CC BY
72
УДК 629.113.004.67
А.Н. Виноградов, М.А. Лутахов, В.В. Мешков, Д.В. Кузнецов СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАПЛАВКОЙ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Приводится описание способа и устройства для наплавки, в котором в дополнение к плавящемуся электроду в наплавочную ванну вводят заземленную присадочную проволоку - стальную легированную или из цветных металлов и сплавов. Применение легирующих материалов и цветных сплавов, по отдельности или совместно, позволяет значительно увеличивать твердость и износостойкость, а также за счет отбора тепла снизить склонность наплавленного слоя к образованию микротрещин.
Восстановление поверхностей, наплавка.
A.N. Vinogradov, M.A. Lutakhov, V.V. Meshkov, D.V. Kuznetzov
WAYS AND DEVICES FOR WELD DEPOSIT RESTORATION OF ROTATION BODIES SURFACES
The article presents the description of a way and the device for weld deposit in which in addition to melting down to an electrode in the weld pool induct the earthed filler wire - steel alloyed or from nonferrous metals and alloys. It is shown that the application of alloying materials and nonferrous metal alloys, separately or in common, allows to increase considerably hardness and wear resistance, and also at the expense of selection is warm to lower propensity the built-up layer to formation of micro cracks.
Surface reconditioning, surfacing.
Существующие способы восстановления наплавкой изношенных поверхностей деталей предполагают получение твердости наплавленного слоя в пределах 20...45 HRC без дополнительной обработки. Причем, если наплавлять проволоками из сталей, подверженных термообработке (например, 30ХГСА), то возможно упрочнение
наплавленного слоя введением дополнительной термической операции. Некоторые наплавочные покрытия (например, Св-08 Х20Н9Г7Т), обладающие антикоррозионными свойствами, не воспринимают закалку и могут быть упрочнены только пластическим деформированием (обкаткой шариками или роликами). Применение дополнительной обработки не всегда возможно, а в некоторых случаях недопустимо. Кроме того, даже применив рассмотренные способы поверхностного упрочнения наплавленного слоя, не всегда удается достичь заданных физико-механических характеристик рабочих поверхностей.
Предлагаемый способ сварки и наплавки может быть применен для восстановления как поверхностей тел вращения, так и плоских поверхностей, в том числе деталей автомобилей из легированных сталей с высоким содержанием углерода.
Существуют способы дуговой сварки мартенситных сталей [1,2], при которых сварку осуществляют аустенитным электродом, и присадочную проволоку подают на расстоянии от электрода, равном не менее 0,25 длины сварочной ванны, а металл присадочной проволоки выбирают с температурой солидуса не менее температуры солидуса металла электрода и нагревают присадочную проволоку до температуры нижней границы температурного интервала хрупкости.
Недостатками этих способов является то, что не регулируется скорость подачи проволоки, а также требуется дополнительный нагрев присадочной проволоки электрическим током.
Известен также способ получения наплавленного металла с заданными свойствами при автоматической дуговой наплавке [3], предполагающий изготовление материала для наплавки, содержащего флюс с введенными в его состав износостойкими порошковыми ферросплавами для легирования наплавленного металла. Материал для наплавки изготавливают путем механического смешивания ферросплавов и флюса с одновременным добавлением в качестве связующего вещества натриевого жидкого стекла, последующей просушки при температуре до 50°С, прокалки при 300°С и его
грануляции. недостатком этого спосооа наплавки (флюса) - процесс трудоемкий качественные.
За рубежом нашло применение устройство для наплавки с двойной подачей сварочной проволоки, разработанное Вильямом Р. Глисоном, рис. 1 [4]. Суть его в том, что в сварочный аппарат установлены одновременно две сварочные проволоки с различными характеристиками. Таким образом, обеспечивается быстрая замена одной проволоки на другую, что позволяет получать покрытия с разными
свойствами. Однако в процессе наплавки всегда участвует только одна из проволок, что существенно ограничивает возможность управления свойствами наплавочных покрытий.
Наиболее близким по технической сущности является способ восстановления наплавкой поверхностей катания [5], при котором наплавка ведется в среде защитных газов аустенитным электродом, образующим наплавочную ванну, с дополнительной горячей присадкой (ДГП), которая вводится в кристаллизующуюся часть наплавочной ванны на расстоянии от плавящегося электрода. Недостатками этого способа является то, что ДГП требует подогрева электрическим током, кроме того, в данном способе не предусмотрена регулировка угла, под которым подается присадка, относительно плавящегося электрода, а также не обеспечивается подача электродом и после него.
является то, что получение материала для и дорогостоящий, а компоненты не всегда
рдтиташг 26 ига 3.694.620
Рис. 1. Устройство для наплавки с двойной подачей сварочной проволоки, разработанное Вильямом Р. Глисоном
присадки попарно перед плавящимся
Учитывая недостатки рассмотренных выше способов и устройств, была поставлена задача - разработать способ наплавки, позволяющий получать наплавочные покрытия, различные по физико-механическим и трибологическим свойствам, а также по химическому составу. Это достигается тем, что в разработанном способе осуществляется автоматическая наплавка под слоем флюса плавящимся электродом, с подачей дополнительной присадки, которая заземлена. Расстояние от присадки до плавящегося электрода, угол её наклона а или а' относительно плавящегося электрода, ее материал -стальная легированная проволока или проволока из цветных металлов и сплавов, а также расположение присадки относительно плавящегося электрода - перед плавящимся электродом или после него по ходу движения - выбираются в зависимости от требуемых физико-механических свойств наплавленного металла. Подача присадки может осуществляться перед плавящимся электродом и после него.
Присадка полностью изолирована от тока и подается отдельным подающим механизмом, обеспечивающим стабильную скорость подводимой проволоки, а также имеющим возможность плавной ее регулировки. Присадочная проволока не вносит дополнительных возмущений в наплавочную ванну и исключает возникновение дугового разряда между заземленной присадкой (ЗП) и наплавочной ванной. Применение легирующих материалов и цветных сплавов, по отдельности или совместно, позволяет значительно увеличивать твердость и износостойкость, а также за счет отбора тепла снизить склонность наплавленного слоя к образованию микротрещин. Повышение технологической прочности и износостойкости швов достигается как технологическими, так и металлургическими методами, обеспечивающими формирование твердых карбидов и ферритного подслоя по границе сплавления.
Основная проволока формирует ферритный подслой в сварочной ванне, а ЗП формирует легирующую структуру, либо твердые карбиды в центре шва, предотвращая появление горячих трещин. Кроме того, при наплавке с ЗП благоприятно изменяется термический цикл шва и околошовной зоны (ОШЗ). Уменьшается степень перегрева сварочной ванны и увеличивается скорость охлаждения в области температур кристаллизации шва, что обеспечивает повышение его сопротивляемости образованию горячих трещин.
Рис. 2. Схема подачи проволок при наплавке тремя проволоками,основной
и двумя присад°чными (вид сбоку): При наплавке швами переменного
1 - основная проволока, 2 - присадочная состава с использованием ЗП наблюдается
проволока; 3 - деталь; 4 - флюс
снижение максимальных температур
термического цикла наплавки, что
способствует повышению сопротивляемости шва образованию горячих трещин, а возможность подачи ЗП перед и после электрода предполагает получение швов различных химических составов с различными физико-механическими свойствами. Появляется возможность отказа от операций предварительного подогрева, а также закалки током высокой частоты, либо иного другого метода упрочнения, после наплавки. Процесс наплавки представлен на схеме (рис. 2).
В ОШЗ под определенным углом и на определенном расстоянии, равном от 0,5 до 2,5 мм, относительно основной проволоки подается дополнительная присадка, в количестве 0,18-0,88 от массы основной проволоки. Выбранное расстояние объясняется разницей температур в ОШЗ, чем ближе к центру, тем выше температура. При этом дополнительная присадка полностью заземлена и может подаваться как спереди, так и сзади, относительно основной проволоки, поочередно или вместе.
На рис. 2 приняты следующие обозначения: Уосн - скорость подачи основной проволоки; ¥пр - скорость подачи присадочной проволоки; ¥дет - скорость вращения детали; а - угол между основной проволокой и передней присадочной; а' - угол между основной проволокой и задней присадочной; у - расстояние между основной проволокой и передней присадочной; х - расстояние между основной проволокой и задней присадочной.
Схема расположения основного плавящегося электрода и заземленных присадок по отношению к нему представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема подачи: а - трех проволок: 1 - основной и 2 - двух присадочных; б - пяти проволок: 1 - основной и 2 - четырех присадочных (вид сверху)
Введение ЗП на определенном расстоянии обусловлено тем, что при очень близком расстоянии от центра сварочной ванны, где наибольшая температура, присадочный материал с малой температурой плавления частично будет выгорать. Введение ЗП под определенным углом обусловлено тем, что при очень острых углах подачи присадки она глубже попадает в сварочную ванну, а при больших углах - наоборот. В первом случае шов получается наиболее твердым, нежели во втором - из-за лучшей смешиваемости и распределения присадки. Введение ЗП с определенной скоростью обусловлено тем, что чем больше скорость, тем большее количество присадки будет содержаться в металле шва.
Заземление присадочной проволоки производится путем изолирующих элементов (керамики, многослойной резины и т. д.) для гарантированного отсутствия дугового разряда между присадочной проволокой и сварочной ванной.
Применение присадок на основе, например, меди, позволяет получить повышение износостойкости наплавленного шва за счет медного подслоя.
Предлагаемый способ обеспечивает:
• получение твердости наплавленного слоя от 29 до 60 ИКСэ;
• разнообразные по химическому составу слои (в том числе слоистую структуру наплавленного слоя);
• различные физико-механические свойства наплавленных слоев.
Например: наплавка вала водяного насоса 090 мм производилась на
переоборудованном токарно-винторезном станке 16К20, на котором установлена наплавочная головка с тремя подающими механизмами. Наплавка велась под слоем флюса. Основная проволока 30ХГСА, диаметром 1,6 мм, скорость подачи 2,1 м/мин. Режим наплавки: напряжение 32 В, сила тока 180-190 А, частота вращения шпинделя 1,33 мин1. Присадочную проволоку Св 08 Х20Н9Г7Т вводят спереди относительно основной, на расстоянии 1,4-1,5 мм и под углом 17-20°. Диаметр присадочной проволоки 1,2 мм, скорость подачи 3,3 м/мин, содержание 0,88 от основной. Твердость наплавленного слоя 48. ..50 HRCa.
Таким образом, применение данного способа позволит получить наплавленные поверхностные слои, стойкие к образованию горячих трещин, разнообразные по химическому составу и физико-механическим свойствам, без применения термического и других видов поверхностного упрочнения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пат. 1704982 РФ МПК5 В23К 9/18. Способ дуговой сварки мартенситных сталей / Б.Ф. Якушин, Ю.Ф. Панкеев, В.П. Синякин, Н.В. Павлов, Е.К. Грошев; заявитель МГТУ им. Н.Э. Баумана. № 4220328; заявл. 02.04.1987; опубл. 15.01.1992.
2. Пат. 2022738 РФ МПК5 В23К 9/16. Способ сварки разнородных сталей /
Г.П. Карзов, Ю.М. Журавлев, Г.Н. Филимонов, В.В. Цуканов; заявитель и патентообладатель Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов «Прометей». № 4924538/08; заявл. 03.04.1991; опубл. 15.11.1994.
3. Пат. 2175905 РФ МПК7 В23К9/04, В23К35/36, В23К35/40. Способ получения наплавленного металла с заданными свойствами при автоматической дуговой наплавке / Ю.А. Зайченко, В.В. Косаревский; заявитель и патентообладатель Инженерный центр «Сплав». № 99124173/02; заявл. 15.11.94; опубл. 20.11.2001.
4. Patent 3694620 (US) / Dual Welding Wire Feed For ARC Welder / W. Gleason. 1972. 5 p.
5. Пат. 2143962 РФ МПК7 В23К9/04, В22D19/10. Способ восстановления наплавкой поверхностей катания / В.В. Шефель, М.В. Лойко, В. Д. Стржалковский, Б.В. Парамонов, А.Д. Рожков, Б.Ф. Якушин, М.Г. Фрейдлин, И.Ю. Щавинский, В.Г. Яценко; заявитель и патентообладатель В.В. Шефель, В.М. Лойко, В. Д. Стржалковский, Б.В. Парамонов, А.Д. Рожков, Б.Ф. Якушин, М.Г. Фрейдлин, И.Ю. Щавинский, В.Г. Яценко.
№ 97104641/02; заявл. 25.03.97; опубл. 10.01.2000.
Виноградов Александр Николаевич - Vinogradov Aleksandr Nikolayevich -
доктор технических наук, профессор кафедры Doctor of Technical Sciences,
«Автомобили и автомобильное хозяйство» Professor of the Department
Саратовского государственного of «Automobiles and Automobile Economy»
технического университета of Saratov State Technical University
Лутахов Михаил Александрович - Lutakhov Mikhail Aleksandrovich -
заведующий лабораторией кафедры «Automobiles and Automobile Economy»
«Автомобили и автомобильное хозяйство» of the Department Laboratory Manager
Саратовского государственного of Saratov State Technical University
технического университета
Мешков Владимир Владимирович - Meshkov Vladimir Vladimirovich -
аспирант кафедры Post-graduate student of the Department
«Автомобили и автомобильное хозяйство» of «Automobiles and Automobile Economy»
Саратовского государственного of Saratov State Technical University
технического университета
Кузнецов Дмитрий Викторович -
аспирант кафедры
Kuznetsov Dmitriy Viktorovich -
Post-graduate student of the Department
«Автомобили и автомобильное хозяйство» of «Automobiles and Automobile Economy»
Саратовского государственного of Saratov State Technical University
технического университета
Статья поступила в редакцию 22.12.09, принята к опубликованию 25.03.10
