Устройство упрочнения поверхности стальных изделий

 

Изобретение относится к химико-термической обработке стали и может быть использовано для упрочнения сварки стальных изделий. Устройство содержит дисковый угольный электрод 1, который приводом приводится во встречное вращение с обрабатываемым изделием 13, поверхность которого нагревается до плавления электрической дугой. Одновременно встречно установленным в зоне дуги перпендикулярно образующей дискового электрода 1, соплами 10 и 11 подают защитный газ или воздух, который сжимает, уплотняет и стабилизирует дугу, чем обеспечивается повышение интенсификации процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к химико-термической обработке стали и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных изделий.

Известно и устройство, содержащее дисковый угольный электрод, имеющий возможность вращения и газоподающее приспособление в виде сопла.

Недостатком известного устройства является низкая стабильность горения дуги вследствие недостаточной ее плотности, что приводит к увеличению ширины зоны термического влияния снижению твердости, глубины обработки и повышению защитного газа.

Цель изобретения повышение интенсификации процесса путем повышения плотности дуги и ее стабильности.

Настоящая цель достигается тем, что газоподводящее приспособление выполнено с дополнительным соплом, при этом сопла установлены соосно навстречу друг другу и перпендикулярно образующей электрода; оно снабжено плоскими подпружиненными радиаторами, расположенными с обеих торцевых сторон электрода и охватывающими сопла, при этом поверхность радиаторов, обращенной к зоне обработки, выполнена с пазом, профиль которого соответствует профилю обрабатываемого изделия.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для упрочнения поверхности стальных изделий.

На фиг. 2 сечение фиг. 1 по А-А.

Устройство включает в себя неплавящийся дисковый электрод 1 с приводом вращения по торцевым сторонам электрода 1 установлены плоские составные радиаторы 3, изготовленные из электроизоляционного материала, например, керамики, фарфора и др.

Радиаторы 3 прижимаются к электроду 1 болтами 4 с пружинами 5. Болты 4 с отверстиями в головках одеты на стойки 6 и отжимаются пружинами 7. Стойки 6 связаны с плавающим в осевом направлении кольцом 8, установленном на статоре привода 2 через шпонку 9. В плоскости между радиаторами 3 перпендикулярно образующей дискового электрода 1, встречно, одно встречно вращению электрода, а другое с обратной стороны, установлены сопловые устройства 10 и 11 для подачи защитного газа или воздуха. При этом с зазором 12 и электродом 1 установлено обрабатываемое изделие 13, между которыми в зазоре 12 в процессе работы устанавливается электрическая дуга 14. Плоские радиаторы 3 выполнены по форме, охватывающие сопловые устройства 10 и 11 и изделие 13, образуя в зоне зазора 12 и дуги 14 полугерметичную газовую камеру 15, а сопловое устройство 10 и 11 в ней направлены перпендикулярно дуге 14.

Устройство работает следующим образом.

Обрабатываемое изделие 13 закрепляют в патроне токарного станка (на черт. не показано). Сверху с зазором 12 с ним подводят дисковый неплавящийся электрод 1. Электрод 1 приводом 2 и изделие 13 приводят во вращение с встречными скоростями. На электрод 1 подают напряжение и в зазоре 12 с изделием 13 зажигают электрическую дугу 14, устанавливают режим обработки изделия 13. Параллельно с подачей электрического тока через сопловые устройства 10 и 11, под давлением подают сжатый воздух или защитный газ в зависимости от температуры электрода 1. Сжатый газ проходит по каналу, формируемому между плоскими радиаторами 3, изготовленными из электроизоляционного материала, например, керамики или фарфора. Радиаторы 3 прижимаются к боковым поверхностям электрода 1 с помощью пружин 5, установленных на фиксирующих болтах 4, через отверстия в головках которые проходят стойки 6 с пружинами 7, прижимающие радиаторы 3 к наружному диаметру обрабатываемого изделия 13. Газовая камера 15, сформированная между сопловыми устройствами 10 и 11, оказывается уплотненной между боковыми поверхностями электрода 1 и наружной поверхностью упрочняемого изделия 13. Защитный газ и сжатый воздух оказывает механическое воздействие на столб дуги 14 и за счет скоростного напора сжимает его со всех сторон, тем самым повышает плотность дуги и ее стабильность, способствует локализации процесса упрочнения за счет уменьшения площади активного пятна на обрабатываемом изделии 13. Угар электрода 1 и его боковые биения компенсируются за счет установки плавающего кольца 8 с подпружиненными направляющими стойками 6, связанными со статором привода 2 с возможностью осевого перемещения по шпонке 9. Расход защитного газа или сжатого воздуха определяется величиной утечек через зазоры между контактирующими поверхностями электрода 1, радиаторами 3 и свариваемого изделия 13. Соотношение скоростей V₂ (25.100) V₁ и их противоположное направление позволяют устранить хаотичное перемещение дуги на обрабатываемой поверхности. Давление защитного газа обеспечивает механическое сжатие столба дуги за счет скоростного напора и оказывают существенное влияние на стабильность горения. Повышение давления более 0,1 МПа нежелательно, т.к. усложняет установку из-за увеличения нагрузок на боковые поверхности радиаторов и на разогретые до высоких температур участки электрода. Кроме того, повышение давления приводит к увеличению скорости течения газа, что вызывает повышенную эрозию материала электрода. Принятые расход газа 150.250 л/час, давление истечения через сопла 0,05.0,1 МПа, соотношение скоростей вращения детали и электрода V₂ (25.100) V₁ делают технически осуществимой реализацию предложенного способа.

Таким образом, в зоне столба дуги 14 обеспечивается существенное повышение стабильности горения дуги и плотности мощности до 10⁵.10⁶ вт/см², что соизмеримо с лазерными установками непрерывного излучения [1] Это позволяет значительно повысить скорость обработки, глубину, твердость и чистоту обрабатываемой поверхности, уменьшит рассеивание тепла в массу изделия 13, в окружающую среду за счет светового излучения, уменьшить зону термического влияния и повысить КПД. Уменьшение зоны термического влияния уменьшает снижение твердости при пошаговой обработке за счет нагрева соседних участков. Повышение давления в зоне плавления способствует уменьшению разбрызгивания металла и качественному формированию упрочненной поверхности.

Наличие газовой камеры позволяет регулировать состав атмосферы в зоне горения дуги и управлять получением необходимых служебных свойств.

Формула изобретения

1. Устройство упрочнения поверхности стальных изделий, содержащее дисковый электрод, имеющий возможность вращения, и газоподающее приспособление в виде сопла, отличающееся тем, что, с целью повышения интенсификации процесса путем повышения плотности дуги и ее стабильности, газоподводящее приспособление выполнено с дополнительным соплом, при этом сопла установлены соосно навстречу друг другу и перпендикулярно к образующей электрода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью снижения расхода газа, оно снабжено плоскими подпружиненными радиаторами, с обеих торцевых сторон электрода расположенными и охватывающими сопла, при этом поверхности радиаторов, обращенные к зоне обработки, выполнены с пазом, профиль которого соответствует профилю обрабатываемого изделия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2