Производственная и ремонтная сварка чугуна с шаровидным графитом

Изобретение относится к способу обработки литых компонентов, изготовленных из чугуна с шаровидным графитом, которые применяются, например, в гидравлических машинах, в частности в паровых турбинах. Сначала локализуют частичную поверхность (3) и образуют на ней переходный слой (5) с использованием буферного присадочного материала. Параметры сварки выбирают таким образом, чтобы подвод тепла к основному материалу (2) был низким. Формируют заполняющий слой (6) на переходном слое (5) посредством способа сварки плавящимся электродом в активном газе без подогрева с использованием присадочного материала NiFe. Для переходного слоя применяют способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа и присадочный материал, содержащий по существу 65 мас.% Ni и по существу 30 мас.% Fе. При образовании заполняющего слоя применяют присадочный материал, содержащий по существу 55 мас.% Ni и по существу 30 мас.% Fe. Технический результат заключается в обеспечении свойств наплавленного металла, сопоставимых со свойствами основного материала, а также в отсутствии дефектов полученного соединения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способу образования поверхности основного материала, причём в основном материале содержится чугун.

Изготовленные из чугуна с шаровидным графитом литые компоненты применяются, например, в гидравлических машинах, например, в паровых турбинах. Эти литые компоненты могут быть крупногабаритными. При производстве литых компонентов могут образовываться литейные дефекты, например, поры или усадочные раковины. При этом, от случая к случаю, приходится решать вопрос, можно ли использовать литые компоненты с присутствующими дефектами без дополнительных мер. Сварочная обработка таких литых деталей возможна лишь условно. Так, например, сварка с применением однородного наплавляемого металла была бы затруднительной, так как требуется применять высокую температуру подогрева¸ которая должна составлять от 550 до 650°С. Другая возможность по удалению дефекта состоит в сварке с применением чужеродного присадочного материала, например, никелево-железных электродов, при которых не требуются повышенные температуры подогрева.

Разумеется при обоих видах сварки присутствует проблема, заключающаяся в том, что механические, обеспечиваемые соответствующим способом свойства часто не достигают уровня механических свойств основного материала.

Поэтому время от времени приходится решать вопрос, следует ли литой компонент отбраковывать или/и заново изготавливать.

Дефекты в чугунных компонентах приходится удалять не только при начальном изготовлении, но и при обслуживании, поскольку невозможно изготовление новых деталей в короткие сроки ревизии.

Задачей изобретения является создание способа образования поверхности основного материала, обеспечивающего более высокое качество.

Данная задача решается посредством способа образования поверхности основного материала, причём основной материал содержит чугун, при этом он включает в себя следующие операции:

- локализацию частичной поверхности,

- формирование первого переходного слоя на частичной поверхности, при этом применяется способ буферной сварки в сочетании с буферным присадочным материалом, причём параметры сварки выбираются с таким расчётом, чтобы подвод тепла к основному материалу был незначительным,

- формирование заполняющего слоя на переходном слое, причём применяется способ сварки плавящимся электродом в активном газе, при этом применяется присадочный материал NiFe и не применяется подогрев.

Оптимальные частные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом целью изобретения является создание метода сварки с применением электродуговых процессов, при котором обходятся без подогрева или только с подогревом до низких температур, при обеспечении свойств, сопоставимых с основным материалом.

Метод сварки предусматривает двухэтапный процесс с применением согласованного с задачей сварки и сварочным процессом присадочного материала, влияющего в существенной степени на качество сварки. Путём целенаправленного выбора сварочного процесса, присадочного материала и параметров сварки становится возможным предупредить дефекты как в месте соединения с основным материалом, так и в наплавляемом металле или наполнителе.

Технический результат заключается в обеспечении свойств наплавленного металла, сопоставимых со свойствами основного материала, а также отсутствие дефектов полученного соединения.

Согласно изобретению сначала создаётся посредством наплавки неоднородного металла (буферности) соединение с основным материалом. Затем, на втором этапе производится заполнение.

Посредством способа сварки/процесса сварки, согласно изобретению, возможно проводить производственную и ремонтную сварки, при которых сохраняются механические свойства основного материала. Это происходит при низких температурах (при отсутствии конденсата, при около 100°С), что, следовательно, способствует сварке на полностью или почти полностью обработанных деталях, так как минимизируется перекос из-за низкого подвода тепла.

Существенное преимущество заключается в том, что при изготовлении новых чугунных компонентов, у которых, например, при обработке резанием обнаружились литьевые дефекты, они могут быть отремонтированы сваркой согласно изобретению. Поэтому отпадает необходимость в отбраковке чугунного компонента и в проведении связанного с этим нового трудоёмкого процесса изготовления.

Для деталей, которые уже применяются и у которых, например, во время ревизии обнаружены дефекты в виде трещин, съёма материала и пр., может применяться способ согласно изобретению для их восстановления посредством сварки. Следовательно, часто не оказывается необходимым продление ревизионного периода.

Согласно первому оптимальному частному варианту выполнения основной материал содержит чугун с шаровидным графитом.

Согласно другому оптимальному частному варианту выполнения в качестве способа буферной сварки выступает сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, причём в качестве присадочного материала применяется NiFe (тип NiFe-2 согласно стандарту ЕN ISO 1071).

В качестве альтернативы может также применяться в качестве способа буферной сварки сварка плавящимся электродом в среде инертного газа, при этом в качестве присадочного материала применяется NiFe типа NiFe-1 согласно стандарту EN ISO 1071.

При создании заполняющего слоя может также применяться способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа, причём применяется присадочный материал NiFe, в частности, Ni-Fe.

Согласно другому оптимальному частному варианту выполнения перед образованием заполняющего слоя наносится второй переходный слой.

Описанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способ их обеспечения становятся более ясными и отчётливо понятными за счёт следующего описания примеров выполнения, которые подробнее поясняются со ссылками на чертеж.

Примеры выполнения изобретения описываются ниже с помощью единственной фигуры, которая не имеет решающей роли в представлении примеров выполнения. Напротив фигура, служащая для пояснения, приведена в схематическом и/или незначительно искажённом виде. Для дополнений непосредственно приведённых на чертеже технических решений делается ссылка на соответствующий уровень техники.

При этом на единственной фигуре представлено изображение в разрезе по компоненту.

На фигуре показан компонент 1, полученный способом литья. Основной материал 2 содержит чугун с шаровидным графитом. Компонент 1 имеет частичную поверхность 3, причём эта поверхность 3 выполнена в виде углубления 4. Для соединения наплавляемого металла с основным материалом 2 выбран способ сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа в сочетании с присадочным материалом NiFe (тип NiFe-2 согласно стандарту EN ISO 1071) при двухслойном выполнении, при этом параметры сварки выбраны такими, что подвод тепла к основному материалу 2 остаётся незначительным.

Таким образом на первом этапе локализуют частичную поверхность 3. На следующем этапе на частичную поверхность 3 наносится первый переходный слой 5. Благодаря подбору соответствующих параметров сварки достигается положение, при котором в месте соединения и в зоне теплового воздействия не образуются трещины и зона теплового воздействия формируется относительно узкой и равномерной. Благодаря подборку параметров сварки для второго слоя, образуемого сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа, на зону теплового воздействия, переходящую в основной материал, целенаправленно оказывается тепловое воздействие и таким образом оптимизируются механические свойства.

В качестве альтернативы наряду со способом сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа может также применяться способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа, параметры которого столь широко модифицируются, что подвод тепла к основному материалу является незначительным. В качестве присадочного материала используется NiFe (тип NiFe-1 согласно стандарту EN ISO 1071).

На следующем этапе, если двухслойная наплавка неоднородного металла не достаточна для выравнивания компонента, то наносится заполняющий слой 6 на переходный слой 5. Это достигается посредством наплавления способом сварки плавящимся электродом в среде инертного газа. При этом процессе сварки также применяется присадочный материал NiFe, который идентичен присадочному материалу, применяемому при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа для соединения с первым слоем.

Образование поверхности производится таким образом, что подогрева не происходит или же температура составляет менее 100°С.

При создании переходного слоя применяется аргон, причём при образовании заполняющего слоя применяется смесь из аргона и СО₂.

В качестве способа буферной сварки может применяться сварка плавящимся электродом в среде инертного газа, при этом используют присадочный материал, содержащий по существу 65 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.

При создании заполняющего слоя применяется присадочный материал, содержащий по существу 55 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.

В качестве способа буферной сварки может также применяться способ сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, причём как при способе буферной сварки, так и при способе сварки плавящимся электродом в активном газе применяется присадочный материал, содержащий по существу 55 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.

Хотя изобретение подробно иллюстрировано и описано посредством предпочтительного примера выполнения, однако оно не ограничивается описанными примерами и специалистом могут быть выведены другие варианты без нарушения объёма правовой охраны изобретения.

1. Способ обработки поверхности литого компонента, содержащего чугун в качестве основного материала (2), включающий в себя следующие этапы:

- локализацию частичной поверхности (3) на поверхности основного материала,

- формирование первого переходного слоя (5) на частичной поверхности (3) посредством способа буферной сварки в сочетании с буферным присадочным материалом, причём параметры сварки выбирают таким образом, чтобы подвод тепла к основному материалу (2) был низким,

- формирование заполняющего слоя (6) на переходном слое (5) посредством способа сварки плавящимся электродом в активном газе без подогрева, при этом используют присадочный материал NiFe, причем для переходного слоя применяют способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа и присадочный материал, содержащий по существу 65 мас.% Ni и по существу 30 мас.% Fe, причём при формировании заполняющего слоя применяют присадочный материал, содержащий по существу 55 мас.% Ni и по существу 30 мас.% Fe.

2. Способ по п. 1, при котором основной материал (2) содержит чугун с шаровидным графитом.

3. Способ по п. 1 или 2, при котором частичная поверхность (3) имеет углубление (4).

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором в качестве способа буферной сварки применяют способ сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа.

5. Способ по п. 4, при котором в качестве присадочного материала применяют NiFe, в частности тип NiFe-2 согласно стандарту ЕN ISO 1071.

6. Способ по любому из пп. 1-3, при котором в качестве способа буферной сварки применяют способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа.

7. Способ по п. 6, при котором в качестве присадочного материала вводят присадку NiFe, в частности тип NiFe-1 согласно стандарту ЕN ISO 1071.

8. Способ по любому из пп. 1-7, при котором перед формированием заполняющего слоя (6) наносят второй переходный слой (5).

9. Способ по любому из пп. 1-8, при котором формирование слоев проводят при температуре ниже 100°С.

10. Литой компонент (1) для гидравлической машины, содержащий чугун в качестве основного материала, поверхность которого обработана способом по любому из пп. 1-9.