CC BY
27
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ
Вип.№11
2001р.
ЗВАРЮВАЛЬНЕ ВИРОБНИЦТВО
УДК 621.791.75
Гулаков C.B.1, Псарёва И.С.2, Лаврентик O.A.3, Тарасенко И.В.4
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ НАПЛАВКИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ С РЕГЛАМЕНТИРОВАННЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ СВОЙСТВ
Показано, что для придания деталям машин и инструменту нового комплекса свойств, обеспечения их высокого качества, формирование регламентированного рельефа на рабочей поверхности целесообразно применять технологии наплавки, обеспечивающие получение швов
переменного химического состава или требуемой формы.
Существующие традиционные технологические приёмы производства деталей и инструментов, их оптимизация с позиций выбора химического состава материала изделия, дополнительной обработки: термической, термомеханической и др., не позволяют в значительной степени осуществить дальнейшее улучшение их служебные характеристики, повысить срок эксплуатации, придать им новый комплекс полезных свойств. Этим требованиям в наибольшей мере соответствуют детали и инструмент с заданным распределением свойств рабочей поверхности. Их применение позволяет стабилизировать или регламентировать характер её износа, сохранить в процессе эксплуатации заданный ранее рельеф или профиль, повысить сопротивляемость воздействию внешних факторов: циклическим теплосменам, износу, другим видам нагрузок.
Наиболее приемлемым способом производства таких деталей, с точки зрения оптимизации технических, технологических и экономических факторов, являются сварочные технологии.
Учитывая относительно малый объём сварочной ванны и последовательное формирование рабочего слоя в виде наплавляемых валиков, возможно получение в процессе наплавки металла переменного химического состава, профиля; управления формой шва, процессом его кристаллизации, полезного использования гетерогенности его характеристик и др.
Задача создания слоёв переменного химического состава в процессе дуговой наплавки в настоящее время достаточно полно решена для вариантов с плавным изменением состава и свойств отдельных участков с протяженностью, превышающей длину сварочной ванны [1]. Эти ограничения обусловлены особенностями формирования наплавляемого валика, буферным влиянием сварочной ванны [2], что усложняет процесс получения рабочих слоёв с регламентированным распределением свойств с участками ограниченных размеров, особенно при многослойной наплавке.
Однако, часто требуется формировать разнородные участки весьма малой протяжённости с большими градиентами, а порой и дискретным характером изменения свойств [3].
Предложен ряд технологических приёмов сокращения протяженности участков и увеличения градиента изменения их свойств при дуговой наплавке рабочего слоя путём перелегирования металла шва в переходных зонах, управления траекторией перемещения электрода по определённому закону и др. [4]. Это потребовало разработки и применения достаточно сложного автоматизированного оборудования [5,6].
Сдерживает развитие таких технологий отсутствие полной информации о процессах, происходящих в сварочной ванне, условиях её формирования и других факторах, определяющих регламентированный характер распределения свойств наплавляемого слоя. В этой связи авторами проводятся исследования и
1 ГТГТУ, д-р техн.наук, проф.
2 ГТГТУ, аспирант
3 ГТГТУ. аспирант
4 ГТГТУ, аспирант
получен ряд новых результатов в области плавления материалов, участвующих в формировании шва при дуговой наплавке под слоем флюса.
Для получения наплавкой рабочего слоя с дискретным изменением свойств отдельных участков ограниченной протяженности необходимо применять технологические процессы, исключающие наличие сварочной ванмы или резко ограничивающие её размеры. К таким технологическим процессам относится электроконтактная наплавка.
Учитывая малую зону расплавления, соизмеримую с диаметрами контактных частей торцов электродов, ограниченные условия перемешивания жидкого металла, а в отдельных случаях и полное отсутствие расплавленной зоны, можно получать высокие градиенты изменения свойств наплавленного слоя, обеспечивать наплавку слоев очень малой толщины и сложной формы.
Использование процесса электроконтактной наплавки позволяет, создав (синтезировав) предварительно на наплавляемом материале требуемый закон распределения состава и свойств, приварить его на рабочую поверхность детали, сохранив это распределение.
Сложностью в реализации данной технологии является возможность появления дефектов сплавления основного металла с наплавленным при одномоментной контактной наплавке материала с большой площадью поверхности, что связано с неконтролируемым распределением линий электрического сварочного тока в зоне сплавления. В настоящее время ведутся комплексные работы по решению этой задачи. Большие возможности в управлении свойствами наплавляемого слоя, в улучшении его служебных характеристик даёт наплавка его швами регламентированной формы |7|, одним из вариантов формы которых являются зигзагообразные швы [8], Применение деталей с наплавленным рабочим слоем швами зигзагообразной формы позволяет минимизировать появление избирательного неравномерного износа, обусловленного неоднородностью свойств наплавленного металла; повысить сопротивляемость развитию трещин разгара и переходу их в магистральные кольцевые из-за торможения трещины в местах изломов шва. Развитие трещин в глубь наплавленного слоя тормозится за счёт того, что в каждом последующем слое шаг зигзагов смещается на половину периода колебания электрода в направлении вектора скорости сварки (рис. 1). Это ведёт к тому, что продольные оси швов в каждом последующем слое перпендикулярны осям швов в предыдущем слое. Так как трещины разгара, в основном, развиваются вдоль шва, а
поперёк шва сопротивление развитию трещины максимально, появившаяся в верхнем слое трещина затормозится в развитии в глубь металла, встретившись со смежным слоем, в котором резко ухудшаются условия для её роста.
Исключением являются вершины перегибов зигзагообразных швов, оси 1 которых в этой области совпадают во всех слоях и направлены по окружности наплавляемой детали цилиндрической формы (рис.2а). При таком расположении осей швов в последовательных слоях трещины разгара распространяются на этих участках в глубь наплавленного слоя беспрепятственно, образуя глубокие кольцевые трещины, снижающие эксплуатационные характеристики наплавленной детали.
Для устранения этого недостатка в чередующихся слоях в вершинах перегибов необходимо также обеспечить пересечение осей швов под углом, близким к прямому. Это достигается тем, что после наплавки одного слоя зигзагообразными швами 1 осуществляют наплавку продольных швов 3, проходящих через вершины перегибов зигзагообразных швов наплавленного слоя (рис.26). При этом наплавку таких швов производят через один перегиб, после чего наплавляют зигзагообразными швами очередной слой 2. Поверх этого слоя опять наплавляют продольные швы 4, но уже через перегибы, расположенные над перегибами швов предыдущего слоя, не подвергшиеся продольной наплавке (рис.26).
Рис. 1 - Схема наплавки рабочего слоя зигзагообразными швами
Такая технология позволяет сформировать рабочий слой, в котором наплавленные швы каждого последующего слоя в любом месте пересекают швы предыдущего слоя под углом, близким к прямому, обеспечивая максимальную стойкость рабочей поверхности к развитию в глубь трещин разгара.
Рис. 2 - Схема наплавки рабочего слоя
Наплавка рабочих поверхностей зигзагообразными швами позволяет также сформировать на этих поверхностях рельеф требуемой формы. Такой рельеф необходимо наносить, например, на рабочую поверхность прокатных валков клети окалиноломателя; для улучшения условий захвата прокатываемой заготовки и в ряде иных случаев.
Для формирования кольцевого ряда лунок (рис.За) при наплавке рабочей поверхности зигзагообразными швами однократно увеличивают длину одного прямолинейного участка
зигзагообразного шва (заштрихованный валик на рис.За) и осуществляют колебания электрода с прежними параметрами (амплитудой и частотой).
Сократив после наплавки определённого участка зигзагообразного шва длину любого его участка, не параллельного удлинённому ранее участку, на ту же величину, на которую ранее было произведено приращение, формируют очередной кольцевой ряд лунок, расположенных под углом к предыдущему.
Нанести лунки в процессе наплавки рабочего слоя прокатных валков зигзагообразными швами можно, изменяя частоту колебаний электрода. Для этого после целого числа оборотов валка при наплавке периодически дискретно изменяют частоту колебаний электрода в два раза попеременно в сторону уменьшения и увеличения. При этом колебания электрода во время наплавки каждой пары смежных участков с различным периодом совмещают по фазе, а фазы колебаний смежных пар участков смещают на половину периода колебаний большей частоты в направлении вектора скорости наплавки (рис.36).
Наплавка рабочего слоя швами криволинейной (дугообразной) формы при изготовлении засыпных аппаратов доменных печей [9] позволяет существенно повысить, стабилизировать его качественные характеристики, что положительно сказывается на сроке службы аппаратов, улучшает условия протекания технологического процесса.
Выводы
Применение технологических процессов наплавки рабочего слоя деталей и инструмента швами переменного химического состава и свойств позволяет регламентировать характер износа, обеспечивая оптимальные условия их эксплуатации, снижение энергопотребления, увеличение срока службы.
Для повышения стойкости деталей машин к действию внешних нагрузок, формированию и стабилизации в процессе износа требуемого рельефа их рабочую поверхность целесообразно наплавлять швами регламентированной формы, например, зигзаго-, дугообразными.
Перечень ссылок
1. Повышение работоспособности прокатных валков наплавкой слоя с изменяющейся по длине бочки износостойкостью / Л.КЛещинский, C.B. Гулаков, Б.И. Носовский и др. // Автоматическая сварка,- 1978,- №3,- С. 57-62.
2. Гулаков C.B., Носовский Б.И .Особенности получения швов с регламентированным распределением химических элементов по длине // Сварочное производство.- 1982,- №7,- С. 10-11.
3. A.c. 995931 СССР, МКИ В21В 27/02. Прокатный валок.
4. A.c. 952492 СССР, МКИ В23К 9/04. Способ электродуговой наплавки.
5. Гулаков C.B., Носовский Б.И. Программное устройство для наплавки слоя металла с переменным химическим составом // Автоматическая сварка.- 1985,- №2,- С. 55-57.
6. Сас A.B., Гулаков C.B., Носовский Б.И. Управление сложными технологическими процессами дуговой сварки и наплавки // Сварочное производство.- 1985,- №8,- С.30-32.
7. Гулаков C.B., Иванов В.П., Псарёва И.С. Управление траекторией перемещения электрода при дуговой наплавке прокатных валков // Удосконалення процсав та обладнання обробки тиском в металургн i машинобудуванш: Науков1 пращ ДДМА,- Краматорськ, 2000,- С. 322-324.
8. Заявка 2122925, МКИ В21В 27/02, В23К 9/04. Roll (Англия).
9. Псарёва И.С., Иванов В.П. Совершенствование технологии наплавки конусов и чаш засыпных аппаратов доменных печей // Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук, пр.- Mapiyno.ib. 2000,-Вип.Ю,- С. 213-216.
Гулаков Сергей Владимирович. Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой «АТП и П», окончил Ждановский металлургический институт в 1970 г. Основные направления научных исследований - теоретические и технологические основы сварки (наплавки), новые технологии и автоматизированное оборудование в области наплавки.
Псарёва Ирина Сергеевна. Аспирант кафедры «О и ТСП», окончила Приазовский государственный технический университет в 1994 г. Основные направления научных исследований - изучение процессов формирования сварочной ванны и швов при дуговой наплавке.
Лаврентик Ольга Александровна. Аспирант кафедры информатики, окончила Приазовский государственный технический университет в 1996 г. Основные направления научных исследований - физика металлов.
Тарасенко Ирина Викторовна. Аспирант кафедры «О и ТСП», окончила Приазовский государственный технический университет в 1995 г. Основные направления научных исследований - изучение процессов формирования сварочной ванны и швов при дуговой наплавке.
Статья поступила 11.01.2001.
