CC BY
195УДК 621.791.75
Анализ эффективности способов восстановления деталей изготовленных из высокопрочных сталей
Д.А. Чинахов, доцент, к.т.н. Е.Г. Гоигорьева, ассистент кафедры ТМС ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Юргинский технологический институт, Юрга, Россия, 652055, Кемеровская область, ул. Ленинградская д.26
e-mail :sedasch@mail.ru
В статье рассмотрены и проанализированы существующие способы восстановления деталей изготовленных из высокопрочных сталей. Даны технологические рекомендации для наплавки. Ключевые слова: сварка; сварочные материалы; порошковая проволока.
The analysis of efficiency the ways of restoration of the details made from
high-strength by stalya
D.A. Chinakhov, associate professor, Cand.Tech.Sci., E.G. Grigorieva, graduate student. FGAOU IN «National research Tomsk polytechnical university», Yurginsky institute of
technology, Yurga 652055 Russia, Kemerovo region, Yurga, Leningradskaya St. of 26 E-mail:sedasch@mail.ru
In article the existing ways of restoration of the details made from high-strength by the staly are considered and analysed. Technological recommendations for a naplavka are made.
Keywords: welding, welding materials, cored wires
Спрос на применение высокопрочных сталей постоянно увеличивается в машиностроении и в добывающих отраслях промышленности [1].
Технико-экономическая эффективность применения высокопрочных сталей по сравнению с малоуглеродистыми и обычными низколегированными сталями заключается в снижении веса и увеличения долговечности конструкции, благодаря повышенной прочности и хладостойкости.
Несмотря на высокие эксплуатационные свойства высокопрочных сталей, возникает необходимость восстанавливать детали изготовленные из данных сталей. Самым распространенным и универсальным способом восстановления является наплавка.
Но высокопрочные легированные стали относят к группе ограничено сваривающихся сталей, свариваемость которых обеспечивается при использовании специальных технологических операций [2].
Для высокопрочных сталей характерной особенностью является образование закалочных структур в шве и ЗТВ, создающих опасность хрупкого разрушения [3]. Так же данные стали чувствительны к концентраторам напряжений, что может служить причиной зарождения холодных трещин [4].
Данные свойства сталей оказывают негативное влияние и на восстановительные работы наплавкой. Поэтому актуальным становиться вопрос разработки эффективного способа восстановления деталей изготовленных из высокопрочных сталей.
Существуют различные способы наплавки высокопрочных сталей. Электродуговая наплавка получила наибольшее распространение в ремонте машин среди способов нанесения покрытий.
Электродуговая наплавка под слоем флюса является развитием ручной наплавки электродами с толстыми качественными покрытиями.
Электрошлаковая наплавка характеризуется тем, что на нагретой поверхности детали образуется ванна расплавленного флюса, в которую введен электрод, а к детали и электроду приложено напряжение. Ток, проходящий от электрода через жидкий шлак к детали, выделяет тепло, достаточное для плавления шлака и электродного металла.
Вибродуговая наплавка является разновидностью электродуговой сварки и осуществляется электродом, вибрирующим с частотой 20-100 Гц.
Импульсно-дуговая наплавка представляет собой разновидность электродуговой наплавки. В этом случае на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги с помощью специального генератора налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и уменьшают их размер.
Плазменная наплавка - это процесс нанесения покрытий плазменной струей, когда деталь включена в цепь тока нагрузки. В этом случае с помощью плазменной струи нагреваются поверхность восстанавливаемой детали и наносимый материал. Материал перемещается плазменной струей.
Сущность электромагнитной наплавки заключается в нанесении покрытия из порошка на поверхность заготовки в магнитном поле при пропускании постоянного тока большой силы через зоны контакта частиц порошка соединяются между собой и с заготовкой.
Лазерная наплавка использует в качестве источника тепла концентрированный луч лазера.
Электроконтактная наплавка является перспективным методом. Она характеризуется большой производительностью, узкой зоной температурного влияния и малым уменьшением усталостной прочности деталей [5].
Все перечисленные способы обладают некими преимуществами, но и имеют ряд недостатков, сдерживающих их широкое применение.
В настоящее время наиболее распространённым способом восстановления, является газовая наплавка. Важным недостатком данного способа в отношении высокопрочных сталей, является необходимость предварительного подогрева детали и последующей термической обработки. Так же недостатками данного способа является то, что в процессе наплавки наблюдается сильное разбрызгивание жидкого металла.
Наплавка в СО2, имея недостатки, обладает широким спектром положительных моментов, поэтому рассмотрим существующие пути предотвращения негативных явлений.
Авторы работ [6] предлагают усовершенствовать технологии наплавки для снижения вероятности образования трещин. Наплавку рабочего слоя производить в виде слоистой композиции, в которой смежные слой выполняются материалами с различными модулями упругости, обеспечивается необходимое соотношение пластических и прочностных свойств, что препятствует дальнейшему развитию трещин.
В качестве препятствий на пути развития трещин могут также служить участки наплавленного металла, ориентированные таким образом, чтобы направлению вероятного роста трещины соответствовало направление максимальной сопротивляемости его образованию трещин. С этой целью рабочую поверхность необходимо наплавлять швами непрямолинейной формы. В этом случае на пути развития трещин периодически будут встречаться участки с высокой стойкостью против их развития (поперечные участки шва). Одним из путей сдерживания процессов зарождения и развития трещин является получение наплавленной поверхности кольцевыми швами с предварительным формированием дискретных
наплавленных участков в виде точек или поперечных коротких валиков на пути будущей траектории наплавки непрерывного кольцевого шва. Для реализации усовершенствованной технологии наплавки необходимо изготовление дорогостоящего оборудования. Что является сдерживающим фактором, ограничивающим широкое применение данного способа [13].
Авторы [7] предлагают для качественного ремонта крупногабаритных деталей и узлов пользоваться гетерогенным присадочным металлом и специальной техникой наложения швов. В качестве специальной техники наплавки ремонтного шва обычно применяется обратно-ступенчатый способ при длине ступени до 120-150 мм, или, например, «горкой».
Существует и ряд других способ, в том числе с использованием модулированных режимов работы механизированного оборудования, использование импульсной подачи электродной проволоки, другие виды импульсно-дуговых процессов.
Следует отметить, что в последнее десятилетие все с большим успехом при наплавке используются полуавтоматы с импульсной подачей электродной самозащитой порошковой проволоки, в частности, при сложных ремонтах уникальной техники, с созданием особых типов наплавленных поверхностей [8]. Для реализации усовершенствованной технологии необходимо изготовление дорогостоящей самозащитой проволоки и высокая квалификация персонала выполняющего наплавочные работы. Так же для рассмотренных технологий необходимо применение оборудования соответствующего специфическим требованием. Все это является сдерживающим фактором ограничивающим широкое применение данного способа.
Одним из наиболее эффективных средств предотвращения негативных явлений в процессе наплавки в СО2 является применение порошковой проволоки. Порошковая проволока обеспечивает мягкое стабильное горение дуги, мелкокапельный перенос и минимальное разбрызгивание электродного металла, отличное формирование шва.
Повысить эффективность плавления порошковой проволоки можно различными способами: управлением током и напряжением, наложением разного рода импульсов на каплю электродного металла, добавлением в шихту редкоземельных элементов, газодинамическим воздействием на процессы в зоне сварки. Наиболее перспективным является применение порошковой проволоки трубчатой конструкции. Ее преимущества заключаются в более простой технологии изготовления и возможности обеспечения требуемого качества.
Имеется ряд работ [10-12] по газодинамическому воздействию на капельный перенос при сварке в среде защитных газов.
В работах отражены сравнительные экспериментальные исследования по влиянию традиционного (одноструйного) и разработанного двухструйного способа газовой защиты зоны сварки. Применение двухструйной газовой защиты обеспечивает по сравнению с традиционной надежную защиту сварочной ванны, измельчение структуры металла сварного шва, плавный переход от металла шва к основному, повышение механических свойств сварных соединений, уменьшает химическую неоднородность металла шва за счет более интенсивного газодинамического перемешивания расплавленного металла в сварочной ванне.
Способ сварки легированных сталей с двухструйной газовой защитой в СО2 проволокой сплошного сечения обеспечивает высокие механические свойства сварных соединений без предварительного подогрева и последующей термообработки и является ресурсо- и энергосберегающим [4].
Можно сделать вывод, что наиболее рациональным способом восстановление деталей изготовленных из высокопрочных сталей является наплавка в СО2 с применением порошковой проволоки и двухструйной газовой защиты.
Список литературы
1. Вышемирский В.Е., Состояние и основные направления развития сварочного производства ОАО «Газпром» // Сварка и диагностика. - 2009. - №1. -С. 16-19.
2. Кононенко В.Я. Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом. - Киев, ТОВ «Ника-Принт», 2007. - 266 с.
3. Петрова В.А., Баканов А.А., Вальтер А.В.,Трещиностойкость сварных соединений, методы упрочнения и контроль качества составного инструмента // V Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии и экономика в машиностроении»: сборник трудов. - Томск: Изд-во ТПУ, 2014. -С. 380-385.
4. Чинахов Д.А., Влияние режимов сварки плавлением на структуру и свойства соединений из легированных сталей: монография / Д.А. Чинахов; Юргинский технологический институт. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2010. - 114 с.
5. Рютман Х. Ремонт легковых автомобилей. - Изд-во: Патриот, 1992.
6. Чигарев В.В. Повышение работоспособности деталей и инструмента наплавкой гетерогенного слоя / В.В. Чигарев, В.П. Иванов, И.С. Псарева // Захистметалурпйних машин вщ поломок: зб. наук. пр. / ПДТУ. - Марiуполь. - 2003. -Вип. 7. - С. 234-237.
7. Мозок В. М., Лебедев В. А. Новые возможности ремонтов деталей тяжелой техники импульсно-дуговой сваркой и наплавкой вне ремзаводов // Металлообработка. - 2009. - №4. - С. 16-19.
8. Lebedev V.A., Maksimov S.Yu. Reduction in power consumption and weld quality control in welding using a controllable pulsed feed of electrode wire / International Congress on Advances in Welding Science and Technology for Construction, Energy and ansportation Systems (AWST-2011). 24-25 October 2011. - Antalya, Turkey. - 371-373 р.18 ISSN.
9. Федько В.Т., Киянов С.С., Шматченко В.С., Сапожков С.Б. Применение двухструйных сопловых устройств для сварки в среде защитных газов // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - №3. - С.12-18.
10. Чинахов Д.А. Роль газодинамического воздействия струи защитного газа на процессы сварки плавящимся электродом: монография / Д.А. Чинахов; Юргинский технологический институт. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, - 2011. - 151 с.
11. Сараев Ю.Н., Чинахов Д.А. Проблемы разработки ресурсосберегающей технологии сварки среднелегированных сталей // Современные технологии в машиностроении: сборник материалов III Всероссийской научно-практической конференции. - Пенза. - 2000. - Ч.!. - C. 125-127.
12. ^inakhov D.A. Study of thermal cycle and cooling rate of steel 30HGSA single-pass weld joints [Electronic resorces] // Applied Mechanics and Materials. - Vols. 52-54. -
2011. - p. 442-447.
13. Чинахов Д.А., Григорьева Е.Г. Особенности использования порошковой проволоки для наплавки в СО2 изношенной поверхности деталей // Актуальные проблемы в машиностроении. - 2015. - №2. - С. 143-147.
