СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПЛАВКОЙ РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК Российский патент 2018 года по МПК B23K9/04 B23P6/02 

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к способам восстановления наплавкой изношенных поверхностей тел вращения и может быть использовано во время ремонта металлургического оборудования при восстановлении роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).

В связи с тем, что ролики МНЛЗ работают в условиях термомеханических циклических воздействий со стороны непрерывного слитка, окислительного воздействия охлаждающей жидкости (обычно воды или водовоздушной смеси), абразивного воздействия окалины слитка, они относительно быстро выходят из строя из-за износа и образования усталостных термических трещин. Поэтому существует множество способов восстановления наплавкой роликов МНЛЗ.

Известен способ восстановления наплавкой роликов машин непрерывного литья заготовок, включающий подогрев ролика, электродуговую наплавку на поверхность ролика по винтовой линии. износостойкого материала, после чего осуществляют термическую и механическую обработку наплавленной поверхности [Патент RU 2291040 С1, МПК В23Р 6/02, В23K 9/04. Способ восстановления роликов / В.В. Панов, В.М. Корнеев, Н.В. Александров, И.В. Боровков, А.П. Козлов, А.Г. Санталов, A.И. Трайно, О.В. Тяпаев, Ф.Д. Кащенко. - Заявл. 27.06.2005, №2005119919/02; Опубл. 10.01.2007, Бюл. №1]. Этот способ восстановления наплавкой роликов МНЛЗ по совокупности технических признаков и назначению является прототипом по отношению к предлагаемому способу.

Недостатком данного способа является низкая стойкость. восстановленных наплавкой роликов МНЛЗ.

Техническая проблема, решаемая изобретением, состоит в увеличении. срока службы наплавленных роликов.

Техническим результатом изобретения является повышение износостойкости наплавленного слоя ролика.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе восстановления наплавкой роликов машин непрерывного литья заготовок, включающем подогрев ролика, электродуговую наплавку электродом на поверхность ролика по винтовой линии износостойкого материала, после чего осуществляют термическую и механическую обработку наплавленной поверхности, согласно изобретению электродуговую наплавку ведут с поперечными колебаниями с наложением на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц, а механическую обработку поверхности ролика осуществляют с использованием геомодификаторов трения.

Технический результат изобретения достигается также тем, что при наплавке на дугу дополнительно воздействуют импульсным высокочастотным магнитным полем с частотой одинаковой с собственной частотой электрода.

Кроме того, наплавку ведут обратно-ступенчатым способом.

Кроме того, во время охлаждения ролика при его термической обработке используют ультразвуковое воздействие.

Кроме того, при наплавке проводят предварительный и/или сопутствующий подогрев ролика.

Кроме того, сопутствующий подогрев начинают со стороны противоположной наплавке и перемещают источник сопутствующего подогрева в направлении наплавки.

Кроме того, в качестве геомодификаторов трения используют вводимые со смазкой порошки, включающие серпентиниты и/или шунгиты.

Кроме того, наплавку ведут в среде защитного газа, или пены, или флюса.

Поперечные колебания электрода снижают пребывание жидкого металла в зоне перегрева, а при перемещении источника теплоты температура металла в противоположной стороне слоя понижается, снижая его вязкость и поверхностное натяжение. В результате получаются валики с более плоской поверхностью, что позволяет снизить величины размеров припусков под последующую механическую обработку наплавленной поверхности тела вращения. За счет сокращения времени пребывания жидкого металла в зоне перегрева, уменьшается величина зерна основного металла в зоне оплавления, что способствует появлению мелкозернистой структуры наплавленного металла. Поперечные колебания электрода также способствуют созданию дезориентированной структуры наплавленной поверхности увеличенной прочности. Установлено, что соотношение электростатической, аэродинамической, электромагнитной, поверхностного натяжения, тяжести и других сил, воздействующих на каплю, находящуюся на торце электрода, влияет на характер плавления и перенос металла электрода. В связи с этим, наложение на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц, при выполнении наплавки по винтовой линии с поперечными колебаниями электрода стабилизирует каплеперенос металла в расплав сварочной ванны, улучшает микроструктуру и повышает износостойкость наплавляемого слоя за счет уменьшения размеров зерен и увеличения плотности металла. При этом ультразвуковые колебания способствуют диспергированию капель расплавленного металла на мелкие частицы, становящиеся дополнительными центрами кристаллизации в сварочной ванне. Также на 10-30% повышается микротвердость наплавляемого металла, в сравнении с наплавкой без применения ультразвуковых колебаний. Использование во время механической обработки поверхности тела, после наплавки и термообработки, геомодификаторов трения адсорбирует активизированные частицы геомодификаторов на поверхности детали, уменьшая коэффициент трения, снижая шероховатость, увеличивая микротвердость поверхности, уменьшая затраты энергии на обработку и уровень шума в рабочем помещении.

Для повышения производительности наплавки на. поверхность износостойкого материала целесообразно во время нее воздействовать на дугу импульсным высокочастотным магнитным полем с частотой одинаковой с собственной частотой электрода. Пульсация магнитного поля способствует не только пульсации с той же частотой наведенных вихревых токов и их магнитных полей в плавящемся электроде и дуге, но и пульсации с той же частотой силовых взаимодействий между наведенным и основным магнитными полями. В случае резонансного совпадения частоты силового воздействия на электрод с собственной частотой материала электрода, происходит резонансное усиление упругих колебаний в электроде, возрастает величина силового воздействия, ускоряется отрыв частиц электрода и повышается производительность наплавки.

Выполнение электродуговой наплавки поверхности тела обратно-ступенчатым способом за счет рациональной последовательности укладки швов уменьшает (компенсирует) деформации продольной и поперечной усадок.

Использование ультразвукового воздействия во. время охлаждения наплавленного ролика при его термической обработке позволяет устранять опасности зарождения холодных трещин и повысить качество наплавочного соединения из среднеуглеродистых легированных конструкционных сталей, например, 30ХГСН2А, 30X3, 35Х, 40ХГСН2М, 40ХГСН2А и других. При ультразвуковой обработке средняя скорость охлаждения сталей в зоне термического влияния, отнесенная к 650°С, составляла 30 К/с.

Предварительный и/или сопутствующий подогрев ролика МНЛЗ до температуры 100-500°С необходим для исключения вероятности появления трещин, так как наплавляемая деталь предназначена для работы в условиях смены температур и имеет относительно большие габаритные размеры. Совместное осуществление предварительного и сопутствующего подогрева тела вращения еще сильнее влияет на вероятность исключения трещин в наплавляемой поверхности.

Начало сопутствующего подогрева со стороны противоположной наплавке и перемещение его источника в направлении наплавки способствует получению более однородных по структуре наплавленных слоев.

В качестве геомодификаторов трения целесообразно использовать вводимые со смазкой порошки, включающие серпентиниты и/или шунгиты. Порошки, шлифуя поверхность тела вращения, вызывают рост температуры тела, активируются, диффундируют в поверхность детали и упрочняют ее за счет увеличения микротвердости поверхности трения.

При восстановлении металлических деталей наплавка в среде защитного газа, или пены, или флюса повышает твердость наплавленного слоя, а также способствует устранению в нем трещин и наружных пор.

Предлагаемый способ восстановления наплавкой роликов МНЛЗ осуществляют следующим образом.

Ролик МНЛЗ устанавливают на наплавочный станок и приводят во вращение. Осуществляют предварительный и/или сопутствующий подогрев ролика. Наплавку поверхности ролика ведут по винтовой линии с поперечными колебаниями с наложением на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц. При необходимости на дугу воздействуют импульсным высокочастотным магнитным полем с частотой одинаковой с собственной частотой электрода, а наплавку металла осуществляют обратно-ступенчатым способом. По потребности наплавку ведут в среде защитного газа, или пены, или под слоем флюса. После наплавки деталь подвергают термической обработке. Во время охлаждения наплавленного тела при его термической обработке возможно использование ультразвукового воздействия. Далее проводят механическую обработку поверхности тела вращения, в том числе с использованием в ней геомодификаторов трения. Технический результат изобретения повышение износостойкости наплавленного слоя ролика достигается за счет получения мелкозернистой структуры металла, увеличения микротвердости и снижения шероховатости поверхности.

Пример: Наплавляли износо- и корозионностойкую сталь. На наплавочном станке имелась наплавочная головка с подающим механизмом для подачи электрода (электродной проволоки) и присадочной проволоки. Число оборотов шпинделя составляло 1,33 мин^-1. Наплавка велась в среде защитного газа, или под слоем флюса, или пены плавящимся электродом со скоростью подачи 2,1 м/мин. Режим наплавки: сила тока 185-190 А и напряжение 32 В. В таблице приведены результаты изменения показателей (искажение размеров и формы наплавляемого ролика, наличие трещин в наплавке, размеры припусков на механическую обработку, уровень шума в рабочем помещении, срок службы роликов), полученных в результате применения изобретения, в том числе с учетом дополнительного воздействия приемов зависимых пунктов формулы изобретения, относительно показателей способа-прототипа.

Полученные при использовании способа восстановления наплавкой роликов МНЛЗ результаты показали снижение и предотвращение искажений размеров и формы наплавляемой детали, появление трещин в наплавке, снижение размеров припусков на механическую обработку и уровня шума в рабочем помещении, увеличение срока службы роликов МНЛЗ.

Изобретение может быть использовано при восстановлении роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Электродуговую наплавку в среде защитного газа, или пены, или флюса ведут по винтовой линии с поперечными колебаниями и наложением на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц. После термической обработки проводят механическую обработку наплавленной поверхности с использованием геомодификаторов трения. В качестве геомодификаторов трения используют вводимые со смазкой порошки, включающие серпентиниты и/или шунгиты. На дугу воздействуют импульсным высокочастотным магнитным полем с частотой, одинаковой с собственной частотой материала электрода. Наплавку могут осуществлять обратно-ступенчатым способом. Во время охлаждения ролика при термической обработке используют ультразвуковое воздействие. Подогрев осуществляют предварительный и/или сопутствующий. Сопутствующий подогрев начинают со стороны, противоположной наплавке, и перемещают источник сопутствующего подогрева в направлении наплавки. Использование изобретения предотвращает искажение размеров и формы наплавляемой детали, появление трещин в наплавке, снижает размеры припусков на механическую обработку 7 з.п. ф-лы., 1 табл., 1 пр.

1. Способ восстановления наплавкой роликов машин непрерывного литья заготовок, включающий подогрев ролика, электродуговую наплавку электродом на поверхность ролика по винтовой линии износостойкого материала, после чего осуществляют механическую и термическую обработку наплавленной поверхности, отличающийся тем, что электродуговую наплавку ведут с поперечными колебаниями с наложением на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц, а механическую обработку поверхности ролика осуществляют с использованием геомодификаторов трения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при наплавке на дугу дополнительно воздействуют импульсным высокочастотным магнитным полем с частотой, одинаковой с собственной частотой материала электрода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку ведут обратно-ступенчатым методом.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во время охлаждения ролика при его термической обработке используют ультразвуковое воздействие.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наплавке проводят предварительный и/или сопутствующий подогрев ролика.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что сопутствующий подогрев начинают со стороны, противоположной наплавке, и перемещают источник сопутствующего подогрева в направлении наплавки.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве геомодификаторов трения используют вводимые со смазкой порошки, включающие серпентиниты и/или шунгиты.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что наплавку ведут в среде защитного газа, или пены, или флюса.