Научная статья на тему 'Восстановление деталей сельскохозяйственной техники высокоскоростной дуговой наплавкой'

Восстановление деталей сельскохозяйственной техники высокоскоростной дуговой наплавкой Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
20
9
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НАПЛАВКА / ТОНКИЙ СЛОЙ / АРГОН / ВОЛЬФРАМОВЫЙ ЭЛЕКТРОД

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Машрабов Нематулла, Королькова Любовь Ивановна

Приведены особенности высокоскоростного способа аргоно-дуго- вой наплавки цилиндрических деталей и характеристики наплав- ленного слоя.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Машрабов Нематулла, Королькова Любовь Ивановна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотр
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Восстановление деталей сельскохозяйственной техники высокоскоростной дуговой наплавкой»

УДК 621.8:621.791.92

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ

V V V

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ

Н. Машрабов, кандидат технических наук, доцент Л.И. Королькова, доктор технических наук, профессор,

ФГОУ ВПО Челябинская государственная агроинженерная академия,

с. Миасское

Ключевые слова: наплавка, тонкий слой, аргон, вольфрамовый электрод Keywords: welding, a thin layer, argon, tungsten electrode

Восстановление деталей является технически обоснованным прежде всего в связи возможностью повторного и неоднократного использования 60...75% изношенных деталей, а ресурс после восстановления составляет 60...80% ресурса новых деталей. Экономически оправданным, т.к. себестоимость восстановления изношенных ремонтнопригодных деталей не превышает 30-50% цены новых, а расход материалов в несколько десятков раз ниже, чем на их изготовление.

Большинство деталей современной сельскохозяйственной техники имеют износы в пределах 0,1____0,3 мм. Доля

таких износов составляет 74%, а доля деталей типа тел вращения составляет около 64% от общего их количества [1].

Ведущее место при восстановлении занимают электро-дуговые способы, на которые приходится около 80% всех восстанавливаемых деталей. В большинстве способах неоправданно большие удельные тепловложения, достигающие до 1100-105 Дж/м2, вследствие имеют значительное термическое влияние на деталь (до 3,5 мм), большую толщину наращенного слоя (более 1,0 мм) и, как правило, значительные припуски на механическую обработку. При этом, по данным ГОСНИТИ, до 45% массы наплавленного металла снимается при последующей механической обработке. При восстановлении деталей с малыми износами масса снятого металла достигает 80%.

В результате функционального анализа способов нанесения покрытий обоснованы следующие требования к электродуговому способу при восстановления деталей с малыми износами (до 0,3 мм) - толщина слоя 0,1-0,3 х10-3 м, глубина термического влияния 0,2-0,3 х10-3 м, скорость наплавки более 200 х 10-3 м/с, удельная энергия наплавки не более 200 Дж/см2, производительность 20-30 х 10-5 м2/с, припуск на механическую обработку 0,1-0,15х10-3 м. При этом обеспечивается энерго- и ресурсосбережение при восстановлении деталей. Для достижении этих параметров процесса разработаны условия формирования слоя, а также требования отдельным агрегатам и узлам наплавочной установки.

Исследования, проведенные в ЧГАА, позволили разработать способы и средства наплавки с учетом выше приведенных требований (А.с.1827927, пат. RU 2211123, 2215624, 2266180, 2356708, 2380205, 39850). В разработанных способах переход от капельного механизма переноса металла к струйному привели к снижению потери металла на угар и разбрызгивание. Особенность способов состоит в том [пат.2211123,2356708], что после установки геометрических и технологических параметров про-

ДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ

цесса к вращающейся с высокой скоростью наплавляемой детали (в 40...50 раз большей, чем при наплавке в среде углекислого газа) и вольфрамовому неплавящемуся электроду подается напряжение от источника питания и зажигается дуга [пат.39850]. В зоне горения дуги металл детали прогревается, образуя разогретую кольцевую поверхность. После чего в анодное пятно на поверхности детали подается присадочная проволока [пат.2266180], вращающаяся с частотой около 3000 об./мин вокруг своей оси и прижимаемая с определенным усилием к детали.

Присадочная проволока в зоне контакта с прогретым кольцом детали подплавляется от дуги и дополнительного источника переменного тока (рис.1а). В момент контакта начинается образование первого наплавляемого валика. При вращении присадочной проволоки в месте ее контактирования с деталью под воздействием усилия F происходит пластическая деформация металла конца присадки. Металл вытесняется (выдавливается) в основание конуса. Конический конец присадки, подаваемый под углом, приобретает форму шляпки гриба (рис. 1б), причем диаметр шляпки больше диаметра присадки, а края шляпки нагреваются до температуры плавления металла.

При совпадении вектора окружной скорости основания конуса присадки V (рис. 1б) и вектора окружной скорости образующей детали V1 по величине и направлению в точке А отсутствует взаимное перемещение микрообъемов металла присадки и детали, что облегчает переход микрообъема металла присадки на деталь. Этому переходу способствуют также давление электрической дуги и струя защитного газа аргона, истекающая из сопла специальной аргонно-дуговой горелки [пат.2380205].

Зона действия дуги на поверхности детали имеет форму эллипса, большая ось которого совпадает с направлением наплавки. Центр эллипса 02 (анодного пятна) смещен в направлении векторов V, V1. При осуществлении предлагаемого способа наплавки ширина зоны действия дуги - малая ось эллипса в несколько больше шага наплавки, следовательно, каждый участок наплавляемой поверхности подвергается многократному тепловому воздействию в момент прохождения под дугой. При этом температура поверхности участка с каждым проходом под дугой возрастает и достигает максимума, когда участок проходит по линии АВ, совпадающей с плоскостью, перпендикулярной оси детали и проходящей через образующую неплавяще-гося электрода со стороны наплавленного слоя. Создаются наиболее благоприятные условия для процесса наплавки. Если эта плоскость проходит справа от точки А, то линия

наибольшего теплового воздействия дуги будет проходить по уже наплавленному слою, при этом уменьшается тепловое воздействие в точке А, уменьшается объем микросва-рочной ванны, а ненаплавленная поверхность подвергается меньшему тепловому воздействию и не нагревается до температуры, близкой к температуре плавления металла и, как результат, несплавления металла присадки с основой. Если плоскость, перпендикулярная оси детали и проходящая через образующую неплавящегося электрода, находится слева от точки А, то линия наибольшего теплового воздействия дуги будет проходить по ненаплавленной поверхности. При этом последняя будет перегреваться и подплавляться, будет сильнее подплавляться присадка, увеличится объем микросварочной ванны. Жидкий металл с поверхности детали выдувается электрической дугой, а на поверхности детали образуется канавка, неравномерная по глубине. Присадка, скользя по канавке, формирует слой, неравномерный по толщине.

Из теории тепловых процессов известно, что знания температурного поля (скорость нагрева и охлаждения) предопределяет получения качественного наплавленного слоя; учитывая это, разработана термодинамическая модель, блок-схема расчета температурного поля и на этой основе разработана компьютерная программа расчета температурных полей в цилиндре при действии поверхностных тепловых источников «Тепло 5.0» [2].

Разработанная программа расчета [2] позволяет для выбранных технологических параметров, теплофизических свойств материала детали, геометрических размеров детали рассчитать время подогрева поверхности детали для образования разогретой кольцевой поверхности и температурное поле в процессе наплавки, а также скорость нагрева, охлаждения и другие.

Для осуществления разработанных способов спроектирована и изготовлена наплавочная стойка (рис. 2а), а общий вид (рис. 2б) установки приведена на рисунке 2.

Наплавка осуществляется следующим образом. Устанавливают необходимый режим наплавки и параметры. Источник питания электрической дуги - выпрямитель ВДУ-1201; характеристика выпрямителя - падающая; полярность -прямая; рабочее напряжение - 10.. .14 В; ток - 480...500 А; материал - сталь 45; диаметр - 40 мм; частота вращения детали - 3 об./сек.

Вольфрамовый электрод диаметром 4 мм установлен на расстоянии 2 мм от детали; расход защитного газа аргона - 0,15 л/сек.

Присадочная проволока марки Нп65Г диаметром 2 мм; осевое усилие - 5...10Н; шаг наплавки - 0,5 мм/об.

После включения вращения детали зажигают дугу между электродом и деталью. Дугу зажигают с помощью осциллятора или коротким замыканием дугового промежутка угольным электродом. Вследствие высокой скорости вращения детали столб дуги вытягивается в сторону вращения детали, удлиняясь до величины 5.8 мм, и принимает наклонное положение по отношению к вектору скорости детали. Дуга подплавляет поверхность детали на незначительную глубину, при этом сварочная ванна в классическом виде на детали не образуется. Присадочную проволоку подают со скоростью в 1,15.1,25 раза больше скорости ее плавления, электрод относительно оси вращения проволоки отклоняют в плоскости, перпендикулярной оси вращения на 24.28° в сторону, противоположную вращению детали, а также на 16.18° по направлению наплавки. Одновременно с включением продольной подачи увеличивают мощность дуги.

Наплавка деталей на этой установке позволяет получить толщину наплавляемого слоя 0,1__0,3 мм на сторону. Про-

Рис. 1. Способ аргоно-дуговой: схема наплавки (а), особенности наплавки (Пат. 2211123)(б)

Рис. 2. Наплавочная стойка (а), общий вид установки (б)

цесс наплавки проходит практически без брызг, слой получается равномерным по толщине, припуск на последующую механическую обработку составляет 0,10.0,15 мм. Производительность установки по площади достигает 180 см2/мин., что более чем в 8...10 раз выше по сравнению с наплавкой в среде углекислого газа. За счет высокой скорости наплавки значительно снижается глубина термического влияния электрической дуги наплавляемой детали. В результате проведенных работ определены рациональные режимы процесса высокоскоростного способа аргонодуговой наплавки ВАН (табл. 1).

Таблица 1

Рациональные параметры режимов процесса ВАН

Параметр Значение

Ток дуги, А Продольная подача (шаг наплавки), мм/с Скорость наплавки, м/с Частота вращения присадочной проволоки, с-1 Усилие прижатия присадочной проволоки к детали, Н Диаметр присадочной проволоки, мм Диаметр электрода, мм Напряжение дуги, В Расход аргона, л/мин. Смещение проволоки от зенита детали, мм 450 500 1,35 1,57 0,33 0,39 50 10 20 2,0 4,0 11_13 5_7 0,5_2,0

С другой стороны, при восстановлении деталей ставится задача получения повышенных эксплуатационных характеристик покрытия. С этой целью при разработке и отладке технологий восстановления выполняется оценка широкого спектра свойств и характеристик нанесенного покрытия и восстановленной детали в целом. В их число кроме выше названных требований входят механические свойства, остаточные напряжения и характеристики усталостной прочности, химический состав, микроструктура, твердость, качество сцепления и др.[3].

Все исследования проведены с использованием образцов цилиндрической формы, изготовленных из стали 45, с наплавленным из присадочной проволоки Нп65Г. Наплав-

ку выполняли на рациональных режима процесса ВАН (табл. 1).

Результаты исследований по определению механических свойств, остаточных напряжений усталостной прочности, твердости и микроструктуры восстановленных деталей способом ВАН приведены в работах [4,5].

Способ и устройства скоростной наплавки предназначены для восстановления изношенных поверхностей цилиндрических деталей, разработан технологический процесс восстановления изношенных поверхностей деталей сельскохозяйственной техники. Решением НТС «ВНИИТУВИД -Ремдеталь» результаты проведенных работ одобрены и рекомендованы к внедрению.

Литература

1. Черноиванов В.И. Восстановление деталей машин. М.: ГОСНИТИ, 1995. 280 с.

2. Расчет температурных полей в цилиндре при действии поверхностных тепловых источников «Тепло 5.0». Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2008612210, 30.04.2008, РОСПАТЕНТ, Н. Машрабов, А.В. Геренштейн, Е.А. Геренштейн.

3. Балдаев М.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления. М.: КХТ, 2004. 134 с.

4. Машрабов Н., Игнатьев А.Г., Сучилин В.И. Свойства и характеристики поверхностного слоя при восстановлении деталей высокоскоростной аргоно-дуговой наплавкой Вестник ЧГАА, 2010. Т. 57. С. 115-122.

5. Машрабов Н., Игнатьев А.Г., Сучилин В.И. Усталостная прочность деталей, восстановленных высокоскоростной аргонодуговой наплавкой Тр. ГОСНИТИ, 2011. Т. 107. Ч. 2. С. 54-57.

Г Контактная информация:

Машрабов Нематулла, тел.: (351) 265-55-97 Королькова Любовь Ивановна, тел.: (351) 266-65-21

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.