Способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий

 

Способ может быть использован для восстановления изношенных и упрочнения новых деталей. Изделие вращают с одновременнным продольным перемещением. Производят наплавку слоя покрытия по винтовой многозаходной спирали путем последовательной наплавки спиральных валиков. Каждый последующий валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего валика со смещением относительно него. Шаг спирали кратен двум или более шагам наплавки. Способ обеспечивает улучшение качества наплавленного покрытия. Получаемое покрытие равномерно по толщине. 14 ил.

Изобретение относится к способам электродуговой наплавки под слоем флюса при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей.

Известен способ электродуговой наплавки изделий, при котором ручной электродуговой сваркой штучными электродами из различных материалов на плоскую поверхность изделия поочередно наплавляют продольные валики (см. авт. св. СССР N 1687406, кл. B 23 K 9/04, 1988).

Данное покрытие, выполненное из металлов с различными механическими свойствами, используется в качестве промежуточного слоя при наплавке высокопрочного покрытия.

Однако известный способ имеет ряд недостатков. Так как электрод имеет конечную длину, то в любом случае процесс наплавки будет прерывистым, а следовательно, непроизводительным. Прерывистый процесс наплавки превышает вероятность возникновения дефектов в основном металле и в покрытии в местах возбуждения и гашения дуги. Кроме того, наплавка таким способом металла внутри отверстий весьма затруднительна, а иногда и невозможна, так как длина электрода ограничена. При наплавке же тел вращения по наружному диаметру (либо детали малого диаметра, либо детали с тонкой стенкой), которые при наплавке очень быстро нагреваются и шлак не успевает отделиться за один оборот детали, наплавка ручной дуговой сваркой практически неприменима, так как сложно выдержать постоянными параметры режима наплавки: шаг наплавки и линейную скорость наплавки.

Известен также способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку (авт. св. N 1539011, кл. B 23 K 9/04, 1988). Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату.

При использовании известного способа наплавку отдельного слоя металла на поверхность изделия осуществляют по однозаходной спирали, путем наплавки одного спирального валика (шва), причем для получения сплошного покрытия отдельные витки (валики) указанного спирального валика (шва) перекрывают друг друга. При автоматической наплавке изделий малых размеров или изделий, при автоматической наплавке которых отвод тепла затруднен (например внутренняя поверхность трубы или наружная поверхность тонкостенного изделия), шлак за время нанесения одного витка не успевает отделиться от наплавленного металла и попадает в зону наплавки последующего валика, что приводит к нарушению нормального ведения процесса наплавки. В наплавленном металле появляются раковины, неметаллические включения за счет попадания шлака с предыдущего валика в сварочную ванну последующего и наплавленный металл в конечном счете приобретает неисправимые дефекты, в результате чего наплавляемая деталь выбраковывается. Все вышеизложенное относится также и к наплавке плоских поверхностей, при автоматической наплавке которых одним непрерывным спиральным валиком возникают такие же трудноисправимые, а иногда и неисправимые дефекты, при наличии которых техническая эксплуатация наплавленных деталей становится невозможной.

Изобретение направлено на достижение технического результата - повышение качества наплавляемого покрытия путем улучшения формирования наплавляемых валиков металла и исключения возникновения шлаковых включений в покрытии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного направления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия.

При этом можно выбирать такой шаг спирали (спирального валика), при котором шлак с предыдущего витка спирали (витка спирального валика) не попадает на ее последующий виток. Величину указанного шага спирали можно выбрать известным образом, путем расчета или пробной наплавки изделий. Удаление шлаковой корки с указанного спирального валика позволяет исключить ее попадание в металл последующего спирального валика, аналогичного предыдущему упомянутому спиральному валику.

Чтобы предотвратить возникновение дефектов в начале и в конце наплавки, на торцы изделия предварительно привариваются кольца, шириной не менее полторы ширины одного наплавляемого спирального валика.

Кроме того, благодаря тому что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, а наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия, наплавку валиков производят по такой спирали, шаг которой кратен двум или более шагам наплавки, достигается технический результат - обеспечение равномерности толщины слоя покрытия после наплавки.

На фиг.1 представлена схема наплавки под слоем флюса внутренней поверхности изделия; на фиг.2, 3 - схема формирования слоя наплавки на внутреннюю поверхность (шаг спирали равен двум шагам наплавки); на фиг. 8-9 - схема формирования слоя наплавки на наружную цилиндрическую поверхность; на фиг. 10-13 - схема формирования слоя наплавки на плоское криволинейное изделие; на фиг.14 - схема наплавки второго слоя.

Способ осуществляют следующим образом.

Изделие 1 закрепляют в приспособлении (не показано), связанном с блоком 2 вращателя, обеспечивающим заданную скорость вращения изделия. Электродную проволоку подают через горелку 3 к изделию роликами 4, а из бункера 5 с помощью лотка 6 подают флюс. Питание сварочной дуги осуществляется от источника сварочного тока 7. Блок 8 продольного перемещения горелки 3 обеспечивает ее продольное перемещение с заданной скоростью (в направлении стрелки, фиг. 1).

Изделие 1 вращают с одновременным продольным перемещением блока 8 и производят наплавку слоя покрытия по винтовой многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, например спиральных валиков 9 и 10 (фиг.2 и 3), каждый из которых образует один из заходов спирали, причем последующий спиральный валик, например валик 10, наплавляют после удаления известным образом шлаковой корки 11 с предыдущего ранее наплавленного спирального валика 9, затем удаляют шлаковую корку 12. В течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика. Для того чтобы получилось равномерное по толщине покрытие, наплавку спиральных валиков 9 и 10 производят по такой спирали, шаг S которой кратен двум (фиг.2, 3) или более шагам h наплавки (фиг.4-7 - шаг спирали кратен четырем шагам наплавки).

Величину указанного шага спирали выбирают известным образом - путем расчета или опытным путем, производя наплавку на одно из изделий, подлежащих ремонту наплавкой.

При этом шаг S спирали изменяют до тех пор, пока шлак с предыдущего валика спирали не перестанет препятствовать нормальному формированию последующего валика. Шаг спирали при этом должен быть кратным двум или более шагам h наплавки. Таким образом получают повышенное качество наплавленного покрытия, причем получаемое покрытие равномерно по толщине.

Данным способом можно производить наплавку на плоскую поверхность изделия с произвольными криволинейными границами. При реализации указанного способа на плоской поверхности, изделие закрепляют, например на столе станка с ЧПУ, а электроду известным образом по программе сообщают движение по заданной спиральной траектории. При этом производят наплавку на плоскость изделия по меньшей мере одного слоя по многозаходной плоской спирали, форма которой соответствует форме наплавляемой детали, путем последовательного наплавления на плоскость изделия спиральных валиков 13 (фиг.11) и 14 (фиг.13), каждый из которых образует один из заходов плоской спирали, причем каждый последующий спиральный валик 14 наплавляют после удаления шлаковой корки 15 с предыдущего валика 13.

Пример 1. На внутреннюю поверхность отверстия ступицы колесного центра локомотива диаметром 230 мм и длиной 350 мм (Сталь 25Л) производили автоматическую наплавку проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм под слоем флюса АН-348А на наплавочном станке СТО18.

Режим наплавки: сварочный ток - 300 А; напряжение на дуге - 30 В; линейная скорость наплавки 30 м/ч; шаг спирали 12 мм, шаг наплавки 6 мм.

При наплавке на таком режиме шлаковая корка на протяжении всего процесса наплавки одного захода спирали не отделялась от наплавленного металла и при наплавке смежного валика, шлаковая корка предыдущего валика не ухудшала формирования шва. По окончании процесса наплавки первого захода спирали процесс прерывали и удаляли шлаковую корку. Второй заход спирали начинали со смещением электрода относительно начала первого захода на 6 мм вдоль оси вращения изделия и продолжали его наплавку в автоматическом режиме до выхода валика на противоположный край отверстия. Затем процесс наплавки останавливали и удаляли шлаковую корку. Таким образом был наплавлен один слой на всей внутренней поверхности отверстия ступицы колесного центра локомотива (фиг.2, 3).

На аналогичном режиме производили наплавку в два и более слоев.

Пример 2. Производили наплавку шкворня диаметром 50 мм и длиной 200 мм (сталь 45) пружинной проволокой второго класса диаметром 1,2 мм под слоем флюса АН-348А.

Режим наплавки: сварочный ток - 140 А; напряжение на дуге - 30 В; число оборотов шкворня 3,2 об/мин; шаг спирали 8 мм,
шаг наплавки 4 мм.

При наплавке на таком режиме уже на третьем витке шлак не успевает остывать и отделяться от изделия за один оборот детали и на точку зенита наплавки приходит в раскаленном состоянии, и отделить его от наплавленного металла невозможно. Однако за счет увеличения шага спирали до 8 мм шлак с предыдущего валика не ухудшал формирования последующего валика спирали.

После наплавки одного захода спирали процесс останавливали и удаляли шлаковую корку на всей длине наплавляемой детали. Второй заход спирали начинали со смещением электрода относительно начала первого захода на 4 мм вдоль оси вращения изделия и продолжали наплавку в автоматическом режиме до выхода валика на противоположный край шкворня. Затем процесс наплавки останавливали и удаляли шлаковую корку. Таким образом был наплавлен один слой металла на данную деталь (фиг.8, 9).

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить качество наплавленного покрытия за счет непрерывного ведения процесса наплавки в автоматическом режиме, а также исключения возможности возникновения в наплавленном слое шлаковых включений, и позволит получить равномерную, практически постоянную толщину покрытия.

Формула изобретения

Способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, отличающийся тем, что наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика, при этом шаг спирали кратен двум или более шагам наплавки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14