Способ наплавки поверхности цилиндрического изделия
Изобретение относится к способам наплавки цилиндрического изделия и может быть использовано при автоматической наплавке цилиндрических изделий под слоем флюса или в защитных газах для получения износостойкого наплавленного слоя, работающего при динамических и термоциклических нагрузках в судостроении, машиностроении, металлургии. Цель изобретения получение многослойного комбинированного покрытия, стойкого против динамических и термоциклических нагрузок. Наплавку износостойким материалом выполняют при вращении цилиндра вокруг продольной оси перемещающимися вдоль образующей цилиндра с определенной скоростью двумя наплавочными головками. Вначале наплавляют крайние участки изделия, затем наплавляют износостойкое комбинированное покрытие, состоящее из валиков вспомогательной и основной наплавки. Сначала наплавляют узкие подогревные валики из мягкого материала, затем заполняют промежутки между ними основными широкими валиками из износостойкого материала, крайние участки которых стыкуются между собой на теле узких валиков. После этого заполняют впадины на широких валиках относительно мягким материалом. Полученный комбинированный слой повторяют до заданной толщины наплавки. В каждом последующем слое горелки смещают вдоль оси наплавки на половину ширины основного валика и меняют направление их перемещения на противоположное. Нижний валик, расположенный под углом к верхнему, является препятствием для распространения трещины вглубь. 1 ил. 1 табл.
Способ может быть применен при автоматической наплавке под слоем флюса или в защитных газах износостойких изделий, работающих под давлением газовой или жидкой среды или при динамических и термоциклических нагрузках, в судостроении, энергомашиностроении, металлургии. Цель способа получение многослойного комбинированного покрытия, стойкого против динамических и термоциклических нагрузок. Суть способа состоит в том, что наплавку преимущественно износостойким материалом поверхности цилиндра выполняют при вращении цилиндра вокруг продольной оси перемещающимися вдоль образующей с определенной скоростью двумя наплавочными головками, при этом вначале наплавляют крайние участки изделия одновременно двумя горелками, а затем наплавляют износостойкое комбинированное покрытие, состоящее из вспомогательной и основной наплавки. Первые вспомогательные узкие валики из мягкого материала шириной b накладывают двумя горелками, расположенными друг от друга на обеспечивающем требуемый подогрев детали расстоянии b + (2n + 1)B, где В ширина основного валика, n 0, 1, 2, 3. При этом осуществляют многократный реверс направления движения головок после поворота изделия на определенный угол, а конец и начало наплавляемых валиков совмещают. Основную наплавку из твердого износостойкого материала накладывают между вспомогательными валиками, после наплавки которых обе наплавочные головки возвращают в начало наплавки, и устанавливают их на расстоянии (2n+1)В между узкими валиками, обеспечивая соединение смежных основных валиков на поверхности вспомогательных, а затем материалом, твердость которого ниже твердости материала основных валиков, осуществляют вторую вспомогательную наплавку, выравнивающую поверхность, и получают комбинированное покрытие. Далее, повторяя указанные действия, накладывают следующие подобные слои до достижения требуемой толщины наплавки, при этом начало каждого последующего слоя смещают на величину 
а направление перемещения горелок в каждом слое изменяют на противоположное по сравнению с предыдущим слоем. На чертеже схематически изображена комбинированная наплавка, состоящая из двух слоев. На чертеже показаны тонкие вспомогательные валики 1, валики 2 основной наплавки и валики 3 второй вспомогательной наплавки, которые выравнивают поверхность слоя, состоящего из валиков 1 и 2. Ширину вспомогательных подогревающих валиков b выбирают равной (0,1. 0,26)В. Это соотношение получено с учетом разности в теплопроводности основного и наплавляемого металлов, режимов наплавки, свойств материалов и т.д. Меньшую ширину валика b 0,1В выбирают при различии коэффициентов теплопроводности основного и наплавленного металла в пределах 10.40% Ширину валика b 0,25В выбирают при различии коэффициентов теплопроводности более, чем на 50% и при наличии ограничений распространения тепла по основному металлу. Валики 2 основной наплавки имеют более высокую твердость и более низкий коэффициент линейного расширения, чем вспомогательные валики 1 и 3. Твердость верхнего слоя 3 составляет 50.55 HRC, а твердость твердого слоя 2 составляет 60.65 HRC, при этом возникают благоприятные условия для залечивания дефектов. Трещиноустойчивость предлагаемого способа наплавки также выше, чем у известных, что вытекает из физических свойств многослойной наплавки, у которой наиболее прочный слой 2, имеющий меньший тепловой коэффициент линейного расширения, как бы обволакивается более мягкими валиками 1 и 3, в результате наплавленный слой (или несколько слоев) имеют более напряженное состояние поверхностного слоя в исходном состоянии, т.е. при обычной (комнатной) температуре, а с повышением температуры до рабочей (например, при горячей прокатке) напряженное состояние поверхностного слоя уменьшается и при воздействии механических нагрузок, например, давление на валик 3 сверху вниз будет происходить как бы вдавливанием более мягкого металла валика 3 в более твердый металл валика 2, и если при этом давление приближается к пределу упругости металла валика 3, а в валике 2 возникла трещина какого-либо концентратора, то возможен эффект торможения роста трещины в валике 2 за счет замазывания ее более мягким металлом валика 3, что может иметь место при ударных взаимодействиях на валок при прокатке. Изменение направления наплавки в каждом последующем слое на противоположное и смещение начала валиков относительно начала валиков в предыдущем слое позволяют предотвратить распространение трещины в глубь детали, так как нижний валик, расположенный под углом к верхнему, является препятствием для распространения трещины вглубь. П р и м е р. При испытаниях использовались натурные макеты изделий, валки и образцы, на поверхность которых наплавлялись валики. Образец представляет собой П-образную пластину из основного металла, наплавка осуществлялась на наружную и внутреннюю поверхности образца. Уровень остаточных напряжений и локализации трещин приведен в таблице. Степень деформации пластины, т.е. изменение размеров А, В, С, D, R1, R2, R3 от наплавленных валиков по способу-аналогу и предлагаемому, показывает, что предлагаемый способ в значительной степени (на 10-30%) снижает уровень остаточных напряжений и локализует до 40% трещин в зоне первого слоя и до 15-20% трещин в зоне второго наплавленного слоя, не пропуская их вглубь основного металла в течение промежутка времени, соизмеримого с половинным сроком службы изделия. Режимы наплавки: скорость наплавки: 9-12, м/ч; сварочный ток при наплавке лентой 1250-1320 А; сварочный ток при наплавке проволочным электродом диаметром 5 мм 560-620 А; основной металл: теплоустойчивая сталь 10ГН2МФА, углеродистая сталь; наплавка первого слоя проволочным электродом диаметром 5 мм, марка СВ 07Х25Н13; наплавка второго и третьего слоев ленточным электродом 04Х19Н10Г2Б и СВ 04Х20Н10Г26 шириной 60 мм и 40 мм, толщина ленты 0,5 мм и 0,7 мм; число реверсов головок не менее 6; лента 20х13х30Х ГСА; наплавка в защитных газах; скорость наплавки 28-36, см/мин; сварочный ток (средний); 160 А; пульсация тока сварки: мин. 30 А, макс. 160 А; частота импульсаций (диапазон) 0,2-15 Гц; колебания горелки поперек шва (или под углом) 0,1-2 Гц; амплитуда колебания 10-16 мм; напряжения на дуге 12-24 В; скорость подачи электрода диаметром 2 мм 80-150 см/мин; расход защитного газа (аргон) 60-150 л/ч. Предлагаемый способ позволяет увеличить срок службы изделий, например прокатных валков, за счет увеличения их стойкости против динамических и термоциклических нагружений.
Формула изобретения
СПОСОБ НАПЛАВКИ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ, включающий вращение изделия вокруг продольной оси, при котором сначала наплавляют крайние участки изделия одновременно двумя горелками, после чего вторую горелку устанавливают на заданном расстоянии от первой и осуществляют наплавку основных валиков шириной B при одновременном непрерывном перемещении горелок с реверсом направления их перемещения вдоль оси изделия после поворота изделия на заданный угол, отличающийся тем, что, с целью получения многослойного комбинированного покрытия, стойкого против динамических и термоциклических нагрузок, перед наплавкой основных валиков на поверхность изделия наплавляют узкие вспомогательные валики шириной B из мягкого материала, для чего вторую горелку устанавливают на расстоянии от первой B + (2L + 1)B, где L кратность перемещения горелок вдоль оси наплавки при наложении основных валиков, равная 0, 1, 2 и т.д. основные валики наплавляют твердым износостойким материалом и располагают их между вспомогательными, обеспечивая соединение смежных основных валиков на поверхности вспомогательных, затем материалом, твердость которого ниже твердости материала основных валиков, осуществляют вторую вспомогательную наплавку, выравнивающую поверхность, после этого процесс повторяют и выполняют требуемое количество комбинированных слоев до получения требуемой толщины наплавки, причем начало каждого последующего слоя смещают на величину B / 2, а направление перемещения горелок изменяют на противоположное, относительно предыдущего слоя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 11-2002
Извещение опубликовано: 20.04.2002
