Способ наплавки изделий
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<SP POS="POST">.</SP>K<SB POS="POST">I</SB> @ <SP POS="POST">.</SP>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<SB POS="POST">I</SB> @ - вязкость разрушения основного материала направляемого изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм<SP POS="POST">3/2</SP> A - эмпирическая постоянная, равная 12,7551 10<SP POS="POST">-6</SP>(Н/мм<SP POS="POST">2</SP>)<SP POS="POST">-2</SP>. 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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К 9/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4495903/31-27 (22) 21.10,88 (46) 23.10.90. Бюл. № 39 (71) Мариупольский металлургический институт (72) Л.К.Лещинский, Ф.С.Домбровский, А.П, Кравченко, Л.С.Лепихов, Л.В. Буланов, В.М.Нисковских и В.В,Яковлев (53) 621.791.927,011 (088.8) (56) Заявка Японии ¹ 23-48178, кл, В 23 К 9/04, 1976, Заявка Японии ¹ 56-121875, кл, В 23 К 9/04, 1983. (54) СПОСОБ НАПЛАВКИ ИЗДЕЛИЙ (57) 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 включает наплав ку поверхностного слоя валиками без перекрытия с зазором не менее суммарной величины протяженности зон термического
Изобретение относится к сварке, преимущественно к технологии 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
Ы.(1600936 А1 влияния соседних валиков. Ширину и высоту наплавляемых валиков определяют из соотношения! < (А К ic COS P)-5; q > 0,01D+
+ 2, где! и q — ширина и высота валиков соответственно, мм; 0 — диаметр иэделия после наплавки, мм; P — угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град;
К с — вязкость разрушения основного материала наплавляемого иэделия в условияхртрыва при плоской деформации, Н/мм
А — эмпирическая постоянная, равная
12,7551 10 (Н/мм ) . 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 э,п. ф-лы, 5 ил., 1 табл. ширине наплавленных валиков в зависимости от угла Р; на фиг.4 и 5 — то же, при одном и том же угле Р 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 смещенных структурных классов, найдена зависимость критической длины поверхностной трещи1600936 где L
Kic — вязкость разрушения основного материала изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм ;
А = 12,7551 х 10 (Нlмм ) 2 — эмпирическая 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. выполняя 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, что при прорастании трещины в опасном направлении сквозь весь наплавленный металл длина трещины не превышает критической L,р, 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 Р между осью иэделия и наплавленным валиком, тем длиннее траектория движения трещины при одинаковой ширине нэплавленных валиков (фиг.2 и 3), Поэтому при большом угле Р трещина может в наплавленном валике той же ширины, что и выполненном с малым углом наклона к оси изделия, достичь критического разме10
50 ны, развивающейся по эллиптическому фронту в длину и в глубину под действием циклических напряжений до 800 Н/мм, от вязкости разрушения основного материала роликов. Получено соотношение кя = 5
- А К!с, 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 = 1 cosP . Из ранее полученного выражения = А К, Для гарантированного предотвращения разрушения
I (А К ic COSP)-5, мм, где I — ширина валика, мм;
P — угол наклона наплавляемых валиков к продольной оси изделия, град, т.е. I (12,7551 х 10 К i< <х cos j3 )-5, мм.
Как следует из полученного соотношения, 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!растут удельные нагрузки на валик, поэтому 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 иэделия, 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 термонагруженн ых деталях металлургического оборудования, как ролики МНЛЗ и т.п., пиковые напряжения не превышают глубины
0,01Р (D — диаметр иэделия). Принимают с запасом р 0,010 + 2, мм, где q — высота валика, мм.
При диаметре изделия 300 мм q 0,01 300 + 2 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 поверх160093б ностный слой, имеющий зазоры. Наплавка может быть осуществлена любым путем, обеспечивающим сплавление нанесенного металла с основным (т.е. с осью ролика), например, электродуговая наплавка под 5 флюсом, в защитном газе, электроконтактная и др. В качестве электрода может быть использована порошковая проволока, порошковая лента, сплошная проволока и сплошная лента любого требуемого химиче- 10 ского состава. Ширина и высота наплавленного валика определяются из выражений
I < (А К ic COSP)-5;
q > 0,01D+ 2, где I, q — ширина и высота наплавленного 15 валика, мм;
А — эмпирическая константа (А = 12,7551х х 10 6 (Н/мм );
К вЂ” вязкость разрушения материала оси изделия в условиях отрыва при плоской 20 деформации, Н/мм ;
P — угол наклона полоски к оси изделия (О < /3< 90О);
Π— диаметр изделия после наплавки, мм. 25
При этом, если ширина наплавленного валика вследствие отсутствия соответствующего электрода не может быть достигнута в один проход, можно наплавить требуемую ширину, выполняя наплавку несколькими 30 параллельными валиками без зазора в пределах этой ширины.
Наплавку осуществляют на соответствующей наплавочной установке. Используют сварочную головку А-874, выполняют 35 электродуговую наплавку под слоем флюса.
Электрод — ПП-25Х5ФМС Ф3,8 мм флюс
АН-348. Режим наплавки; I„= 450 А, U =
= 30-32 В, VH = 35 мlч.
Зазоры между наплавленными валика- 40 ми покрывают термостойким слоем, например, жаростойкой эмалью, Полученные данные, а также варианты выполнения способа при различных параметрах представлены в таблице. 45
Как видно из таблицы, для различных значений К с, P v 0 по предложенным зависимостям рассчитаны значения ширины I u высоты валика q, Эксплуатация роликов
МНЛЗ, направленных с использованием предложенных значений! и q, показывает, что во всех случаях наблюдается остановка трещины, а долговечность роликов достигает 2700 плавок, Эксплуатация прекращается 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 эксплуатация прекращена из-за разрушения ролика в машине, что приводит к большим потерям производства.
Формул." изобретения
1, Способ наплавки изделий, преимущественно 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 (А. К q 0,01D+ 2, мм, где А — эмпирическая. постоянная, равная 12.7551 х 10, Н/мм ) К с — вязкость разрушения основного материала наплавляемого изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Нlмм P — угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град; 0 — диаметр изделия после наплавки, мм. 2. Способ поп1, отлича ющийся тем, что зазоры между валиками покрывают термостойким слоем, 1600936 Peewsoaaso .остоянне Лолговечаость (зксзазора плуатвция в течеяне у ва- уквзакяого числа Бааеэ а плавок) Прнчива савтия ролика с нашиии 1ю(12,7551 al0 НЩ 0,010+2, ш Ноа18(-5), ww етая.@ Э 30 . 300 (12е3551Н10 вх2800 х 0,01х300+ асов 30е)-5и81 +2и5 Предлагаеэшбэ способ 81 5 Заполнен т/с слоем То re 2200 Трещина остаковлева Износ поверх НОСТИ Угроза paspy» шенин Разрушение 45 270 (12,7551х10 х2400эк 0,01x270+ асов 45е)-5 47 +2 оэ5 /реакнна проала зазор То ке 8l 3 81 5 90 5 77 6 47 5 47 47 б 55 б 40 5 Беэ заполнения Заполнен т/с слоем То ае То ае 1200 2ZOO Трещина остановлена То ае Износ поверхвости То ае 18OO Заполнен т/с слоем То ае Без за13ОО l 600. Трещина ггрошпа и Разрушение То ае полнения Заполнен т/с слоем То ае 1100. Разрушение 1ВО0 Тр елина новлена Износ поверхности Износ поверхности Разрушение оста60 380 (12,7551х10 х2600 х 0,0 x380+ хсов 60О)-5 43 +2 нб 2600 43 6 2700 Тр ещи ма иовлена Тр ещина зазор Заполнен т/с слоем То ае оста43 3 43 7 50 6 40 6 1400 презла 2800 90, 300 19 ПО и Без заполнения Заполнен т/с слоем То ае То ае 1500 Трещина остановлена . 2700 Износ поверхности Известный способ 80 6 Беэ эа-, 1 IOO Раэрушемие 80 6 полнения То ке 2400 4 5 270 1000 То ке 11 р а н е ч а и н е. 41нрияа валика в сторону уменыэемия не ограничена условиямн разрушения, однако значительное уменьшенме по сравнению с расчетной величиной не рационально, тах как приводит к уненьюеяию контактнруххяей с горячей заготовкой поверхности ролика, возрастанию контактяых напркхений и самой величины износа. Высота валика в сторону увеличения не ограю ченз. Однако, выбирая высохне валики, необкодино с целью уменьшения концентрации напряяений иекцу соседними запикамн несколько увеличивать зазор мехду ними, т. е. брать его большим сумма эан терюаческого влияния Фиг.1 1600936 L1са L2 Составитель Л.Назарова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Патай Редактор О.Головач Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 3237 Тираж 656 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
