Способ наплавки углеродистых сталей под флюсом

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости валов, наплавленных хромоникелевой аустенитной сталью, например при восстановлении деталей автомобильной и сельскохозяйственной техники. Наплавка осуществляется с подачей в зону охлаждения сжиженного азота в интервале температур 500-800^oС. Струю азота подают через кордощетку, вращающуюся с частотой 500-1500 мин^-1 в одном направлении с деталью. Угол между осями вращения детали и кордощетки изменяется от 45 до -45^o с частотой, большей частоты вращения детали в 2-4 раза. Способ позволяет повысить твердость наплавленного слоя и производительность труда при восстановлении деталей наплавкой. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости валов, наплавленных хромоникелевой аустенитной сталью, например при восстановлении деталей автомобильной и сельскохозяйственной техники.

Известен способ наплавки хромоникелевыми аустенитными материалами углеродистых сталей в среде инертного газа, под флюсом с принудительным охлаждением струей сжиженного азота (Способ дуговой обработки. А. С. 1393562, В 23 К 9/04, 1988 - 4 с.), заключающийся в том, что струю сжиженного азота подают в зону охлаждения через порошкообразную медь в интервале температур 500-800^oС.

Недостатком этого способа является относительно низкая твердость слоя металла, наплавленного под слоем флюса. При наплавке деталей под флюсом известным способом порошковая металлическая масса осуществляет лишь силовое безударное воздействие и не освобождает наплавленный слой от корки флюса. Флюс препятствует отводу тепла при охлаждении наплавленного слоя, в результате чего твердость наплавленного слоя остается недостаточно высокой. Кроме этого, необходимость удаления корки флюса перед последующей механической обработкой значительно увеличивает общую трудоемкость восстановления деталей.

Изобретение направлено на повышение твердости наплавленного слоя и производительности труда при восстановлении деталей наплавкой. Это достигается тем, что наплавку ведут аустенитными электродными материалами углеродистых сталей под флюсом с принудительным охлаждением струей сжиженного азота, подаваемого в зону охлаждения в интервале температур 500-800^oС, причем струю азота в зону охлаждения подают через кордощетку, вращающуюся с частотой 500-1500 мин^-1 в одном направлении с деталью, причем угол между осями вращения детали и щетки изменяется от 45^o до (-45^o) с частотой, большей частоты вращения детали в 2-4 раза.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленный способ отличается от прототипа тем, что струю азота в зону охлаждения подают через кордощетку, вращающуюся с частотой 500-1500 мин^-1 в одном направлении с деталью, причем угол между осями вращения детали и щетки изменяется от 45^o до (-45^o) с частотой, большей частоты вращения детали в 2-4 раза.

На фиг.1 изображена схема реализации предлагаемого способа.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг. 3 изображена схема изменения угла между осями вращения детали и кордощеткой.

Согласно способу на вращающуюся деталь 1 (фиг.1) подается наплавочная электродная проволока 2. Из бункера 4 на деталь подается флюс 3. Расплавляясь, флюс создает защиту сварочной ванны от воздействия азота и кислорода воздуха. Для предотвращения стекания металла ванны электродная проволока 2 смещена относительно детали в сторону, противоположную направлению вращения на величину l. После расплавления флюс создает на поверхности наплавленного металла 5 корку 6. К валу 1 на расстоянии от сварочной ванны, обеспечивающем остывание наплавленного металла до температуры 500-800^oС, прижата кордощетка 7, имеющая в корпусе радиальные и осевое отверстия (фиг.2), обеспечивающие подачу сжиженного азота. Кордощетка вращается в одном направлении с деталью с частотой 500-1500 мин^-1. При этом угол между осями вращения кордощетки и детали изменяется в пределах от 45^o до (-45^o) посредством колебаний щетки, осуществляемых с частотой, в 2-4 раза большей частоты вращения детали (фиг. 3). Трубка 8 соединяет корпус кордощетки с сосудом Дюара. Как и в известном способе (см. фиг.1), в сосуде Дюара, содержащем жидкий азот 9, установлена электрическая спираль 10, выполненная с возможностью подключения к источнику питания 11.

Электрическая спираль 10 нагревает жидкий азот. Образовавшиеся пары 12 оказывают давление на сжиженный азот 9 и вытесняют его по трубке 8 к корпусу вращающейся кордощетки 7. Кордощетка, вращаясь с частотой 500-1500 мин^-1, за счет ударного силового воздействия на обрабатываемую поверхность освобождает наплавленный металл от корки флюса. Сжиженный азот, поступая по осевому и радиальным отверстиям на деталь, производит отбор от наплавленного на вал 1 металла тепла. Ворс кордощетки препятствует образованию паровой фазы на поверхности детали. Вместе с тем, поскольку азот поступает на деталь, свободную от корки флюса, отвод тепла осуществляется интенсивнее по сравнению со способом, описанным в прототипе.

Пример реализации способа.

С использованием наплавки под флюсом восстановлены цилиндрические образцы, изготовленные из стали 25ХГНМТ диаметром 50 мм в количестве 24 штук. Наплавку 12 из них осуществили способом, изложенным в прототипе. Остальные детали наплавляли предлагаемым способом.

При наплавке использовали проволоку Нп-0ХГСА и флюс марки АН-348А. Основные параметры режима для известного и предлагаемого способов наплавки выбраны одинаковыми: - сила сварочного тока 140-150 А; - напряжение дуги 18 В; - вылет электрода 2-4 мм; - шаг наплавки 3 мм; - скорость наплавки 16-24 м/ч; - частота вращения детали 1,8 мин^-1; - частота изменения угла между осями вращения детали 2-4.

При наплавке предлагаемым способом жидкий азот в зону охлаждения подают в интервале температур 500-800^oС, частота вращения щетки составила 500-1500 мин^-1. Угол между осями вращения составлял 45^o-(-45^o).

После наплавки детали подвергались механической обработке для получения номинального размера. Механическую обработку осуществляли на круглошлифовальном станке марки 3А432. При этом у всех образцов удаляли одинаковую толщину металла.

Восстановленные детали испытывались на твердость. При этом замерялось время, необходимое для наплавки, удаления корки флюса и механической обработки. Результаты испытаний подвергали статической обработке (см. таблицу).

Анализ таблицы показывает, что максимальной твердости достигают образцы 19-24. Вместе с тем, время на восстановление образцов 22, 23, 24 превышает время восстановления образцов по способу, указанному в прототипе, и составляет 10,1 мин. Причиной этого может быть высокая твердость наплавленного слоя. Кроме этого, при обработке наплавленного слоя с частотой вращения более 1400 мин^-1 значительно снижается ресурс кордощетки. Это позволяет считать значения технологических факторов (α = 45^o - (-45^o)); h=1400 мин^-1 наиболее рациональными.

Формула изобретения

Способ наплавки аустенитными электродными материалами углеродистых сталей под флюсом с принудительным охлаждением струей сжиженного азота, подаваемого в зону охлаждения в интервале температур 500-800^oС, отличающийся тем, что струю азота в зону охлаждения подают через кордощетку, вращающуюся с частотой 500-1500 мин^-1 в одном направлении с деталью, причем угол между осями вращения детали и кордощетки изменяется от 45 до - 45^o с частотой, большей частоты вращения детали в 2-4 раза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4