Способ дуговой обработки металлов

 

СПОСОБ ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ , МЕТАЛЛОВ с использованием управляющего магнитного поля, создаваемого электромагнитом, который располагают со тороны, противоположной обраба;сываемой поверхности, и перемещают синхронно с другой, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьвиения производительности труда, снижения тепло х деформаций и улучшени я качества изделий, для управления используют вращающееся магнитное поле с силовыми ликиями, расположенными в плоскости активного пятна дуги,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУЬЛИН (191 (11) 3(511 В 23 К 9/08

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 3409405/25-27 (22) 18 ° 03.82 (46) 15 ° 10.83. Бюл. Р 38 (72) Г.И..Солод, A ° È.Aíäðååâ и А.П.Черкасов (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт угольного машиностроения (53) 621.791 ° 75(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 582074, кл. В 23 К 9/08, 19.09.75.

2. Завялов В.E и др. Аргонодуговая сварка нержавеющих труб с использованием магнитных полей.

"Сварочное производство", 1929, Р 12 с. 19-20, 3. АвторскЬе свидетельство СССР

В 585000, кл. В 23 К 9/08, 02.02.73 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ДУГОВОЙ ОБРАБОТКИ

МЕТАЛЛОВ с использованием .управляющего магнитного" поля, создаваемого электромагнитом, который располагают со стороны, противоположной о6ра6атываемой. поверхности, и перемещают синхронно с другой, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью.повышения производительности труда, снижения тепловых деформаций и улучшения качества иэделий, для управления используют вращающееся магнитное . поле с силовыми линиями, расположенными в плоскости активного пятна дуги.

1047633

Изобретение относится к способам дуговой обработки металлов магнито- управляемой дуги и может быть, использовано в различных отраслях машиностроения (угольном машинострое- . нии, станкостроении, химическом машиностроении и др.)

Известен способ сварки магнито управляемой дугой, прн котором для повышения качества сварных соединений при сварке на повышенных скорос«тях на дугу воздействуют продольным переменным магнитным полем f13 .

Известен способ сварки магнитоуправляемой дугой, при котором для повышения-качества сварных соедине- ний нержавеющих труб на дугу воздействуют поперечным переменным магнитным полем (21 .

При этом в обоих случаях электромагнитную систему устанавливают на горелке или в непосредственной близости от нее со стороны обрабатываемой поверхности. Это приводит к увеличению габаритов, необходимости защиты электромагнитного устройства от интенсивного теплового пото ка, отраженного от обрабатываемого изделия, и забрызгивания расплавленным металлом и шлаком, созданию громоздкой системы водоохлаждения.

Кроме того,,при близком расположении электромагнитного устройства к источнику образования дуги эа счет магнитных потоков рассеяния" увеличивается неустойчивость катодного пятна дуги, что приводит к нестабильности тепловых явлений внутри дуги и ухудшению качества протекающего процесса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ дуговой обработки металлов с использованием управляющего магнитного поля, создаваемого электромагнитом, который располагают со стороны, противоположной обрабатываемой поверхности. В способе используют импульсное знакопеременное магнитное поле, вектор магнитной индукции которого ориентирован перпендикулярно к направлению тока, протекающего по ванне, причем магнитным полем воздействуют на хвостовую часть сварочной, т.е. электромагнит перемещают синхронно с дугой f3J .

Недостатками данного способа является то, что при его использовании для упрочнения поверхностного слоя иэделий из-за воздействия магнитного управляющего поля в основном на хвостовую часть сварочной ванны качество обработанных изделий является невысоким, значительны тепловые деформации, а вследствие узкой зоны упрочнения невысока производительность обработки.

65 дуги практически не передаются на катодную зону и столб дуги в районе катодной зоны остается неподвижным, что также повышает срок службы катода и позволяет расширить ширину зоны воздействия дуги, Создание магнитного поля в зоне активного пятна дуги позволяет стабилизировать процесс и увеличить зону воздействия дуги.

Расположение вектора вращающегося магнитного поля, создаваемого электромагнитом в плоскости, перпендикулярной направлению тока дуги, способствует увеличению ширины упрочненной зоны. В случае, если вектор индукции магнитного поля, создаваемого электромагнитом, не перпендикулярен Фоку дуги, то ширина упрочненной эоны уменьшается по синусоидальному закону.

Цель изобретения - повышение производительности труда, снижение тепловых деформаций и улучшение количества изделий.

Цель достигается тем, что согласно способу дуговой обработки металлов с использованием управляющего магнитного поля, создаваемого электромагнитом, который располагают со стороны, противоположной обрабатыва10 емой поверхности, и перемещают синхронно с дугой, для управления используют вращающееся магнитное поле с силовыми линиями, расположенными в плоскости активного пятна дуги.

15 Использование вращающегося магнитного поля в процессе плазменного упрочнения улучшает качество поверхности, уменьшает высоту микронеровностей на 40-100 мк, увеличивает

-0 ширину упрочненной зоны, увеличивает толщину возникающего "белого" слоя и повышает износостойкость упрочненной зоны .в 1,5-1,7 раза.

Закалка изделий при этом процессе может происходить на воздухе и с применением охлаждакщих сред. Разработанные сменные плазмотроны различных габаритов дают воэможность производить плазменную закалку внутренних поверхностей изделий диаметром не менее 65 мм.

Напряженность магнитного потока, создаваемого электромагнитом и воздействующего на анодное пятно дуги в зоне над иэделием, изменяется по

З5 высоте в зоне над иэделием по закону, близкому к экспоненциальному, вследствие чего величина ее в районе катодной зоны черезвычайно мала, т.е. магнитное поле практически не воздей40 ствует на столб дуги в катодной зоне, что повышает устойчивость .столба дуги.

При использовании предлагаемого способа колебания анодного пятна

1047633

На фиг. 1 показана схема осуществления предлагаемого способа и общий вид используемого электромаг-. г нита; на фиг. 2 электромагнит, в щ сбоку.

Электромагнит 1 создает обмотками

2 и 3, расположенными на полюсах 4 и 5, магнитный поток 6, а обмоткаю|

7 и 8, расположенными на полюсах

9,10 - магнитный поток 11, сдвинутый по фазе .относительно потока 6 на

90, так как обмотки 7 и 8 включены через фаэосдвигающее устройство..

Магнитный поток 6 состоит в основном из двух потоков: 12, заьикающегося через изделие 13, и 14, проходящего в зоне над иэделием 13.

Аналогично магнитный поток 11 также состоит из потоков 15 и 16.

Магнитное поле,, создаваемое электромагнитом в зоне над изделием, изменяется по закону В = B s прс +

+ В2сОБЫ где В1, В2 --амплитуда индукции.маг нитного поля, создаваемого противоположными

Ъ обмоткам парами полюсов электромагнита;

И- круговая частота колебаний.

В результате взаимодействия тока дуги 17, создаваемого горелкой 18, с магнитным полем возникает электромагнитная сила, заставляющая перемещаться активное пятно дуги. Ширина упрочнеиной зоны воздействия дуги описывается эмпирическим уравнением

В Р„ = 5-0,57XI-3,5Х2-0,13Х +1,48Х +

+0,209X„+0,099X+9 3 10-4 Х +4«27

«10 Х У+4,27«10 Х4- 0,24X4X2+1,2 >

«10 Х1Х -4,3«102 Xix4+7 96i10 XX2X3+ +8 6.10 Х2Х4-7,35 ° 10 ? Х Х4, где Х, — расход газа, л/мнн;

Х2 — величина индукции, Гс;

Хq - ток дуги, А

Х4 - .скорость плазмотрона,мм/с.

Плазменному упроч нению подвергаются листы иэ стали ЗОГ толщиной

8-14 мм, используе«же для изготовления днищ рештаков скребкового конвейера ..

Изделие 13 .устанавливают на позицию сборки, где находится устройство для плазменного упрочнения. Иэделие

13 устанавливают между горелкой 18 и электромагнитом 1. После возбуждения дуги и достижения заданной величины тока дуги .17 подают напряжение на обмотки 2,3, 7 и 8 электромагнита, в результате возникающие магнитные потоки 14 и 16,. взаимодействуя с током дуги 17, создают электромагнитную силу, которая заставляет перемещаться анодное пятно дуги с частотой колебаний магнитного поля электромагнита 1. Горелка 18 перемещается синхронно с электромагнитом 1 по заданной кривой.

Упрочнение происходит при воздействии на иэделие колеблющейся сжатой дуги. Закалочный эффект появляется вследствие высоких скоростей нагрева и охлаждения (свыше 100 С/c).

Скорость перемещения горелки 8 равна 3,5 м/мин.

15 Электромагнит, создающий вращающееся магнитное поле непосредственно в зоне активного пятна дуги, устанавливает под образцом из стали ЗОГ толщиной .10 мм. Скорость электромагнита, перемещаемого синхронно с горелкой 18, равна 3,5 м/мин. Высота микронеровностей обработанной поверхности составляет 40-80 мк в то время как высота мйкронеровностей необработанной поверхности составляЕт

100-300 мк. При проведении контрольных обмеров эталонных образцов до и после плазменной обработки устанавливают, что изменения формю образцов в результате воздействия сжатой дуги не наблюдается.

Расход газа составляет 15 л/мин, величина индукции  — 1000 Гс, ток дуги - 200 А. При этом получают за35 енHblA cJIoA с шириной упрочненной зоны 22 мм, глубиной упрочненного слоя — 1,4 мм, твердостью 52 HRC. Твердость упрочненной зоны может быть описана уравнением У = 7 + + 16,6Х< -12,45X2+0 67Х -0 22Х440 -O i 15X i -0 i 25X2-0, 11 10 2. Х -1 i 57».

«10 Х4+0,22 X):X2-2,58 10 Х Х вЂ”

0 131Х2Х4-5,68 ° 10 X2Xg 0 2213fg X4+

93 1О-4 Х где Х< — расход газа, л/мин;

45 . Х2 — величина индукции, Гс;

Х вЂ” ток дуги, АХ4 - скорость плазмотрона, мм/су — твердость упрочненной зоны в единицах HRC.

5О По сравнению со способом поверхностной плазменной закалки без управляющего магнитного поля (базовый объект) применение предложенного способа позволяет получить полосы шириной 15-25 мм, глубиной 1,4 мм, твердостью 50-52 HRC. Это позволяет повысить производительность труда в 3-4 раза, .снизить тепловые деформации, улучшить качество изделий.

1047633

Заказ 7817/12 . Тираж 1106

ВНИИПИ Государственного ковятета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подднсное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г. Квартальнова

Редактор М. Келемеы Техред К.Мыцьо Корректор И. Эрдейи.