Способ механизированной плазменной наплавки деталей

 

Изобретение предназначено для плазменной наплавки деталей и может быть использовано при изготовлении изделий с покрытиями. Создают стабильные тепловые условия формирования покрытия за счет предварительного подогрева плазменной дугой поверхности изделия в зоне первого поперечного наплавочного валика. Подогрев ведут до температуры предельного теплового насыщения при заданных параметрах наплавки (толщине покрытия, ширине и частоте колебаний, ширине наплавочного валика и шаге наплавки). Определен порядок расчета температуры предельного теплонасыщения, мощности дуги и продолжительности предварительного подогрева. Способ обеспечивает получение качественных покрытий с одинаковыми глубиной проплавления, составом и структурой. 2 ил., 1 табл.

Область техники, к которой относится изобретение. Изобретение относится к технике покрытий с целью упрочнения и восстановления деталей.

Уровень техники. Режимы плазменной наплавки колеблющимся плазмотроном обычно выбирают без учета тепловых условий формирования покрытия /М.Г.Розенберг, Г. А. Поздеев. Определение основных параметров режимов плазменно-порошковой наплавки. Сварочное производство, 1989, N12, с.52-53; Ю.Ф.Зотов, Е. П.Гордиенко. Условие сплошности наплавки при гармоническом движении источника нагрева. Сварочное производство, 1993, N1, с.14-15/. Мощность дуги выбирается экспериментально из условия формирования поперечного шва при исходной температуре изделия. Однако по ходу процесса температура поверхности по фронту наплавки увеличивается, что приводит к увеличению размера наплавляемого шва, глубины проплавления и степени перемешивания материалов покрытия и основы. Покрытие получается неоднородным по составу, структуре и физико-механическим свойствам. Иногда перед наплавкой детали подвергают предварительному подогреву в печи или ацетилено-кислородным пламенем /Э.С.Комарченкова и др. Структура и свойства антикоррозионных износостойких покрытий, выполненных плазменной наплавкой порошками. Сварочное производство, 1987, N2, с.4-5; В. О.Муктепавел, Х.Е.Хацкин. Плазменная наплавка уплотнительной поверхности выпускного клапана дизельного двигателя. Сварочное производство, 1989, N4, с. 2/. Этот прием уменьшает, но не исключает нестабильность тепловых условий формирования покрытий.

Сущность изобретения. Заключается в создании стабильных тепловых условий формирования покрытия при колебательной наплавке, что обеспечивается подогревом плазменной дугой поверхности изделия в зоне первого заходного поперечного наплавочного шва до температуры предельного теплового насыщения при заданных параметрах наплавки (толщине покрытия, ширине и частоте колебаний, ширине наплавочного валика и шаге наплавки).

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Если разбить траекторию колебательного движения пятна дуги по поверхности наплавляемой детали на элементарные участки и рассматривать их как мгновенные источники тепла, то температуру по фронту наплавки можно определить суммарным тепловым воздействием всех элементарных участков ранее наплавленных поперечных валиков где g - эффективная тепловая мощность дуги; t - - продолжительность действия дуги на элементарном участке; Ri - радиус-вектор в подвижной системе координат, т.е. расстояние от центра элементарного участка до пятна дуги; c - - удельная объемная теплоемкость материала наплавляемого изделия; t - время действия дуги; a - коэффициент температуропроводности.

Для гармонических (синусоидальных) колебаний при разделении поперечного прохода на четыре элементарных участка (фиг.1) выражение температуры поверхности перед плазменной дугой в центре наплавляемой полосы (точка а) принимает вид: То же на периферии полосы в точке b:

где ti - полупериод, продолжительность одного поперечного перемещения плазмотрона;
i - порядковый номер поперечного шва;
k - общее количество поперечных швов.

На фиг. 2 показана рассчитанная на ПЭВМ зависимость температуры перед дугой в середине (Tа) и на периферии (Tb) наплавляемой полосы от количества поперечных проходов при наплавке с гармоническими колебаниями плазмотрона (ширина колебаний - 15 мм, шаг наплавки - 1,6 мм, частота колебаний - 30 мин-1, мощность дуги - 2575 Вт).

В начале процесса температура по фронту наплавки интенсивно растет с увеличение поперечных проходов, а затем стабилизируется в условиях предельного теплового насыщения. Дефекты покрытия обычно возникают на возрастающем участке кривой теплонасыщения при нестабильных тепловых условиях формирования наплавочного валика. Исключить нестабильный участок наплавки можно, если нагреть поверхность детали в зоне первого заходного поперечного валика до температуры предельного теплонасыщения. Последовательность выполнения операции наплавки включает:
1. Включение механизма поперечных колебаний плазмотрона.

2. После нагрева поверхности в зоне заходного поперечного валика до температуры, соответствующей предельному теплонасыщению процесса, начинают собственно наплавку, включают устройство продольного перемещения изделия и подачу порошка.

Чтобы реализовать описанный процесс необходимо определить мощность дуги и температуру предельного теплонасыщения при заданных параметрах наплавки (толщине покрытия, ширине и частоте колебаний, ширине наплавочного валика и шаге наплавки), а также продолжительность (количество колебаний или время) предварительного подогрева.

Если принять
g = g' + g'', (3)

то при плазменно-порошковой наплавке

где g' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления порошка;
g'' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления (подогрева) поверхности основы на ширину наплавляемого валика;
B - ширина наплавляемого валика;
V - скорость наплавки;
Тпл - температура плавления материала основы;
Т0 - начальная температура детали;
Тф - температура предельного теплонасыщения по фронту наплавки;
ф - относительная температура предельного теплонасыщения.

Последовательность расчета:
1) определение ф по предельному значению (1) или (2);
2) определение g'' по (6);
3) определение g по (3);
4) определение Тф по (5);
5) определение продолжительности предварительного подогрева (количества поперечных проходов) по (1) или (2) при шаге наплавки, равном нулю.

В таблице показана распечатка на дисплее ПЭВМ результатов расчета режима плазменно-порошковой наплавки с гармоническими (синусоидальными) колебаниями плазмотрона. Первые две строчки - заданные параметры наплавки, вводимые оператором, остальные параметры - расчетные. Расчетный режим обеспечивает не только стабильные формирования наплавочных валиков и однородность покрытия, но и наибольший термический КПД наплавки при заданных параметрах.


Формула изобретения

Способ механизированной плазменной наплавки деталей, при котором процесс осуществляют с поперечными колебаниями плазмотрона, отличающийся тем, что наплавку ведут в режиме предельного теплового насыщения, для чего поверхность детали в зоне первого поперечного валика предварительно нагревают плазменной дугой до температуры Тф предельного теплового насыщения, которую определяют в зависимости от режимных параметров
Tф= f(v,B,Tпл,q,c,N),
где v - скорость перемещения плазмотрона;
В - ширина наплавочного валика;
Тпл - температура плавления основы или наплавляемого материала;
q' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления наплавляемого порошка;
c - удельная объемная теплоемкость материала основы;
N - частота колебаний плазмотрона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, в частности к индукционным способам восстановления и упрочнения деталей подвижного состава

Изобретение относится к сварочной технике и технологии, конкретнее - к наплавочным устройствам для восстановления колесных пар подвижного состава
Изобретение относится к области ремонта сваркой и может быть использовано при ремонте наплавкой изношенных шеек роликов машин непрерывного литья заготовок, роликов рольгангов станов горячей прокатки металлов и других деталей металлургического оборудования
Изобретение относится к области ремонта сваркой и может быть использовано при ремонте роликов машин непрерывного литья заготовок, роликов рольгангов горячей прокатки и других деталей металлургического оборудования
Изобретение относится к области ремонта сваркой и может быть использовано при восстановлении наплавкой колец бандажированных роликов, в частности машин непрерывного литья заготовок, а также бандажированных деталей металлургического и прокатного оборудования

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

Изобретение относится к области сварки, в частности к установкам для механизированной плазменной наплавки, и может найти применение при ремонте валов и других деталей
Изобретение относится к способам восстановления изношенных поверхностей деталей, в частности к способам восстановления изношенных поверхностей обода вагонных колес методом наплавки

Изобретение относится к области восстановления рабочих поверхностей деталей, работающих в условиях абразивного износа, методом наплавки плавящимся лежащим электродом под флюсом и может быть использовано при восстановлении беговых дорожек звеньев и грунтозацепов башмаков гусеничных тракторов типа D9N и экскаваторов типа EX-400

Изобретение относится к области наплавки, в частности к автоматической электродуговой наплавке внутренних и наружных цилиндрических поверхностей, а также плоских поверхностей под слоем флюса и в среде защитных газов

Изобретение относится к сварке, в частности к способам наплавки изделий, и может быть использовано при изготовлении наплавленного металлорежущего инструмента

Изобретение относится к плазменной наплавке изделий из высокомарганцовистых сталей, в частности типа "Г13", и может быть использовано при ремонте изношенных железнодорожных крестовин, рабочих поверхностей ковшей экскаваторов и других машин, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок и абразивного износа

Изобретение относится к сварке и наплавке и может быть применено для восстановления поверхностей катания, в т.ч

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в турбомашиностроении для сварки или наплавки дефектов литья из жаропрочных высоколегированных сплавов

Изобретение относится к технологии восстановления или упрочнения наплавкой изношенной поверхности корпусных деталей, преимущественно корпусов букс железнодорожных грузовых вагонов

Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано в турбомашиностроении при восстановлении длины пера лопаток компрессора газотурбинного двигателя при ремонте

Изобретение относится к области электродуговой наплавки деталей из углеродистых, среднелегированных закаливающихся сталей, например замковых соединений бурильных труб, коленчатых валов двигателей, валков холодной прокатки и т.п

Изобретение относится к технике покрытий с целью упрочнения и восстановления деталей

Наверх