Способ наплавки изделий Советский патент 1990 года по МПК B23K9/04 

Изобретение относится к сварке, преимущественно к технол огии наплавки цилиндрических изделий, работающих в условиях разрушения поверхности под воздействием термомеханической усталости, например, к наплавке роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и т.п.

Цель изобретения - повышение долговечности роликов за счет торможения трещин термомеханической усталости.

На фиг.1 изображена схема наплавки по известному способу; на фиг.2 и 3 - траектория движения трещины при одинаковой

ширине наплавленных валиков в зависимости от угла/3; на фиг.4 и 5 - то же, при одном и том же угле /3 в зависимости от ширины валика.

Технология способа состоит в следующем.

На основании обследования и проведенного анализа разрушившихся в результате длительной эксплуатации роликов, выполненных из сталей мартенситного, ферритного, перлитного и смещен(:1ых структурных классов, найдена зависимость критической длины поверхностной трещис о о ю со о

ны, развивающейся по эллиптическому фронту в длину и в -глубину под действ ием циклических напряжений до 800 Н/мм , от вязкости разрушения основного материала роликов. Получено соотношение Up А .

где LKP - недопустимая (критическая) длина поверхностной трещины (мм), которой соответствует критическая глубина трещины, приводящая к лавинообразному разруше- нию изделия;

К|с - вязкость разрушения основного материала изделия в условиях отрыва при плоскойдеформации, Н/мм ;

А 12,7551 X 10 (Н/мм ) -эмпириче-

екая постоянная.

Для предотвращения разрушения необходимо остановить распространение поверхностной трещины до того, как она достигнет критической длины. Трещина распространяется под действием термомеханических напряжений на поверхности. Для остановки трещины нужно резко уменьшить уровень этих напряжений. Выполняя наплавленную поверхность, на которую действуют эксплуатационные термомеханические напряжения, не сплошной, а прерывистой, т.е. в.ыполняя наплавку без перекрытия валиков - с зазором, удается создать на рабочей поверхности изделия участки с резким падением уровня напряжений. Вследствие этого трещины, развивающиеся на поверхности изделия, в этих зонах остановлены. Выполняя направленный валик такой ширины I, что при прора- стании трещины в опасном направлении сквозь весь наплавленный металл длина трещины не превы шает критической Up, можно предотвратить разрушение и существенно повысить долговечность изделия.

Максимальные растягивающие напряжения на поверхности, приводящие в конечном счете к разрушению изделия, действуют в осевом направлении, поэтому опасное направление развития трещины в наплавленном металле является перпендикулярным оси изделия (т.е. развитие трещины в диаметральной плоскости). Изменяя угол наклона направляемого валика к оси изделия, можно изменять длину трещины, растущей в опасном направлении. Чем больше угол /3 между осью изделия и наплавленным валиком, тем длиннее траекто- . рия движения трещины при одинаковой ширине наплавленных валиков (фиг.2 и 3). Поэтому при большом угле /8 трещина может в наплавленном валике той же ширины, что и выполненном с малым углом наклона к оси изделия, достичь критического разме

ра и привести к разрушению, в то время как при малом угле наклона валика трещина останавливается, не достигнув критического размера. Из геометрических соображений (фиг.2 и 3) очевидно, что I L COS/8 . Из ранее полученного выражения L А К ic. Для гарантированного предотвращения разрушения

I ( COS/3)-5, мм, где I - ширина валика, мм;

/3-угол наклона наплавляемых валиков к продольной оси изделия, град, т.е. I (12,7551 х 10 х cos)3 ) - 5, мм. Как следует из полученного соотноше- ния, используя наплавляемое изделие с высокой вязкостью разрушения можно применять, не опасаясь разрушения, при одном и том же угле наклона валиков к оси более широкие валики (фиг.4 и 5). Нижний предел ширины определяется тем, что с уменьшением I растут удельные нагрузки на валик, поэтому I следует выбирать, исходя из конкретных условий.

Остановка трещины происходит только в том случае, если валик имеет достаточную высоту q. В том случае, когда высота валика мала и пиковые напряжения достигают глубины, значительно превышающей высоту наплавки, разрушив наплавленную поверхность, трещина продолжает свое развитие, разрушая поверхность основного металла изделия, поскольку и на этой поверхности действуют пиковые напряжения. Поэтому высота валика должна быть больше глубины проникновения пиковых напряжений с поверхности изделия.

По данным исследований в таких тер- монагруженных деталях металлургического оборудования, как ролики МНЛЗ и т.п., пиковые напряжения не превышают глубины 0,01D (D - диаметр изделия). Принимают с запасом q 0,01 D + 2, мм, где q - высота валика, мм.

При диаметре изделия 300 мм q 0,01 300 + 2 S: 5 мм. Поскольку при наплавке для снижения расхода материала стремятся ограничить высоту наплавленного слоя, верхний предел в каждом случае рассчитывается пользователем, исходя из конкретных условий производства.

Технический эффект от применения изобретения по сравнению с прототипом состоит в повышении долговечности изделий.

Способ осуществляют следующим образом.

На поверхность оси изделия диаметром меньше эксплуатационного диаметра на удвоенную высоту наплавки наносят поверхностный слой, имеющий зазоры. Наплавка может быть осуществлена любым путем, обеспечивающим сплавление нанесенного металла с основным (т.е. с осью ролика), например, электродуговая наплавка под флюсом, в защитном газе, электроконтактная и др. В качестве электрода может быть использована порошковая проволока, порошковая лента, сплошная проволока и сплошная лента любого требуемого химического состава. Ширина и высота наплавленного валика опре,целяются из выражений

I (А Г 1C- COS/S)-5; q 0,01D + 2,

где I, q - ширина и высота наплавленного валика, мм;

А-эмпирическая константа (А 12,7551 х х10 (Н/ммУ:

К|с - вязкость разрушения материала оси изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм ;

/ - угол наклона полоски к оси изделия . (0° /3 90°);

D - диаметр изделия после наплавки, мм.

При этом, если ширина наплавленного валика вследствие отсутствия соответствующего электрода не может быть достигнута в один проход, можно наплавить требуемую ширину, выполняя наплавку несколькими параллельными валиками без зазора в пределах этой ширины.

Наплавку осуществляют на соответствующей наплавочной установке. Используют сварочную головку А-874, выполняют электродуговую наплавку под слоем флюса. Электрод - ПП-25Х5ФМС .8 мм флюс АН-348. Режим наплавки: In 450 А, U 30-32 В, VH 35 м/ч.

Зазоры между наплавленными валиками покрывают термостойким слоем, напри- .мер, жаростойкой эмалью.

Полученные данные, а также варианты выполнения способа при различных параметрах представлены в таблице.

Как видно из таблицы, для различных значений К|с,/9и D по предложенным зависимостям рассчитаны значения ширины I и высоты валика q. Эксплуатация роликов МНЛЗ, направленных с использованием предложенных значений I и q, показывает, что во всех случаях наблюдается остановка трещины, а долговечность роликов достигает 2700 плавок. Эксплуатация прекращает- ся из-за износа поверхности.

В случаях, когда ширина валика I превышает предложенное значение или высота q меньше такового, трещина проходит зазор после 1100-1900 плавок. При этом эксплуа- тация прекращена из-за разрушения ролика в машине, что приводит к большим потерям производства.

Формул изобретения

1.Способ наплавки изделий, преимуще- ственно роликов машин непрерывного

литья заготовок, включающий наплавку поверхностного слоя отдельными валиками, выдерживая зазор между ними не менее суммарной величины протяженности зон

термического влияния соседних валиков,

отличающийся тем, что. с целью повышения долговечности роликов за счет торможения трещин термомеханической усталости, валики выполняют с шириной I

I (А- COS)-5, мм,

и высотой q

q 0,01D + 2, мм,

где А - эмпирическая-постоянная, равная 12,7551 X 10 Н/мм)

К|с - вязкость разрушения основного

материала наплавляемого изделия в услови- ях отрыва при плоской деформации,

/ - угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град;

D - диаметр изделия после наплавки, мм.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что зазоры между валиками покрывают

термостойким слоем.

2800

300 Ог .И5«х10Г гЙОО«х о|о1«300 SCO JO)-S-81 г-5

Треокна оста-Нзяос no ei xковпеваяости

Треякна прош-Угроза paspyяа зазор,вения

То кеРазрушение

Изобретение относится к сварке, а именно к наплавке цилиндрических изделий, например, роликов машин непрерывного литья заготовок. Цель изобретения - повышение долговечности роликов за счет торможения трещин термомеханической усталости. Способ наплавки предусматривает наплавку поверхностного слоя валиками без перекрытия с зазором не менее суммарной величины зон термического влияния соседних валиков. Ширину и высоту наплавляемых валиков определяют из соотношения: L≤(A^.K_I @ ^.COSβ)-5

Q≥0,01D+2, где L и Q - ширина и высота валиков соответственно, мм

D - диаметр изделия после наплавки, мм

β - угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град

K_I @ - вязкость разрушения основного материала направляемого изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм^3/2

A - эмпирическая постоянная, равная 12,7551 10^-6(Н/мм²)^-2. После наплавки зазоры между валиками покрывают термостойким клеем. Способ обеспечивает реализацию в процессе наплавки условий, необходимых для предотвращения разрушения изделия при эксплуатации, за счет выбора ширины и высоты валика в зависимости от диаметра изделия, вязкости разрушения материала изделия в условиях отрыва при плоской деформации и выбранного угла наклона наплавляемых валиков к продольной оси изделия. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

2400 45

270 (I2,7SS1K10 х2400«х 0,0 х27СИ- ЖС08 45)-5-47 2 в5

2600

60

380 (12.7551x10 х26рО х 0,0 x380+ xcos 60)-5-43 2 6

2800- 90 . 300 - 2400 45 270 Ширина валика в сторону умеиычения не ограгшчена условнямн разрутпения однако значительное уменьшение по сравненню с расчетной величинол ке рационально так как приводит к уменьшению контактирухадей с горячей заготовкой поверхности ролика, возрастанию контактных налря.хений и самой величины ttiKOca.

высота BajutKa в сторону увш :1чения не ограничена. Однако выбирая высокие валики, необходимо с целью /меньшенкя лонцертрации напряжений меж:1у соседкими валиками не- скопьхо увеличивать зазор нр. ними, т.е. брать его Сольпим сум,чы зон термического влияния.

fc./

То же

Тревитиа оста-Износ поверхповленавосгн

То аеТо же

Трещина прошлаРазрушение

же

- -Разрушекке

Трещина оста-Износ поверхновлена.„рсти

Трепииа оста-Износ поверхновленз„ости

Трещина арошлаРазрушение зазор

же

1ШО

1000

Трещина оста- Износ поверк- ковлена .вости

Разрушение То же

.г

(Puz.Z

ft« 69 1

V , -Z / J- Z / X

/

.5

f 2.25j .; /.