Способ нанесения металлопокрытия на поверхность детали контактной приваркой присадочной ленты
Владельцы патента RU 2788561:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано при восстановлении и упрочнении деталей. Изготавливают присадочную ленту из легированной жаропрочной стали с размерами, соответствующими размерам восстанавливаемой поверхности детали. На восстанавливаемой поверхности детали выполняют глухие конические перфорационные отверстия, причем шаг перфорации в продольном и поперечном направлениях выбирают равным шагу выполнения сварных швов. Отверстия на поверхности детали выполняют с диаметром основания, равным половине шага перфорации, и глубиной, равной 0,5-0,7 диаметра основания отверстия. Прижимают ленту к восстанавливаемой поверхности и осуществляют ее обкатку роликом-электродом при подаче импульсов сварочного тока с выполнением сварных швов. Обкатку роликом-электродом осуществляют по перемычкам между рядами отверстий, а режим приварки выбирают из условия полного закрытия объема отверстий на поверхности детали. Способ обеспечивает повышение прочности приварки присадочных лент из легированных и жаропрочных сталей на основу из конструкционных сталей. 4 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано при восстановлении и упрочнении деталей электроконтактной приваркой присадочной ленты из легированных жаропрочных сталей.
Известен способ нанесения металлопокрытия, при котором изготавливают заготовку ленты с размерами, соответствующими размерам восстанавливаемой поверхности детали, прижимают ее к восстанавливаемой поверхности роликом-электродом и производят приварку заготовки к детали импульсами тока (Воловик Е.Л. Справочник по восстановлению деталей. - М.: Колос, 1981, с. 89-91). Недостатком известного способа является низкая прочность приварки ленты в твердой фазе. Известно, что для формирования прочных химических (металлических) связей в сварном стыке должна происходить пластическая деформация. Жесткая плоская присадочная лента при приварке практически не деформируется и поэтому прочно к детали не приваривается. Прочность сварного соединения также низкая и в случае приварки ленты на режимах, обеспечивающих образование в контакте небольших размеров сварочной ванны. При прохождении импульса тока основной отвод тепла происходит в массивный ролик-электрод из высокотеплопроводного сплава, в результате чего жидкая фаза в стыке не удерживается, а перемещается от стыка вглубь детали.
Известен также способ нанесения металлопокрытия на поверхность детали контактной приваркой присадочной ленты, включающий изготовление присадочной ленты с размерами, соответствующими размерам восстанавливаемой поверхности детали, прижатие ленты к восстанавливаемой поверхности и ее обкатку роликом-электродом при подаче импульсов сварочного тока с выполнением сварных швов. (Патент РФ 2700891, МКИ В23К 11/06, В23К 35/02, опубл. 23.09.2019, Б.И. №27).
Недостатком прототипа является низкая прочность приварки на детали из конструкционных сталей присадочных лент из легированных и жаропрочных сталей. Способ эффективен лишь при приварке перфорированных лент из углеродистых сталей на детали из конструкционных сталей. Применение присадочных лент из легированных сталей целесообразно с точки зрения упрочнения рабочих поверхностей реставрируемых деталей. Однако такие материалы сохраняют свои упругие свойства при высоких температурах и усилием ролика-электрода осаживаются недостаточно. Для формирования прочного сварного соединения в твердой фазе между присадочной лентой из легированных и жаропрочных сталей и деталью из конструкционных углеродистых сталей необходимо обеспечить достаточную пластическую деформацию в сварном стыке. Целесообразно в данном случае обеспечить поверхностную пластическую деформацию не присадочной ленты, а детали.
Цель нового технического решения - повышение прочности приварки присадочных лент из легированных и жаропрочных сталей на основу из конструкционных сталей.
Технический результат достигается тем, что в способе нанесения металлопокрытия на поверхность детали контактной приваркой присадочной ленты, включающий изготовление присадочной ленты с размерами, соответствующими размерам восстанавливаемой поверхности детали, прижатие ленты к восстанавливаемой поверхности и ее обкатку роликом-электродом при подаче импульсов сварочного тока с выполнением сварных швов, выполняют перфорационные отверстия, прижимают ленту к восстанавливаемой поверхности роликом-электродом и приваривают ее к детали импульсами тока, присадочную ленту изготавливают из легированной жаропрочной стали, на восстанавливаемой поверхности детали выполняют глухие конические перфорационные отверстия, причем шаг перфорации в продольном и поперечном направлениях выбирают равным шагу выполнения сварных швов, отверстия на поверхности детали выполняют с диаметром основания, равным половине шага перфорации, и глубиной, равной 0,5-0,7 диаметра основания отверстия, при этом обкатку роликом-электродом осуществляют по перемычкам между рядами отверстий, а режим приварки выбирают из условия полного закрытия объема отверстий на поверхности детали.
На фиг. 1 изображена деталь (вал), на восстанавливаемой поверхности которой выполнены вдоль и поперек образующей ряды глухих отверстий. На фиг. 2 показано сечение А-А вала. На фиг. 3 показан процесс электроконтактной приварки присадочной ленты на предварительно перфорированную изношенную поверхность детали. На фиг. 4 показан вид Б одного перфорационного отверстия на восстанавливаемой поверхности вала и схема перемещения металла перемычек в пластическом состоянии.
На восстанавливаемой поверхности 1 детали 2 в продольном и поперечном направлениях с шагом s выполнены глухие отверстия 3 диаметром d и глубиной t; между отверстиями 3 остаются перемычки 4. Металлопокрытие 5 формируется из присадочной ленты 6, прижатой со сварочным усилием F к восстанавливаемой поверхности 1 роликом-электродом 7.
Сущность способа заключается в следующем. Предварительно по размерам восстанавливаемой поверхности 1 детали 2 вырезают заготовку присадочной ленты 6. Перед нанесением металлопокрытия 5 восстанавливаемую поверхность 1 детали 2 перфорируют, для чего вдоль и поперек образующей с равным шагом s сверлят ряды глухих отверстий 3, между ними оставляют перемычки 4. Присадочную ленту 6 прижимают роликом-электродом 7 к восстанавливаемой поверхности 1 детали 2. Через участок электрической цепи «деталь 2 - присадочная лента 6 - ролик-электрод 7» пропускают импульсы сварочного тока, разогревают металл перемычек 4 между отверстиями 3 до пластического состояния и потери упругих свойств и осаживают усилием ролика-электрода 7. При пластической деформации металл перемычек 4 перемещают в направлении осей отверстий 3. Режим приварки выбирают из условия полного закрытия объема отверстий 3. Наибольшее значение с точки зрения обеспечения прочной приварки в твердой фазе имеет перемещение горячего металла детали 2 относительно стыковой поверхности присадочной ленты 6. При таком движении атомы соединяемых металлов вступают в физический контакт, активизируются, разрушаются и выносятся из стыка препятствующие образованию общего электронного поля плотные гидрооксидные пленки. Прочность формируемого сварного соединения обеспечивают режимом приварки и рациональным выбором параметров перфорации детали 2. Экспериментально установлено, что прочное сварное соединение формируется при шаге S сверления отверстий 3, равном шагу наложения на деталь сварных швов, диаметрах отверстий, равных половине шага перфорации, и их глубине, равной 0,5…0,7 диаметра.
Пример. Восстанавливается вал диаметром 50 мм из стали 45 ГОСТ 1050-2013 присадочной лентой из стали 30 ХГСА ГОСТ 4543-2071 размерами В=156 мм, L=100 мм и толщиной 1,5 мм. В присадке с шагом S=6 мм выполнены под углом β=2,2 град на глубину t=1,2 мм конические отверстия с диаметрами оснований d=3 мм. При приварке применялся инструмент - ролик-электрод диаметром 120 мм и шириной рабочей поверхности 7 мм. Режим приварки: сварочный ток 9 кА, усилие на инструменте 2,2 кН, длительности импульсов тока и пауз между ними соответственно 0,06 и 0,08 с, скорость приварки 20 мм/с.Обкатка присадки роликом-электродом осуществлялась по перемычкам между рядами отверстий. Прочность сварного соединения, определяемая методом разрушающего контроля, составила σ=123 МПа. При восстановлении вала известным способом на том же режиме прочность приварки была равна 45 МПа.
Способ нанесения металлопокрытия на поверхность детали контактной приваркой присадочной ленты, включающий изготовление присадочной ленты с размерами, соответствующими размерам восстанавливаемой поверхности детали, прижатие ленты к восстанавливаемой поверхности и ее обкатку роликом-электродом при подаче импульсов сварочного тока с выполнением сварных швов, отличающийся тем, что присадочную ленту изготавливают из легированной жаропрочной стали, на восстанавливаемой поверхности детали выполняют глухие конические перфорационные отверстия, причем шаг перфорации в продольном и поперечном направлениях выбирают равным шагу выполнения сварных швов, отверстия на поверхности детали выполняют с диаметром основания, равным половине шага перфорации, и глубиной, равной 0,5-0,7 диаметра основания отверстия, при этом обкатку роликом-электродом осуществляют по перемычкам между рядами отверстий, а режим приварки выбирают из условия полного закрытия объема отверстий на поверхности детали.