Способ наплавки тонкостенных элементов изделий и сварочное устройство для его осуществления

 

Использование: восстановление изношенных лезвийных поверхностей. Сущность изобретения: в способе наплавки тонкостенных элементов изделий используют присадочную проволоку, а на наплавляемый металл и сварочную ванночку воздействуют кристаллизатором, располагая его со стороны дна сварочной ванны и от боковой поверхности лезвия на расстояние 0,1-0,5 диаметра присадочной проволоки. При этом кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно боковой поверхности лезвия с амплитудой 0,01-0,3 мм и с частотой 10-50 Гц. Способ реализуется с помощью устройства, которое содержит коромысло 1, середина которого шарнирно соединена с опорой 2. Один конец коромысла 1 соединен с подвижным сердечником 3, входящим в соленоид 4, установленный на опоре 2, а второй снабжен кристаллизатором 5. Кристаллизатор 5 и соленоид 4 подпружинены по отношению к коромыслу 1. Соленоид 4 подключен к источнику питания с регулируемой частотой импульсов тока. Неподвижный по отношению к коромыслу 1 сердечник 6 соленоида 4 можно устанавливать в различных позициях, изменяя величину отхода кристаллизатора 5 от направляемой поверхности лезвия. Упорами 7 и 8 ограничивают приближение кристаллизатора 5 к поверхности лезвия, наплавляемой детали 9 и присадке 10, расположенными под сварочной горелкой 11. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сварке, в частности к способам восстановления изношенных лезвийных поверхностей, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.

Известен способ изготовления сварных соединений, при котором осуществляют горячее пластическое деформирование металла шва с одновременным воздействием на металл шва статической и ударной нагрузкой (а.с. СССР N 789258 B 23 K 28/00; B 23 K 37/06).

Известен способ сварки жаропрочных сплавов, в котором для увеличения скорости охлаждения и регулирования схемы кристаллизации, охлаждение осуществляют путем подачи двух струй газа (а.с. СССР N 414066, B 23 K 9/16, 1971).

Недостатком известных технических решений является большие припуски под механическую обработку, возможно залипание кристаллизатора. Эти способы не позволяют обеспечить качественную наплавку лезвийных поверхностей и получение требуемой формы наплавленного валика, особенно в труднодоступных местах наплавки, например, расположенных внутри корпуса.

Известен способ формирования сварочной ванночки при помощи неподвижного кристаллизатора (а.с. СССР 572346, B 23 K 9/16, 1977); известен способ изготовления сварных соединений горячим и холодным пластическим деформированием (а.с. СССР 789258, B 23 K 28/00).

В известных способах общим является расположение сварочной ванночки на кристаллизаторе, который является формообразующей площадкой. Кристаллизаторы практически не оказывают влияния на форму наплавляемых участков.

Наиболее близким по технической сущности является способ дуговой наплавки неплавящимся электродом, включающий подачу присадочной проволоки к изделию, формирование сварочной ванночки, кристаллизацию присадка с помощью кристаллизатора (а.с. СССР 1540981, B 23 K 9/16, 1987, 07.02.90).

При использовании этого способа подвижный вращающийся кристаллизатор препятствует растеканию сварочной ванночки, служит теплоотводящим элементом. В предлагаемом техническом решении кристаллизатор воздействует на сварочную ванночку и формирует наплавляемый валик. Кристаллизатор в процессе наплавки практически не нагревается, но при перемещении его и наплавляемой детали кристаллизатор интенсивно изнашивается из-за возникающих сил трения, так как находится в постоянном контакте с кристаллизирующимся металлом.

Цель изобретения разработка способа и устройства, обеспечивающих возможность наплавки лезвийных поверхностей в труднодоступных местах с минимальными припусками под обработку с высоким качеством наплавленного слоя при наплавке различных материалов с сечением наплавленного валика вытянутым в направлении лезвия, а также уменьшение износа кристаллизатора и экономия металла.

Цель достигается тем, что наплавку ведут в импульсном режиме со свободно-принудительным формированием жидкой сварочной ванночки с частотой 10-50 Гц и амплитудой воздействия 0,1-0,3 мм с боковой стороны лезвия кристаллизатором, осуществляющим возвратно-поступательное перемещение по отношению к боковой поверхности лезвия, с отводом кристаллизатора от нее на 0,1-0,5 диаметра присадки, а также перемещение вместе со сварочной ванночкой в момент контакта с ней и изменение направления при прерывании контакта кристаллизатора со сварочной ванночкой, при этом устройство для восстановления наплавкой лезвийной поверхности содержит опору, сварочную горелку, кристаллизатор, коромысло, середина которого шарнирно соединена с опорой, один конец коромысла связан с сердечником, входящим в соленоид, закрепленный на консоли опоры, а второй снабжен кристаллизатором, при этом кристаллизатор и соленоид подпружинены по отношению к коромыслу, причем соленоид подключен к источнику питания с регулируемой частотой импульсов тока, а рабочая поверхность кристаллизатора выполнена в виде части эллипсоида, определяемого по формуле где x, y значения осей координат; a большая полуось эллипса; b малая полуось эллипса; c малая полуось эллипса; h высота части эллипсоида (см. М.Я. Выгодский, Справочник по высшей математике, М. Наука, 1966, с. 205, черт. 190).

Способ дуговой наплавки неплавящимся электродом кромок кольцевого изделия состоит в том, что кристаллизатор устанавливают при лезвийную поверхность с зазором, который обеспечивает при наплавке необходимый припуск наплавленного металла для механической обработки после наплавки, конец присадочной проволоки подают к наплавляемому участку, включают сварочный ток, создают сварочную ванночку.

Наплавку острых кромок лезвий выполняют преимущественно в импульсном режиме на малых токах во избежание пережога кромок. Длительность горения основной дуги выбирают в пределах 0,2-0,5 с.

В процессе наплавки для увеличения растекаемости сварочной ванночки в направлении вершины лезвия и в сторону присадки на сварочную ванночку воздействуют кристаллизатором.

Однако за один цикл воздействия удержать ванночку в расплющенном состоянии до начала ее кристаллизации не удается. Необходимо осуществить 2-5 контактов с кристаллизатором. Кристаллизатор совершает возвратно-поступательное движение по отношению к лезвийной поверхности и воздействует на сварочную ванночку; при этом в момент контакта с ней одновременно перемещается с наплавляемой поверхностью. Сварочная ванночка формируется вытянутой в направлении вершины лезвия (расплющенной).

Минимальную частоту возвратно-поступательного движения инструмента ограничивают 10 Гц, амплитуду колебаний ограничивают 0,3 мм. Увеличение амплитуды колебаний приводит к выплеску ванночки.

При недостаточной растекаемости ванночки повышают частоту воздействия на нее, одновременно уменьшая амплитуду колебаний кристаллизатора до 0,01 мм. Меньшая амплитуда колебаний затрудняет перемещение кристаллизатора вдоль наплавки.

Повышение частоты колебаний свыше 50 Гц не дает существенного улучшения формирования наплавляемого валика. Максимально допустимое удаление кристаллизатора от вершины наплавляемого лезвия не должно превышать 0,5 диаметра присадочной проволоки. Ограничение обусловлено возможностью заклинивания присадочной проволоки между кристаллизатором и наплавляемой поверхностью.

Известно устройство для дуговой сварки, содержащее сварочную горелку, пружину и соленоид (а.с. СССР N 448097 B 23 K 9/16; B 23 K 37/06).

Способ реализуется с помощью устройства, показанного на чертеже.

В известном устройстве невозможно обеспечить наплавку лезвийных поверхностей в труднодоступных местах и высокое качество наплавки, увеличенный износ кристаллизатора, большой расход металла.

Устройство содержит коромысло 1, середина которого шарнирно соединена с опорой 2. Один конец коромысла 1 соединен с подвижным сердечником 3, входящим в соленоид 4, установленный на опоре 2, а второй снабжен кристаллизатором 5. Кристаллизатор 5 и соленоид 4 подпружинены по отношению к коромыслу 1. Соленоид 4 подключен к источнику питания с регулируемой частотой импульсов тока. Неподвижный по отношению к коромыслу 1 сердечник 6 соленоида 4 можно устанавливать в различных позициях, изменяя величину отхода кристаллизатора 5 от наплавляемой поверхности лезвия. Упорами 7 и 8 ограничивают приближение кристаллизатора 5 к поверхности лезвия, наплавляемой детали 9 и присадке 10, расположенными под сварочной горелкой 11.

Рабочая поверхность кристаллизатора 5 выполнена в виде части эллипсоида определяемого по вышеупомянутой формуле.

За счет того, что устройство содержит коромысло с шарнирным соединением, обеспечивается подвод кристаллизатора к детали и присадке.

Соединением одного конца коромысла с сердечником, входящим в соленоид, обеспечиваются колебания кристаллизатора.

За счет того, что кристаллизатор и соленоид подпружинены по отношению к коромыслу, обеспечивается возвратно-поступательное перемещение кристаллизатора.

Подключение соленоида к источнику питания с регулируемой частотой импульсов тока обеспечивает амплитуду воздействия кристаллизатора.

Устройство работает следующим образом. Кристаллизатор 5 устанавливают под лезвийную поверхность с зазором 0,5 диаметра присадки 10, обеспечивающим при наплавке необходимый припуск наплавленного металла под механическую обработку после наплавки.

Перемещением подвижного сердечника 3 и регулировкой упоров 7 и 8 регулируют усилие втягивания сердечника 3 и амплитуду колебаний кристаллизатора 5 по отношению к плоскости наплавки.

Наплавляемую деталь 9 устанавливают на кристаллизатор 5, подводят присадку 10. Включают установку: подают ток, ведут наплавку. Кристаллизатор 5 совершает возвратно-поступательное движение по отношению к лезвийной поверхности и воздействует на образовавшуюся сварочную ванночку в момент контакта с ней, при этом одновременно перемещаясь со сварочной ванночкой по наплавляемой поверхности. При размыкании контакта кристаллизатор 5 отходит в исходное положение.

Способ и устройство позволяют проводить наплавку лезвийных поверхностей в труднодоступных местах с минимальными припусками под обработку, исключается залипание кристаллизатора.

Формула изобретения

1. Способ наплавки тонкостенных элементов изделий, в котором используют присадочную проволоку, а на наплавляемый металл и сварочную ванночку воздействуют кристаллизатором, располагая его со стороны дна сварочной ванночки, отличающийся тем, что при наплавке острых кромок лезвий кристаллизатору сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно боковой поверхности лезвия с амплитудой 0,01 0,3 мм и частотой 10 50 Гц, с предварительной установкой кристаллизатора от боковой поверхности на расстояние 0,1 0,5 диаметра присадочной проволоки.

2. Сварочное устройство для наплавки тонкостенных элементов изделий, содержащее закрепленную на опоре горелку, соленоид с установленным в нем сердечником и кристаллизатор, отличающееся тем, что оно снабжено коромыслом, шарнирно соединенным с опорой, один конец которого шарнирно связан с кристаллизатором, а другой с сердечником, соленоид закреплен консольно на опоре, при этом кристаллизатор и соленоид подпружинены к коромыслу.

РИСУНКИ

Рисунок 1