Способ поверхностного упрочнения стальных изделий

 

Изобретение относится к упрочняющей обработке и может быть использовано при сварке, механической обработке труднообрабатываемых сплавов с подогревом. При упрочнении поверхности короткой электрической дугой дисковыми электродами происходят частые замыкания междугового пространства каплями жидкого металла, что нарушает стабильность горения дуги и качество поверхности. Стабилизация дуги осуществляется за счет механического разрыва перемычек короткого замыкания при вращении дискового электрода. Увеличение окружной скорости до 15 - 20 м/с позволяет уменьшить интенсивность и длительность импульсов. При частоте вращения 15 - 60 с^-1 достигается высокая стабильность и устойчивость горения дуги.

Изобретение относится к обработке поверхности стальных изделий путем упрочнения и может быть использовано при сварке и механической обработке с подогревом.

Известен способ дуговой сварки неплавящимся электродом, включающий подачу защитного газа в зону сварки перпендикулярно образующим электрода и столбу дуги, а электрод при этом вращают в сторону, противоположную вращению детали [1] Недостатком этого способа является необходимость подачи защитного газа для стабилизации горения дуги.

Известен способ поверхностного упрочнения с использованием сварочной дуги и охлаждающей жидкости, при котором в качестве электрода используют пружинную проволоку, а в качестве охлаждающей среды 5%-ный раствор кальцинированной соды в воде. Питание сварочной цепи осуществляют от генератора постоянного тока [2] Недостатком способа является недостаточное качество обработанной поверхности.

Цель изобретения повышение стабильности горения дуги и качества обрабатываемой поверхности.

Цель достигается тем, что электрод вращают с окружной скоростью 15-20 м/с и частотой вращения 15-60 с^-1.

Способ применительно к деталям вращения осуществляется следующим образом.

Обрабатываемое стальное изделие вращают с заданной скоростью обработки. Дисковый электрод при этом вращают в противоположную сторону с окружной скоростью 15-20 м/с.

Между дисковым электродом и деталью зажигают короткую электрическую дугу. При горении дуги и плавлении металла происходит интенсивное каплеобразование и их выброс, при этом они перемыкают междуговой зазор, в результате чего происходит короткое замыкание (К.З.) и дуга приобретает неустойчивый режим работы. В результате имеет место интенсивный выброс металла, уменьшение глубины проплавления и ухудшение качества упрочняемой поверхности.

При вращении электрода и детали происходит механический разрыв перемычки К.З. и время замыкания определяется, как τ_к.з= где d диаметр перемычки, равный 0,5-1 мм; V₁ окружная скорость электрода; V₂ окружная скорость детали.

Таким образом, максимально возможное время существования перемычки короткого замыкания уменьшено до (0,4-0,7) 10^-4 с. Известно, что это время может достигать 0,025 с [3] Осциллографирование изменения тока и напряжения подтверждают резкое снижение времени К.З. до 0,001 с при вращении электрода с окружной скоростью 15-20 м/с. При этом резко сокращается вплоть до полного исчезновения частота следования импульсов К.З. которая при сварке на устойчивых режимах работы может достигать 2-30 имп./с [4] При увеличении скорости более 20 м/с происходит гашение дуги. В короткой дуге за счет неизбежных биений электрода происходит его касание поверхности обрабатываемой детали с частотой вращения электрода. При этом дуга работает в импульсно-динамическом режиме с частотой импульсов возбуждения (за счет касания), равной частоте вращения электрода. Оптимальное значение частоты вращения при рабочем диаметре электрода 300-100 мм находится в пределах ≈1000-3000 мин^-1. Это соответствует ≈15-60 импульсам возбуждения в секунду, что согласуется с рекомендациями по выбору предела частот при импульсно-дуговой сварке [5] П р и м е р. Деталь диаметром 120 мм вращалась с окружной скоростью 0,333 м/с. Угольный электрод на обратной полярности диаметром 200 мм с окружными скоростями 5-20 м/с, параллельно с дугой (обратной полярности) был подключен осциллограф С 8-17. При скоростях 5 м/c длительность частых импульсов К.З. составила 10 мс с колебанием тока 400 А и более, напряжения 38,5 В (до нуля). По мере увеличения скорости до 20 м/с частота и длительность редких, случайных импульсов К.З. уменьшилась до 1 мс при колебаниях тока до 40 А и напряжения до 3-4 В.

Приведенные данные [1] в сравнении с известным [4] подтверждают очень высокую стабильность горения дуги даже по сравнению с прямой полярностью металлических дуг.

Применение данного способа позволяет получить высокую стабильность горения дуги, степень, однородность и качество упрочняемой поверхности.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ с использованием сварочной дуги между электродом и изделием и охлаждающей жидкости, отличающийся тем, что используют дисковый электрод, который вращают с окружной скоростью 15 - 20 м/с и частотой вращения 15 - 60 с.^-1.