Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллического сопла с применением наплавки его рабочей полости. Осуществляют механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Получают наплавленный слой толщиной от 1 до 2 мм. Затем проводят газолазерную резку наплавленного металла со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт с формированием рабочей полости сопла. Затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин. Способ позволяет увеличить твердость и износостойкость наплавленных рабочих частей. 4 ил., 9 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к разработке способа изготовления биметаллических сопел с применением наплавки рабочей полости быстрорежущей сталью, дополнительно легированной бором. Изобретение может найти применение в ресурсо- и энергосберегающем процессе изготовления биметаллических сопел, работающих при повышенном абразивном износе, оснащенных наплавленной рабочей частью из быстрорежущей стали, дополнительно легированной бором.

Известен способ изготовления электрически нагреваемой распылительной форсунки, указанный в патенте на изобретение №2559652, включающий нанесение на стенки проточного канала защитного покрытия. Защитное покрытие представляет собой слой на основе оксида кремния с добавкой одного или нескольких редкоземельных элементов, легированного благородным металлом. Покрытие такого типа можно нанести, например, путем напыления или в виде покрывающего порошка и термообработать при обжиге [RU №2559652, кл. F02M 53/06, F23D 11/44, F02M 31/125, В05В 1/24, Н05В 3/42, 20.08.2015].

Недостатком данного способа является высокая стоимость форсунки, изготовленной по данной технологии. Она обусловлена использованием керамических деталей, которые обладают высокой твердостью и износостойкостью, но сложны в изготовлении и крайне дороги. На стоимость также существенное влияние оказывает применение технологии напыления защитного покрытия и использование в покрытии редкоземельных металлов.

Известен способ изготовления камеры предварительного смешивания топливного инжектора газовой турбины, указанный в патенте на изобретение №2630067, включающий предварительную механическую обработку заготовки, дальнейшую лазерную наплавку защитного покрытия при одновременном вращении заготовки. При лазерной наплавке с помощью сфокусированного лазерного луча расплавляют нанесенный исходный материал и тонкий слой материала основания заготовки. После чего заготовку с защитным покрытием подвергают механической обработке для получения необходимой формы и размера [RU №2630067, кл. F02C 7/22, B23K 26/00, 05.09.2017].

Недостатком данного способа является низкая износостойкость и твердость наплавленного лазером рабочего слоя, а также сложность технологического процесса изготовления инжектора из-за необходимости использования специализированного оборудования для лазерной наплавки и дорогостоящего сырья для ее осуществления.

Известен способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента, включающий механическую и термическую обработку заготовки, дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с формированием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм. После наплавки проводят упрочняющую чеканку наплавленного металла. И далее выполняют локальный отпуск наплавленной заготовки при температуре от 520 до 540°C [RU №2627837, кл. В23Р 15/28, C21D 8/00, C21D 9/22, C21D 7/13, B23K 9/04, 11.08.2017].

Недостатком данного способа является низкая твердость и износостойкость наплавленного рабочего слоя. Кроме того, при помощи упрочняющей чеканки невозможно придать необходимую форму отверстию рабочей полости сопла. В результате указанного способа получают малую глубину отверстия рабочей полости сопла, однако для увеличения глубины рабочей полости необходимо наплавить более толстый слой, что приводит к излишним затратам энергии и сырья.

Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка ресурсо- и энергосберегающего способа, позволяющего изготавливать износостойкое биметаллическое сопло, работающее при жестких условиях абразивного износа.

Техническим результатом изобретения является увеличение твердости и износостойкости его наплавленных рабочих частей, а также упрощение технологического процесса и снижение стоимости готового изделия за счет использования более дешевого и доступного сырья и оборудования.

Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что способ изготовления износостойкого биметаллического сопла включает механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм, после чего проводят газолазерную резку наплавленного металла с формированием рабочей полости сопла, которую осуществляют со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт, а затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин.

Выполнение дуговой наплавки быстрорежущей сталью позволяет сформировать износостойкий слой на рабочей поверхности сопла необходимой конфигурации при условии энерго- и ресурсосбережения. Кроме того, данная технология из-за простоты и распространенности зачастую не требует покупки специализированного дорогостоящего оборудования и поиска конкретных специалистов.

Легирование быстрорежущих сталей бором способствует повышению их твердости, прочности и препятствует абразивному износу, существенно повышает их теплостойкость и вторичную твердость. Это позволит сформировать рабочую полость сопла повышенной стойкости, способную эффективно сопротивляться абразивному износу в процессе эксплуатации.

При проведении газолазерной резки наплавленного металла формируется рабочая полость сопла необходимой формы. Применение газолазерной резки наплавленной быстрорежущей стали, легированной бором, является одним из самых доступных и экономически эффективных способов резки, позволяющих избежать трудностей, связанных с обработкой данного материала. При увеличении мощности лазерного излучения более 5000 Вт ширина прореза увеличивалась, время затвердевания сплава возрастало, также увеличивалось налипание грата на нижнюю кромку, что приводило к усложнению дальнейшей механической обработки сопла. При мощности лазерного излучения меньше 4000 Вт процесс резки не происходил, так как лазерный луч не в состоянии прорезать материал. При превышении скорости газолазерной резки 2500 мм/мин наблюдали формирование грата, что существенно ухудшает качество поверхности отверстия рабочей полости сопла. При недостаточно высокой скорости резки (менее 2300 мм/мин) происходило выгорание легирующих элементов и формирование обширной зоны термического влияния, что негативно сказывалось на эксплуатационных характеристиках (твердость, прочность, износостойкость и коррозионная стойкость) биметаллического наплавленного сопла. Выбор защитного газа, его давления, а также позиции фокуса зависит от разрезаемых материалов, а также от выбранной ранее мощности излучения.

Выполнение отпуска путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи в течение 40-50 мин позволяет исключить разупрочнение корпуса заготовки инструмента и обеспечивает повышение твердости наплавленного металла. Уменьшение времени нагрева ниже 40 мин приводит к снижению твердости наплавленного металла, а повышение времени более 50 мин - к разупрочнению материала корпуса инструмента.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен эскиз заготовки сопла, выполненной из конструкционной стали 30ХГСА. Заготовка была подвергнута закалке и низкотемпературному отпуску. После на заготовку осуществляли наплавку валика быстрорежущей стали, легированной бором (см. фиг. 2 поз. 1). Далее заготовку биметалла подвергали газолазерной резке, после чего в ней было получено отверстие требуемой формы и размеров (см. фиг. 3 поз. 1). Благодаря легированию быстрорежущей стали бором на корпус сопла в результате газолазерной резки удалось нанести тонкий слой износостойкого материала (см. фиг. 3 поз. 2). На фиг. 4 представлен эскиз сопла, прошедшего окончательную механическую обработку.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Из низколегированной среднеуглеродистой конструкционной стали 30ХГСА ГОСТ4543-71 изготовили корпус сопла. Заготовку сопла подвергли закалке (860°C) и низкотемпературному отпуску (200°C) для достижения высокого уровня механических свойств и в т.ч. прочности и твердости.

Дуговую наплавку рабочей части сопла выполняли порошковой проволокой диаметром 1,2 мм по химическому составу близкой к быстрорежущей стали Р2М8, на токе 55 А и напряжении дуги 5,5 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Толщина наплавленного слоя быстрорежущей стали, легированной бором, составляла 1…2 м.

Газолазерную резку проводили со скоростью 2300 мм/мин, мощностью 4000 Вт, позицией фокуса +5,7 и давлении защитного газа (азота) 12 атм.

Для снятия остаточных напряжений в заготовке сопла и повышения вторичной твердости наплавленной быстрорежущей стали, легированной бором, проводили объемный отпуск, который выполняли в печи с нагревом наплавленных заготовок до 520…540°C в течение 40 мин.

Затем выполняли механическую обработку заготовок биметаллических сопел (шлифовка в соответствии с требованиями ТУ).

Пример 2

Пример проводили аналогично примеру 1, но при дуговой наплавке не использовали управление процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Для наплавки валика диаметром 15 мм на предварительно закаленную и отпущенную заготовку конструкционной стали использовали схему переноса электродного металла в дуге на постоянном токе, при этом величина сварочного тока составила 80 А и напряжении дуги 14 В. При этом энергозатраты на наплавку валика быстрорежущей стали, легированной бором, составили 11…12 кДж. Высота валика составила 4…5 мм, что увеличивает толщину лазерного реза, а также приводит к перерасходу дорогостоящей быстрорежущей стали.

Пример 3

Пример проводили аналогично примеру 1, но для дуговой наплавки валика диаметром 15 мм на предварительно закаленную и отпущенную заготовку конструкционной стали использовались следующие параметры: сила тока составила 55 А, напряжение 5 В. При данных режимах валик наплавили с энергозатратами 7…8 кДж. После сравнения полученных значений энергозатрат с примером 2 было доказано повышение энергоэффективности дуговой наплавки с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и снижении величины тепловложения по сравнению со схемой переноса электродного металла в дуге на постоянном токе.

Пример 4

Пример проводили аналогично примеру 1, но при токе 80 А и напряжении дуги 14 В. Данные режимы привели к образованию валика быстрорежущей стали большой толщины (3…4 мм), что также как и в примере 2 приводит к перерасходу дорогостоящей быстрорежущей стали, а также электроэнергии.

Пример 5

Пример проводили аналогично примеру 1, но при токе 30 А и напряжении дуги 5 В.

Наблюдали разбрызгивание металла, высокую волнистость, наличие участков с несплавлением между конструкционной сталью корпуса сопла и быстрорежущей сталью, легированной бором.

Пример 6

Пример проводили аналогично примеру 1, но с мощностью 6000 Вт.

Произошло существенное ухудшение качества рабочей поверхности и образование грата.

Пример 7

Пример проводили аналогично примеру 1, но с мощностью 2000 Вт. Осуществить газолазерную резку заготовки биметаллического сопла не удалось.

Пример 8

Пример проводили аналогично примеру 1, но со скоростью 3000 мм/мин. Произошло существенное ухудшение качества рабочей поверхности сопла, образовался грат.

Пример 9

Пример проводили аналогично примеру 1, но со скоростью 1500 мм/мин.

Наблюдали перегрев наплавленного металла и металла корпуса сопла, что приводило к короблению, а также к выгоранию легирующих элементов.

На основании выполненной работы можно сделать вывод, что поставленная проблема, а именно разработка ресурсо- и энергосберегающего способа, позволяющего изготавливать износостойкое биметаллическое сопло, работающее при жестких условиях абразивного износа, выполнена успешно. Предлагаемый способ позволяет существенно повысить твердость и износостойкость наплавленной рабочей полости сопла, сформировать рабочую полость с выходным отверстием требуемой формы и размеров при условии экономии сырья и энергии. Способ позволяет наладить производство наплавленных биметаллических сопел на малых предприятиях ввиду простоты технологии, а также доступности сырья и оборудования.

Производственные испытания сопел при жестком абразивном износе показали высокие эксплуатационные характеристики. Износ рабочих частей сопел уменьшился.

Изготовлена опытно-промышленная партия сопел. Предлагаемое изобретение находится на стадии лабораторно-исследовательских испытаний.

Способ изготовления износостойкого биметаллического сопла, включающий механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм, после чего проводят газолазерную резку наплавленного металла с формированием рабочей полости сопла, которую осуществляют со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт, а затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу для воспроизводимого изготовления профилированного кольцевого изделия для применения во вращающихся агрегатах с помощью кольцераскатной машины, управляемой с использованием мониторинга технологического процесса, в частности, из металлической кольцевой заготовки такого характера, что оно подвержено растрескиванию.

Предлагается система из отопителя и выхлопной трубы со встроенным глушителем, которая имеет изготовленную из перфорированного металлического листа путем круговой гибки и продольной сварки жесткую на изгиб выхлопную трубу (1), имеющую неперфорированный гнутый первый участок (2) трубы, неперфорированный второй участок (3) трубы и выполненный цельно с первым участком (2) трубы и вторым участком (3) трубы перфорированный участок (4) глушителя между первым участком (2) трубы и вторым участком (3) трубы.

Изобретение относится к области конструкций и способам изготовления диафрагменных вакуумных насосов с электроприводом. Насос содержит одноступенчатый или многоступенчатый диафрагменный насос с приводом от электродвигателя.

Изобретение относится к изготовлению цельнокатаных силовых шпангоутов из деформируемых сплавов. Осуществляют отливку заготовок-шайб методом центробежного литья в среде инертного газа путем подачи расплава во вращающуюся изложницу и раскатку заготовок-шайб.

Изобретение относится к изготовлению шарообразного защитно-декоративного наконечника ограждающих конструкций. Изготавливают отдельные отрезки изогнутых формообразующих прутков с последующим скреплением их концов, образуя головку наконечника формы шара в виде скрепленных в нижней и верхней частях пучка формообразующих прутков.

Способ включает обработку базовых поверхностей хвостовика, двугранного угла, цапфы, имеющей угловой изворот и малую опору. Предварительно в цапфе лапы изготавливают центровочные отверстия, выполненные под углом к оси двугранного угла.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению вальцовочного конуса. Конус выполнен из заэвтектоидной стали, состав которой включает следующие элементы, мас.%: С: от 2,2 до 2,4, Si: от 1,8 до 2,0, Μn: от 1 до 1,5, Сr: от 0,5 до 0,8, Ni: от 0,8 до 1,2, Мо: от 0,35 до 0,5, V: ≤0,15, Сu: от 0,2 до 0,3, S: ≤0,025, Р: ≤0,025, остальное - Fe.

Изобретение относится к области изготовления роторов электрических машин. Способ включает этапы, на которых укладывают элементы (2) ротора (1), выполненные с выступающими буртиками, друг на друга с образованием вертикальной стопки (3), выполняют соединение смежных элементов (2) ротора путем сварки или высокотемпературной пайки с неполным заполнением шва, переводят стопку (3) в горизонтальное расположение и выполняют сварку или высокотемпературную пайку смежных элементов (2) ротора с полным заполнением шва с получением готового ротора (1).

Изобретение относится к области изготовления ремней вариатора транспортных средств с использованием технологии предотвращения дефектов азотирования. В барабане, изготовленном из полимеров, осуществляют полирование замкнутого металлического кольца, прокатку очищенного кольца, азотирование и удаление прилипших полимеров.

Заплечики (9) коленчатого вала, находящиеся рядом с шатунными шейками (4) на соседних щеках (3), обрабатываются точением посредством токарного инструмента (14). Коленчатый вал вращается при этом вокруг оси (22) вращения и зажима, на которой лежит также образованная центрической коренной шейкой (2) центрическая продольная ось коленчатого вала.

Изобретение относится к способу наплавки материала на поверхность (4, 415) и может найти применение при изготовлении и ремонте корончатого хвостовика лопатки турбины.
Изобретение может быть использовано при восстановлении методом электродуговой наплавки изношенных в процессе эксплуатации железнодорожных стрелочных переводов, в частности рамных рельсов и остряков.

Изобретение может быть использовано при изготовлении ребристой панели с близко расположенными ребрами. Первое ребро приваривают к обшивке панели двумя электродами с разных сторон от ребра с колебаниями вдоль их продольных осей в противоположных направлениях.
Изобретение может быть использовано при нанесении жаростойких и износостойких слоев на детали из титана или титановых сплавов, работающих при повышенных температурах в условиях абразивного износа.

Изобретение может быть использовано при восстановлении роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Электродуговую наплавку в среде защитного газа, или пены, или флюса ведут по винтовой линии с поперечными колебаниями и наложением на электрод перпендикулярно его оси ультразвуковых колебаний с частотой не менее 15 кГц.
Изобретение относится к области сварки и наплавки и может быть использовано при ремонте изношенных или поврежденных бандажных полок лопаток турбомашин, выполненных из жаропрочных никелевых сплавов.

Изобретение может быть использовано для изготовления вращательного изделия, например, рабочего колеса, путем сварки с холодным переносом металла. Вращательное изделие содержит круговой элемент и размещенные на нем лопатки, ограничивающие по меньшей мере один внутренний проход для потока.

Изобретение может быть использовано для восстановления наплавкой изношенных поверхностей тел вращения. Электродуговую наплавку первого слоя износостойкого материала ведут по винтовой линии обратно-ступенчатым способом.
Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к восстановлению изношенных в процессе эксплуатации рабочих поверхностей крупногабаритных тел вращения и может быть использовано, в частности, для восстановления изношенных поверхностей катания железнодорожных колес.

Изобретение может быть использовано для изготовления и восстановления деталей и инструмента, работающих в условиях абразивного и других видов изнашивания. Электродуговую наплавку производят плавящимся электродом.

Изобретение может быть использовано при изготовлении стрингерных панелей, в частности, для летательных аппаратов, судов, вагонов. Каждое ребро жесткости получают путем послойной наплавки на поверхность обшивки валиков полусферической формы и деформирования каждого наплавленного валика до получения площадки плоской формы при температуре деформируемого участка, обеспечивающей восстановление упругих свойств металла наплавки. Осуществляют одновременную калибровку стенки наплавляемого ребра жесткости. Законцовку стрингерной панели выполняют в виде Т-образного профиля, при этом электроду сообщают поперечные колебания. Простой и эффективный способ изготовления стрингерных длинномерных панелей получен сочетанием технологии послойной наплавки валиков на обшивку панели с технологией деформирования металла наплавки для уменьшения короблений и поводок. Металл наплавки деформируют, когда он нагрет и пластичен, что исключает большинство возможных внутренних и внешних дефектов. Стабильность параметров наплавки и деформирования гарантирует производство стрингерных панелей из стали, сплавов алюминия и титана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллического сопла с применением наплавки его рабочей полости. Осуществляют механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Получают наплавленный слой толщиной от 1 до 2 мм. Затем проводят газолазерную резку наплавленного металла со скоростью 2300-2500 мммин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт с формированием рабочей полости сопла. Затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин. Способ позволяет увеличить твердость и износостойкость наплавленных рабочих частей. 4 ил., 9 пр.

Наверх