Указанная задача решена следующим образом. Способ восстановления донного барабана ванны горячего алюмоцинкования стальных полос заключается в том, что удаляют переточкой поврежденный поверхностный слой бочки, после переточки на каждый из краев бочки наплавляют кольцевой бурт шириной 0,01 - 0,03 от ее длины, а затем осуществляют наплавку по винтовой линии от середины бочки. По одному из вариантов наплавку осуществляют в противоположных направлениях.

Сущность изобретения состоит в следующем. Хромоникелевая сталь, из которой изготовлена бочка донного барабана, характеризуется чувствительностью к локальному перегреву, склонна к возникновению и развитию горячих трещин, образованию сварочных деформаций детали. Наиболее опасными участками бочки являются ее края, где условия образования и развития горячих трещин наиболее благоприятны. Поэтому первоначальная наплавка на каждый из краев, имеющих низкую температуру кольцевых буртов регламентированной ширины, позволяет избежать образования горячих трещин. Так как кольцевые бурты на противоположных краях бочки максимально возможно удалены друг от друга, их взаимное термическое влияние при наплавке отсутствует. Наплавленные кольцевые бурты по краям бочки при охлаждении сжимают детали барабана, делая его более жестким и устойчивым к действию сварочных напряжений при последующей наплавке по винтовой линии.

Наплавка по винтовой линии от середины бочки к ее краю наиболее благоприятна с точки зрения равномерности распространения тепловых потоков в тонкостенной бочке и исключения локальных перегревов. В процессе такой наплавки края бочки с кольцевыми буртами, имевшими высокую, температуру, продолжают остывать, и к моменту приближения к ним сварочной дуги их температура позволяет исключить образование трещин из-за перегрева. По мере удаления сварочной дуги от середины бочки температура середины бочки также снижается. Поэтому последующая наплавка по винтовой линии второй половины бочки также происходит без локальных перегревов, трещинообразования и искажения правильной цилиндрической формы.

Наиболее благоприятная схема напряженного состояния бочки достигается в случае, когда наплавку от середины бочки к ее краям осуществляют по винтовым линиям противоположного направления, при этом скручивающие напряжения в разных половинах бочки противонаправлены, компенсируют друг друга и не приводят к искажениям правильной цилиндрической формы тонкостенного барабана.

Экспериментально установлено, что при ширине кольцевого бурта менее 0,01 от длины бочки (в нашем случае менее 18 мм) повышение жесткости недостаточно, барабан неустойчив к действию сварочных напряжений, которые нарушат правильность его геометрической формы. При ширине кольцевого бурта более 0,03 от длины бочки (т.е. более 54 мм) имеет место локальный перегрев краев бочки и образование трещин в металле.

Пример. Донный барабан из стали марки 03Х17Н14М3 с диаметром бочки 574 мм, длиной бочки 1800 мм и толщиной стенки 42 мм, отработавший 6 сут в агрегате горячего алюмоцинкования стальных полос, устанавливают на токарный станок и с помощью резца перетачивают на диаметр 570 мм до удаления поверхностных дефектов.

После переточки донный барабан устанавливают на наплавочный станок КЖ 907. На один из краев бочки (например, левый) осуществляют электродуговую наплавку кольцевого бурта шириной 36 мм, что составляет 0,02 от длины бочки. Наплавку осуществляют под слоем флюса АН-26П электродной лентой ЛС-04Х18Н14Г3М2 сечением 1 • 36 мм. Сила тока при наплавке 425 А, напряжение 33 В, скорость подачи ленты 8 м/ч. После наплавки бурта на левый край бочки осуществляют наплавку бурта на правый ее край, при этом левый бурт охлаждают воздушной струей.

После наплавки обоих буртов наплавочную головку устанавливают точно посередине бочки и начинают ее электродуговую наплавку по винтовой линии правого направления от середины бочки и левому ее краю. Наплавку центральной части бочки осуществляют по тем же режимам, что и кольцевых буртов по ее краям. Во время наплавки этой части бочки правый край валка охлаждают струей воздуха. После завершения наплавки левой половины бочки наплавочную головку снова устанавливают посередине бочки и производят электродуговую наплавку по винтовой линии правого направления от середины бочки к правому ее краю с одновременным охлаждением воздушной струей левой, ранее наплавленной стороны.

За счет этого исключается локальный перегрев бочки, образование горячих трещин, уменьшаются сварочные деформации и напряжения, повышается стойкость донного барабана.

После завершения наплавки донный барабан подвергают переточке на номинальный диаметр и вновь устанавливают в агрегат непрерывного алюмоцинкования стальных полос. Стойкость наплавленного донного барабана в алюмоцинковом расплаве составляет 7 сут.

Возможен вариант реализации способа, когда наплавку правой стороны донного барабана ведут по винтовой линии левого направления. В этом случае внутренние напряжения скручивания на правой и левой половинах бочки противонаправлены и уравновешивают друг друга, а бочка сохраняет правильную цилиндрическую форму, стойкость погружного барабана возрастает.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что наплавка после переточки на каждый из краев бочки кольцевого бурта шириной 0,01 - 0,03 от ее длины и последующая наплавка по винтовой линии от середины бочки к ее краям позволяет исключить локальный перегрев бочки, ее трещинообразование и искажения правильной геометрической формы. Наплавка от середины бочки к ее краям, осуществленная по винтовым линиям противоположного направления, позволяет взаимно компенсировать сварочные напряжения и исключить искажения формы бочки донного барабана.

Применение предложенного способа обеспечит повышение рентабельности технологии горячего алюмоцинкования стальных полос на 7%.

Литературные источники, использованные при составлении описания изобретения:
1. Думов С.И. Технология электрической сварки плавлением. - Л.: Машиностроение, 1987, с. 361 - 362.

2. Авторское свидетельство ЧССР N 195109, кл. B 23 K 25/00, 1982.

3. Цеков В.И. Восстановление деталей металлургического оборудования. - М.: Металлургия, 1977, с. 33 - 34.

Способ может быть использован для восстановления электродуговой наплавкой донного барабана ванны горячего алюмоцинкования стальных полос. Удаляют переточкой поврежденный поверхностный слой бочки. На каждый из краев бочки наплавляют кольцевой бурт шириной 0,01-0,03 от ее длины. Осуществляют электродуговую наплавку по винтовой линии от середины бочки к ее краям. Наплавка может быть выполнена в противоположном направлении . Позволяет повысить стойкость барабана и уменьшить сварочные деформации. 1 з.п. ф-лы,

1. Способ восстановления донного барабана ванны горячего алюмоцинкования стальных полос, заключающийся в том, что удаляют переточкой поверхностный слой бочки барабана, на каждый из краев бочки наплавляют кольцевой бурт шириной 0,01 - 0,03 от ее длины и производят электродуговую наплавку по винтовой линии от середины бочки к ее краям. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку осуществляют в противоположных направлениях.