СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКОЙ Российский патент 2009 года по МПК B23K25/00 B23P6/00 B22D19/10 

Изобретение относится к восстановлению деталей с большим износом электрошлаковым способом, например бил молотковых мельниц, зубьев ковшей экскаваторов и др.

Известен способ восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, включающей выполнение в кокиле пазов со стороны рабочей поверхности детали, изготовлением и установки в них легирующих пластин в виде вставок с температурой плавления выше температуры шлаковой ванны, сборку кокиля и детали и расплавление расходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны (патент №2139175, кл. В23К 25/00, С22В 9/103, опубл. 10.10.98. Бюл. №28).

Недостатком способа является неконтролируемое расходование легирующих элементов из легирующей пластины при постепенном ее выгорании, в связи с этим непредсказуемый состав наплавляемого металла. Кроме этого, при выгорании легирующей пластины на восстанавливаемой детали образуются выступы, что ведет к изменению общей массы детали, что недопустимо, например, для бил молотковых мельниц, где разброс массы строго ограничен из-за возникновения дисбаланса мельницы. Недостатком способа является также трудоемкость изготовления пластин с температурой плавления выше температуры шлаковой ванны, а также необходимость выполнения в кокиле пазов и подгонки к ним пластин.

В качестве ближайшего аналога выбран способ упрочнения породоразрушающего инструмента при его изготовлении или восстановлении, включающий закрепление детали и кокиля, расплавление расходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с последующим расплавлением поверхностного слоя на глубину упрочнения неплавящимся электродом с одновременным легированием посредством легирующей пластины, полученной путем прессования порошкообразной шихты (RU 2167750 С2, 27.05.2001).

Недостатком способа является его высокая трудоемкость, энергоемкость и качество наплавки. Прессование легирующей пластины без связующего не обеспечивает ее достаточной прочности даже при значительных усилиях прессования, особенно если в состав порошковой шихты входит графит. Кроме этого, легирующая пластина подается сверху в шлаковую ванну, что малоэффективно и ничем не отличается от подачи легирующих элементов с помощью дозатора. Это лишь повышает трудоемкость процесса наплавки и требует применения специального привода для подачи пластины в шлаковую ванну по мере ее выгорания. Низкая эффективность таких способов легирования связана с тем, что легирующие элементы, попадая на поверхность высокотемпературной шлаковой ванны, интенсивно окисляются и выгорают, затем легируют флюс, а уже через него металлическую ванну. Поэтому коэффициент усвоения наплавленным слоем легирующих элементов довольно низкий и точно рассчитать процентный состав наплавленного слоя довольно проблематично.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение качества наплавляемого металла и производительности процесса наплавки, снижение себестоимости и энергоемкости восстановления за счет предсказуемого, поддающегося расчету легирования наплавленной поверхности детали, снижения трудоемкости изготовления и повышение прочности легирующих пластин.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, включающем закрепление детали и кокиля, расплавление расходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с использованием, по крайней мере, одной легирующей пластины с температурой плавления ниже температуры шлаковой ванны, в отличие от прототипа легирующую пластину с заданным содержанием легирующих элементов устанавливают вдоль стенки кокиля со стороны рабочей поверхности восстанавливаемой детали с обеспечением перехода в процессе наплавки легирующих элементов в состав наплавленного слоя, при этом легирующую пластину предварительно изготавливают путем сухого смешивания компонентов порошкообразной шихты в требуемом количестве, введения связующего с получением вязкотекучей массы, последующего ее прессования и сушки.

Установка легирующей пластины с заданным содержанием легирующих элементов вдоль стенки кокиля со стороны рабочей поверхности восстанавливаемой детали обеспечивает переход практически всех легирующих элементов, содержащихся в ней, в состав наплавленного слоя, т.к. в процессе наплавки шлаковая и металлическая ванны поднимаются одновременно, при этом первая расплавляет легирующую пластину, а вторая насыщается из нее легирующими элементами. Это позволяет точно рассчитывать и дозировать химический состав наплавки легирующими элементами. Применение операции сухого смешивания компонентов порошковой шихты с последующим введением связующего и получением вязкотекучей массы, которую затем прессуют и сушат, значительно повышает прочность и упрощает технологию изготовления легирующих пластин.

Пример выполнения способа.

Проводят восстановление бил молотковых мельниц электрошлаковой наплавкой (ЭШН) с использованием легирующей пластины. Предварительно изношенные била отрезают на вертикальном ленточно-пильном станке для получения ровной торцевой поверхности, одинаковой массы и размеров. Для изготовления легирующих пластин используют порошки ферросплавов и графита. Исходя из известной массы (4,5 кг) и требуемого химического состава наплавки (установлен экспериментально в процессе лабораторных исследований) рассчитывают и отвешивают требуемое количество вышеназванных легирующих компонентов, осуществляют их сухое смешивание, а затем вводят связующее. Полученную вязкотекучую массу прессуют в специальной пресс-форме и сушат в печи при температуре 300°С в течение часа.

Изношенное било закрепляют в специальной установке для ЭШН вертикально, а сверху устанавливают медный водоохлаждаемый кокиль. Вдоль стенки кокиля со стороны рабочей поверхности била устанавливают легирующую пластину, затем вводят расходуемый электрод (стальная полоса 110х20 мм из обычной малоуглеродистой стали), засыпают флюс и осуществляют процесс ЭШН. Режимы наплавки: ток - 1200 А, напряжение - 40 В, время наплавки 9 минут.

Химический анализ восстановленных бил показал, что он соответствует расчетному.

Производственные испытания восстановленных бил, наплавленных предлагаемым способом, показали, что их износостойкость в 2- 2,5 раза выше по сравнению с новыми билами. При этом трудоемкость и энергоемкость в 2 раза ниже, а производительность и коэффициент усвоения наплавленным металлом легирующих элементов из легирующей пластины в 2 раза выше по сравнению с известным способом.

Таким образом, предлагаемый способ восстановления деталей ЭШН по сравнению с известным обеспечивает все преимущества по качеству наплавки, производительности, трудоемкости и энергоемкости, поставленные технической задачей на заявленное техническое решение.

Изобретение может быть использовано при восстановлении деталей с большим износом, например бил молотковых мельниц, зубьев ковшей экскаваторов и др. После закрепления детали и кокиля устанавливают со стороны рабочей поверхности детали вдоль стенки кокиля, по крайней мере, одну легирующую пластину с заданным содержанием легирующих элементов и температурой плавления меньше, чем температура шлаковой ванны с обеспечением полного перехода в процессе наплавки легирующих элементов в состав наплавленного слоя. Легирующую пластину предварительно изготавливают путем сухого смешивания компонентов порошкообразной шихты в требуемом количестве, введения связующего с получением вязкотекучей массы, последующего прессования и сушки. Легирование осуществляют одновременно с наплавкой. Способ обеспечивает повышение качества наплавляемого металла и снижение себестоимости восстановления за счет предварительного расчета необходимого химического состава наплавленного металла и осуществления его дозированного легирования, а также снижение трудоемкости изготовления легирующих пластин и получения гарантированной одинаковой общей массы восстановленной детали.

Способ восстановления деталей электрошлаковой наплавкой, включающий закрепление детали и кокиля, расплавление расходуемого электрода в расплаве шлаковой ванны с использованием, по крайней мере, одной легирующей пластины с температурой плавления ниже температуры шлаковой ванны, отличающийся тем, что легирующую пластину с заданным содержанием легирующих элементов устанавливают вдоль стенки кокиля со стороны рабочей поверхности восстанавливаемой детали с обеспечением перехода в процессе наплавки легирующих элементов в состав наплавленного слоя, при этом легирующую пластину предварительно изготавливают путем сухого смешивания компонентов порошкообразной шихты в требуемом количестве, введения связующего с получением вязкотекучей массы, последующего ее прессования и сушки.