Способ многоэлектродной наплавки
Использование: наплавка деталей верхнего строения рельсового пути переменной ширины. Сущность изобретения: электроды располагают на некотором расстоянии один от другого вдоль линии и плавят в общую сварочную ванну. Одну из кромок наплавляемого слоя формируют одним из крайних электродов Противоположную кромку формируют при последовательном добавлении по одному плавящемуся электроду через промежутки времени, равные Tj К da m/tga VH + nt-daA/H, где К 2 при 160 1 1600а, d3 - диаметр электрода 1,2 d3 $ 4 мм; VH - скорость наплавки, мм/с; ni - порядковый номер включаемого электродам - угол непараллельное фомок изделия, при этом каждый добавляемый электрод смещают вперед относительно предыдущего электрода на величину его диаметра. 1 табл 3 ил.
«. Я,„, 1756054 Al
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5г)5 В 23 К 9/04"
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К,,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (54) СПОСОБ МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ ЙАПЛАВКИ
Изобретение относится к машинострое-. плавленного слоя, его высокую химическую нию при производстве и восстановлений де-: и структурную однороднocTb ïри минимальтэлей машин и транспортных средств номиравномерномпроплавленииосновнометодоммногоэлектродной автоматической. го металла. Способ осуществим лишь для наплавкй и может быть использовано при" постоянной Ширины наплавленного слоя наплавке деталей верхнего строения рель-.. при проплавлении постоянного числа элексового пути, например, крестовин стрелоч- тродов в общую ванну, ных переводов.
Известен способ многоэлектродной as- Наплавка этим способом слоя перементоматичэской наплавки (Многоэлектродная ной ширины за один йроход невозможна. автоматическая наплавка под флюсом. — . Многопроходная — требует перекрытия еаТруды Всесоюзного научно-исследователь- ликов не менее чем на 15 мм, что снижает ского института железнодорожного транс- производительность труда, э возможные запорта, под ред, Н.П,Емельянова, вып.239 — шлаковки на стыке валиков, образуемая неТрансжелдориздэт, 1964, с.39), при котором ровная поверхность увеличивают затраты ширина наплавленного слоя обеспечивает нэ вспомогательные операции — вырубку, хорошее формирование поверхности на- зачистку, подварку;
1 (21) 4704179/08 (22) 03.03.89 (46) 23.08.92. Бюл. ¹ 31 (71) Ташкентский институт инженеров же-. лезнодорожного транспорта (72) В.В,Меликов, Б,В. Волков, Е,Е.Ашкинази, Е,Л.Шейнман, В.Н.Мещеряков, M.О, Бродя нский, Т;Р.Режавалиев, А, Б. Волков и Н.H,×åðåìíûx (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 398369, кл. В 23 К 9/04, 1972.
Авторское свидетельство СССР
¹ 258490, кл. В 23 К 9/00, 1968.
Многоэлектродная автоматическая на- . плавка под флюсом. — Т6. ВНИИЖТ под ред.
Емельянова Н.П., вып.239, Трансжелезиз- дат, 1962, с.39.
2 (57) Использование: наплавка деталей верхнего строения рельсового пути переменной ширины, Сущность изобретения: электроды располагают на некотором расстоянии один от другого вдоль линии й. плавят в общую сварочную ванну. Одну из кромок"наплавляемого слоя формируют одним из крайних электродов. Противоположную кромку формируют при послед6вательйом добавлении по одйому плавящемуСя: электроду через промежутки времени," равные Т = К d
n(/гда Чн + й; dý/×í где К - 2 при 160 4 1 <
1600э, d> — диаметр электрода 1;2 < сЬ < 4 мм; Чн — скорость наплавки, мм/с; п — flo рядковый номер включаемого электрода;а
- угол непараллельно"тй"кромок изделия, при этом каждый добавляемый электрод смещают вперед относительно предыдущего электрода на Величину его диаметра. 1 табл. 3 ил.
1756054
Вместе с тем существует большбй круг деталей переменной ширины, требующих восстановления линейных размеров или упрочнейия наплавкой за один проход. При такой наплавке обеспечивается высокая производительность наплэвочных работ, гарантируется отсутствие макродефектов в виде трещин, неметаллических включений, химическая и структурная однородность, равномерность распределения механических характеристик в любых сечениях. 0собое значение вйшеназвайное имеет при наплавке крестовин стрелочных переводов, замков железнодорожной автосцепки, лезвий плужных лемехов и т.д, Поэтому с целью йаплавки деталей переменной ширийы за один проход и обеспечения высокого качества наплавленного металла путем управления формированием сварочной ванны, одну из кромок наплавляемого слоя формируют одним из крайних электродов многоэлектродной системы, э протйвоположную кромку изделия формируют при последовательном добавлении поодному плавящемуся электроду через промежутки времени, равные .. т К ..дэn +niбэ tga-.-Ч. Чл . где К 2 при 160
V< — скорость наплавки, щч/с; и; — порядковый номер включаемого электрода: а — угол непараллельностй KpoMoê изделия, при этом каждый добавляемый электрод смещают вперед относительно предыдущего на Йеличину диаметра электрода.
Использовайие многоэлектродной наплавки с периодически изменяемым числом электродов и управление формироВанием за счет смещения включаемых электродов, плавящихся в общей ванне, обеспечивает гарантированное сплавление наплавленного слоя с изделием переменной ширины.
При этом достигается высокая производительность и качество, устраняются макродефекты в виде трещин, неметаллических включений, гарантируется химическая и структурная однородность; позволяющая получить высокие эксплуатационные свойства изделия.
На фиг,1 представлена схема предлагаемого способа, вид в плане, где 1 — плавящиеся электроды; 2 — наплавляемое изделие переменной ширины; 3 — йогрэничная зона на участке включения очередного электрода;4 — фронтсварочной ванны без смещения электродов; 5 — фронт сварочной ванны со смещением электродов.
На фиг.2 представлена схема предлагаемого способа, вид в сечении А, где 6—
5 включаемый электрод; 7 — ограждение сварочной ванны.
Пример. Проводилась многоэлектродная электродуговая наплавкэ сердечника крестовины железнодорожного перевода
10 Р50 марки 1/9. Сердечник ограждали двумя медными пластинами длиной 600 мм, толщиной 10 мм. Протяжеьгность наплавки от узкой части сердечника к широкой составила 500 мм, Многоэлектродная головка пере15 мещалась вдоль изделия по копиру на равном расстоянии от одной из образующих.
Расстояние от крайнего электрода до кромки образующей находили эксперимен20 тально и установили равным 2-м диаметрам электрода от его оси. Применяли порошковую проволоку,И 3,8 мм, расставленную по фронту с шагом 10 мм, Питание осуществля: -ли постоянный током обратной полярности
25 от источника с жесткой характеристикой..
Напряжение составляло 32 В, сила тока на одич электрод-200 А, скорость наг1лавки 12 м/ч. Наплавка велась пад флюсом АН-72, Наплавочная головка имела устройство ди30 станционного управления периодом включения электродов, Для получения сравнительных данных параллельно проводилйсь наплавки с различной величиной смещения электродов:
1) ni=2... дэ=О: 2) 0.5ni=2...j бэ 3) ni=2.;,j дз
Контроль за формированйем наплэвленного слоя проводили по измейению длины пограничного участка между точкой А отрыва
40 валика от образующей изделия и точкой образовайия валика увеличейной ширины при
Включенйи очередного электрода, Результаты проведенных исследований представлены в таблице, 45
Как видно из таблицы, определяющим фактором в сокращении расстояния между точкой А отрыва валика и кромкой образующей является величина смещения электро50 дов Вь Несмотря на рост длины ванны La c увеличением тока от 200 до 1600 А и ростом числа электродов до 8 шт, периферийная часть наплавляемого слоя на каждом пограничном участке, соответствующем удалению крайнего электрода от кромки
55 образующей изделия на расстояние, большее двух диаметров электродов, формируется ступенчато с длиной ступени порядка
21 — 23 мм.
1756054
5 .. 6
Смещение электродов на величийу расплава, заполняЮщие собой участок йе0,5 ni d4 ..::, сплошностинайлавляемогослояА — A>.АнаV„"p" " суще" """,".:"Ð .. " . логичное направленйе гсмещенлич частиц щению границ пограничного слоя, э его óä- расплава будет наблюдаться в области осваивание, как видно из таблицы, 5 тальных электродов, но в степени, завися обеспечивает пколйое слияние ванны рас- : щей от нэпряженностй магййтного поля i-го плэва и его устранение. .....:. электрода в элементе токга 1-го электрода.
Обнаруженное явление мгожно объяс- . Без выдвинутого вперед Рэклектродэ нить тем, что йри наплавке слоя металла, средние значения токов наотдельных элекрэвного ширийе наплавляемого изделия, 10 тродах и величинй йнднуцоируаемгыгх ими магвысокая температура в головной части вай- ; . нитных полей будут близки между собой, что ны способствует максимальной концентра-. - естественно приведеткi<"взаимномууравноции плотности тока также в головной части,. вешиванию магнитных полей и отсутствию
Идентичность граничных условий электри-" . . требуемого смещения расплава ческого v. теплового полей обусловливает ".5 . При таком располбжении электродов вывод, что деформация температурного по- дуга замыкающего электрода. обеспечивает ля будет аналогична деформации изотерми- . не только более концентрированное тепло. ческих поверхйостей, Известно также; что вое воздействиег нэ метэолл. но и более инплотность тока по фронту многоэлектрод- тейсивное злектлгродинамичетское ной системы зависит от взаимного располо- 20 воздействие и наряду с некоторым увеличе. жения электродов "и токоподвода к детали", . йием глубины проплавления способствует и всетда больше нэ электродах, располо - :"" : ростуразмеровграницврантнгьГЭтогобъясня женных йэ минимальном расстоянии от не-" еттот факт, чтбточка А отрыва границ ванны го (направленйе наплавки принято на " приближается к выдв<4нутгому злектркОгду и токоподвод).: .. .. ;::.: -; 25 электродный мегталл; образуемый при плавЕстественно, что максимальное значе- . лении включаемого элтекгтнрфдагсливае гся. с ние плотности объемйых электромагнитных:" : существующей ванной, не образуя мениска, ред электроде, имеющем наибольшую плот- плэвление остновйого металла и качествен-.. ность тока, Этим электродом в момент. 30 ное формирование наплавлаенного слоя. включения очередного электрода является .: В результате применения предлагаемозамыкающий по фронту, опережающий -ос- . to сйособа nри наплавке кгрестговйн стреклочтальные на величину Bi = п|с4; - :; .. -.:. ..-. . ных переводов Р50 и Р65 увеличилась
Схема образования объемных электро-" . пропускная способность железных дорог, магнитных сил в жйдком металле показана тр35 повысились скорости движения поездов, на фиг.3, Ток, текущий по дуговому проме-" Экономический эффект от наплэвки по жутку йэ выдвинутом электроде, предста- - сравнению с использованием йовых крестовим в виде 1», а токи на остальных : вин составил: электродах !4.. l). Исходя из представления :- 3r =(31-32) x Aj., об электромагнитном взаимодействии ли-" 40 где 31 — приведенная смтоимосрть базовой нейных токов, можйо onðåäeftéòü направлен- крестовины за вычетом стоимости металлоние магнитного поля и образуемых лома и снижения стоимости на 15%; Р50— электродинамйческих сйл.. г::: 248,89 рб; Р65 — 363;88 рб.
Определим нэпрэвленйе мэгнитноагот -. . 32 — затраты на восгстаноавление изнгополя, индуцируемого током выдвинутогло 45 шенной крестовины 32 — — 66,07 рб. электрода в столбе дуги и жидком металле : Ар — годовой обьем производства прочетвертого электрода. дукции, Аг = 300 шт/год.
Направление вектора напряженности . Годовой экономичеСкий эффект для кре- магнитного поля выдвинутого вперед алек-- - стовин Р50 составил: трода Н» в элементе тока дугового нроме- 50 . Эр = (248,84-66;07) х 300 = 54846 рб. жутКа ЧЕтВЕртОГО ЭЛЕКтрсда l4d34 ПрИ - ГОдОВОй ЭКОНОМИЧЕгСКИй ЭффЕКтдЛя КрЕнаправлении тока 14 (фиг,3) будет совпадать стовин Р65 составил: с вектором скорости наплавки VH. Учитывая,:: Эг = (363,88-66,07) х 300 = 89343 рб. что на элемент тока дуги длиной С, по кото- Оэнный расчет не учитывает экойомию рому течет ток силой l4, памЕщвнный в маГ- от увЕличвния Сксрсстей движЕния поеэдсв нитное поле напряженностью Н» будет 55 и повышения пропускной способности додействовать сила F»4 = Cl4(dS4 Н»), направ- рог, ленная в сторону выдвинутого электрода, в Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ту же сторону будут смещаться и частицы Способ многоэлектродной наплавки; лон котором електроды раслолагакат на не8
1756054.
7 котором расстоянии один от другого вдоль линии и Плавят в общую сварочную ванну от одного токоподвода, о т л и ч а ю и и и с я тем; что,:с целью наплавки деталей пере менной ширинй за один проход и обеспече- 5 ния высокого качества наплавленного металла путем управления формированием сварочной ванйы, одну из крбмок йаплавленного слоя формйруют одним из крайних электродов многоэлектродной системы, а 10 противоположную -кромку изделия формируют при последовательном добавлении по одному плавящемуся электроду через промежутки времени, равйые
K dý,пi, пi d
Ti= + —, 19 а п A где К = 2 при 160< 1 < 1600а;
d, — диаметр электрода, 1,2 g бэ < 4 мм;
Ч, — скорость наплавки, мм/с;п — порядковый номер включаемого электрода, а- угол непараллельности кромок иэделия, при этом каждый добавляемый электрод смещак)т вперед относительно предыдущего электрода на величину диаметра электрода.
1756054
1. Составитель ВМеликоа
Техред М.Моргентал
Корректор H.Тупица
Редактор О.Стенина
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 3047 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4f5
