СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПЛАВКОЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ КАТАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B23K9/04 B22D19/10 

Изобретение относится к области восстановления поверхностей катания, в том числе гребней, колесных пар локомотивов, электропоездов, грузовых и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, вагонов метрополитена и других из низколегированной стали с высоким содержанием углерода (не менее 0,55), катящихся по рельсовому пути.

Известны способы дуговой сварки мартенситных сталей а. с. 1704982, 2022738, при котором сварку осуществляют аустенитным электродом, и присадочную проволоку подают на расстоянии от электрода, равном не менее 0,25 длины сварочной ванны, а металл присадочной проволоки выбирают с температурой солидуса не менее температуры солидуса металла электрода и нагревают, присадочную проволоку до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости. Однако известные способы не позволяют регулировать скорость подачи проволоки, восстанавливать поверхности катания колесных пар.

Известен способ восстановления гребней колесных пар грузовых железнодорожных вагонов из стали типа ОГС. Технология включает подготовку поверхности под наплавку, предварительный подогрев колес до температуры не ниже 250^oC, автоматическую наплавку гребней под слоем флюса типа АН-20 низколегированной проволокой типа Ов-08ХМ, Ов-08Г2С и др. с последующим посленаплавочным принудительным замедленным охлаждением колес в течение не менее 6 часов (пат. 50-39614).

Однако известный способ не позволяет повысить технологическую прочность, т.е. сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин соответственно в металле шва и наплавленном соединении.

Предлагаемый способ автоматической наплавки в среде защитных газов аустенитным электродом, образующим наплавочную ванну, с дополнительной горячей присадкой (ДГП), которая вводится в кристаллизирующуюся часть наплавочной ванны на расстоянии B от плавящегося электрода, равном B = (0,3-0,5)L, где L - длина наплавочной ванны, в количестве 0,2 - 0,4 массы основной проволоки, при этом ДГП разогревается до пластического состояния источником энергии, обеспечивающим стабильность подводимой на нагрев присадки мощности, независимо от внешних возмущений, не вносящим дополнительных возмущений в наплавочную ванну и исключающим возникновение дугового разряда между ДГП и наплавочной ванной. Применение аустенитных сварочных материалов и невысоких погонных энергий, характерных для наплавки в защитных газах, позволяет значительно снизить склонность наплавленных соединений к образованию холодных трещин в ОШЗ. Однако аустенитные швы склонны к образованию горячих трещин. Повышение технологической прочности швов достигается как технологическими, так и металлургическими методами, обеспечивающими формирование двухфазной структуры в центре шва и аустенитного подслоя по границе сплавления.

Предлагаемый способ автоматической наплавки в среде защитных газов аустенитной проволокой с ДГП обеспечивает все вышеперечисленные условия. Т.е. основная проволока формирует аустенитный подслой в сварочной ванне, а ДГП формирует двухфазную структуру в центре шва, предотвращая появление горячих трещин.

Кроме того, при наплавке с ДГП благоприятно изменяется термический цикл шва и ОШЗ. Уменьшается степень перегрева сварочной ванны и увеличивается скорость охлаждения в области температур кристаллизации шва, что обеспечивает повышение его сопротивляемости образованию горячих трещин, а также происходит снижение скорости охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита (за счет тепла, вносимого горячей присадкой) по сравнению с процессом наплавки без ДГП, что повышает сопротивляемость образованию холодных трещин в ОШЗ.

Предлагаемый способ автоматической наплавки включает в себя формирование аустенитного подслоя, при этом подаваемая в кристаллизующуюся часть ванны ДГП предотвращает появление горячих трещин в шве. Кроме того, при наплавке с ДГП имеет место благоприятное изменение термических циклов как при кристаллизации шва, так и в ОШЗ. Показано, что при наплавке швами переменного состава с использованием ДГП наблюдается снижение максимальных температур термического цикла наплавки, что способствует повышению сопротивляемости шва образованию горячих трещин, а также происходит снижение скорости охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости аустенита по сравнению с обычной наплавкой без подогрева, что способствует повышению сопротивляемости образованию холодных трещин.

Таким образом, введение ДГП в совокупности с аустенитным электродом приводит к повышению сопротивляемости наплавленного соединения образованию горячих и холодных трещин, одновременно изменяя в благоприятную сторону состав шва и термический цикл в ОШЗ, а следовательно и структуру в этих зонах соединения. Это дает возможность отказаться от операций предварительного подогрева и принудительного замедленного охлаждения колесных пар.

Способ осуществляется следующим образом.

Наплавку осуществляют при подаче основной проволоки аустенитного класса в среде защитного газа (двуокиси углерода) или смеси защитных газов (двуокиси углерода и аргона).

В кристаллизующуюся часть наплавочной ванны подается дополнительная присадка на расстоянии от основной проволоки B = (0,3-0,5)L, где L - длина наплавочной ванны, в количестве 0,2-0,4 от массы основной проволоки. При этом дополнительная присадка нагревается на вылете до температуры, близкой к температуре плавления. Нагрев дополнительной присадки производится для лучшего усвоения присадки в ванне и обеспечения необходимого термического цикла наплавки.

Введение ДГП на расстоянии B = (0,3-0,5)L обусловлено тем, что при B < 0,3 L ДГП попадает в зону активного пятна дуги и материал ДГП перемешивается с аустенитным металлом электрода. Вследствие этого структура металла шва не получается переменного состава, т.е. отсутствует отдельная аустенитная прослойка на дне ванны. При значении B > 0,5L ДГП не успевает усваиваться и нарушается формирование металла шва. Тот же эффект получается при превышении количества ДГП более 0,4 от массы основной проволоки.

Нагрев дополнительной присадки осуществляется от специализированного источника энергии, обеспечивающего постоянство подводимой мощности к присадке и ограничивающего напряжение для гарантированного отсутствия дугового разряда между присадочной проволокой и сварочной ванной, т.к. при возникновении дугового разряда между ванной и ДГП также отсутствует структура переменного состава шва.

Одновременно применение аустенитного наплавленного металла позволяет получить повышение износостойкости колесных пар за счет эффекта поверхностного наклепа аустенитного слоя в процессе эксплуатации.

Предлагаемый способ обеспечивает гарантированный запас технологической прочности при наплавке поверхностей катания, в т.ч. гребней колесных пар из низколегированной высокоуглеродистой стали с содержанием углерода не менее 0,55.

Пример. Наплавка гребней колесной пары РУ-950 производилась на специальном автомате с вращателем, на котором располагалась колесная пара. Автомат снабжен двумя подающими механизмами для подачи основной и присадочной проволок. В качестве источника питания дуги использовался сварочный выпрямитель ВДГ-601, а в качестве источника энергии для нагрева ДГП - специализированный выпрямитель типа ИМС-250. Наплавка колес из стали 60ГС осуществлялась в среде двуокиси углерода аустенитным электродом Св-08Х21Н11ФТ диаметром 2,0 мм с присадочной проволокой диаметром 1,2 мм, которая подавалась на расстоянии между осями электрода и присадочной проволоки, равном 12 мм, а мощность нагрева ДГП составляла 600-700 Вт при токе наплавки 280-300 A, напряжении на дуге 35-37 B, скорости наплавки 24-26 м/ч, расходе основной проволоки 72 г/мин, а ДГП - 20 г/мин, т.е. количество ДГП составляло 0,28 от массы основной проволоки.

Применение изобретения позволит получить наплавленные соединения поверхностей катания колесных пар, стойкие против образования горячих и холодных трещин без применения специальных термообработок колесных пар.

Изобретение относится к сварке и наплавке и может быть применено для восстановления поверхностей катания, в т.ч. гребней колесных пар локомотивов электропоездов, грузовых и пассажирских вагонов железнодорожного транспорта, вагонов метрополитена и других из низколегированной стали с высоким содержанием углерода. Наплавку ведут в среде защитных газов плавящимся электродом аустенитного класса. Дополнительно в наплавочную ванну вводят горячую присадку (ДГП) в кристаллизующуюся ее часть. Расстояние между электродом и ДГП равно (0,3-0,5)L, где L - длина наплавочной ванны. Присадку вводят в количестве 0,2-0,4 массы электрода. Присадку разогревают до пластического состояния источником энергии, обеспечивающим стабильность подводимой на нагрев присадки мощности независимо от внешних возмущений, не вносящим дополнительных возмущений в наплавочную ванну и исключающим возникновение дугового разряда между ДГП и наплавочной ванной. Применение аустенитных сварочных материалов и невысоких погонных энергий, характерных для наплавки в защитных газах, позволяет значительно снизить склонность наплавленных соединений к образованию холодных трещин. 1 ил.

Способ восстановления наплавкой поверхностей катания, при котором осуществляют автоматическую наплавку плавящимся электродом, отличающийся тем, что наплавку выполняют в среде защитных газов плавящимся электродом аустенитного класса с подачей дополнительной разогретой до пластического состояния присадки, которую вводят в кристаллизующуюся часть наплавочной ванны на расстоянии В от плавящегося электрода, равном (0,3 - 0,5)L, где L - длина наплавочной ванны, мм, при этом дополнительную присадку вводят в количестве 20 - 40% от массы плавящегося электрода.