Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин

 

Использование: изобретение относится к восстановлению деталей машин наплавкой и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Сущность изобретения: способ осуществляют следующим образом. К восстанавливаемой поверхности вращающейся детали автоматически по касательной под малым углом подают электродную проволоку. За зоной горения дуги к детали с определенным усилием прижимают роликом полосу. Сварочная ванна образуется за счет плавления только поверхности детали. Металл сварочной ванны под действием дуги выбрасывается на поверхность полосы и покрывает ее перед зоной приварки сплошным слоем. Вращающийся за счет трения о поверхность самозатягиваемой полосы ролик затормаживается, в результате чего происходит наряду с прокаткой частичная протяжка полосы, в процессе которой соединяемые в зоне приварки металлы получают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига. Благодаря этому усиливается процесс разрушения окисной пленки на поверхности полосы. При совместной пластической деформации в зоне приварки полосы и прослойки из металла сварочной ванны достигается повышение качества соединения. 1 ил.

Изобретение относится к восстановлению деталей машин, может найти применение в различных отраслях машиностроения.

Известен способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин, при котором полосу металла, непрерывно поджимаемую роликом, приваривают к вращающейся детали, для чего источник нагрева помещают между деталью и полосой и образуют на поверхности восстанавливаемой детали сварочную ванну путем расплавления источником нагрева поверхностного слоя детали, полосу нагревают тем же источником, и в процессе поджатия полосу и полученный металл прослойки пластически деформируют (а.с. 1433739, кл. B 23 P 6/02, 1988).

Недостатком этого способа является ограниченная возможность обеспечения качественного соединения полосы с поверхностью детали, что можно объяснить следующим образом.

Соединение металлов прослойки и полосы происходит в результате разрушения окисной пленки на нагретой привариваемой поверхности полосы под действием приложенного усилия ролика, при котором сближение атомов и активация поверхностей твердых тел достигается так же, как при сварке металлов в твердой фазе, т. е. за счет их пластической деформации. Приварка осуществляется при больших скоростях, поэтому продолжительность действия силовой нагрузки ролика в зоне деформации незначительна, что вызывает вытяжку (удлинение) полосы на 7.12% и не обеспечивает качественного ее соединения с основой. Увеличение вытяжки полосы за счет повышения усилия ролика с целью интенсификации процесса разрушения окисной пленки и тем самым повышения прочности соединения при надлежащем качестве восстановленной поверхности детали невозможно вследствие чрезмерного вытеснения металла прослойки за кромки полосы.

Новизной предлагаемого изобретения является создание в зоне приварки дополнительной пластической деформации в виде сдвига соединяемых металлов путем торможения ролика.

Предлагаемое решение позволяет получить качественное соединение металлов путем усиления процесса разрушения окисной пленки на поверхности полосы и тем самым повысить качество восстановленных поверхностей деталей машин.

На чертеже изображена схема приварки полосы на поверхность изношенной детали предлагаемым способом.

К восстанавливаемой поверхности вращающейся детали 1 автоматически по касательной под малым углом к ней подают электродную проволоку 2, между которыми горит электрическая дуга 3. Непосредственно за зоной горения дуги 3 к детали 1 с определенным усилием поджимают роликом 4, расположенным под углом b полосу 5. Деталь 1 вращают с линейной скоростью (скорость приварки) 45.70 мм/с. Дуга 3, горящая между электродной проволокой 2 и деталью 1, образует на поверхности детали 1 сварочную ванну и обеспечивает направленный выброс капель 6 жидкого металла в зону 7 поверхности полосы 5, которые, налипая, покрывают ее сплошным слоем. В результате этого, а также теплового воздействия дуги 3, горящей на расстоянии от поверхности полосы 5, определяемом углом g последняя в зоне 7 нагревается. При вращении детали 1 образовавшийся на поверхности полосы 5 слой металла контактирует с расплавленной поверхностью детали 1 и под действием усилия ролика 4 образуется зона приварки 8. Вращающийся за счет трения о поверхность самозатягиваемой полосы 5 ролик 4 затормаживается колодкой 9 с фрикционной накладкой 10.

Усилие торможения изменяется пружиной 11, находящейся в жестко соединенном с втулкой 12 на оси 13 ролика 4 стакане 14. Один конец пружины 11 опирается о регулировочный винт 15, а другой о колодку 9. Такая конструктивная связь стакана 14 позволяет регулировать торможение без изменения давления ролика 4 на полосу 5. При торможении ролик 4 перекатывается по полосе 5 с проскальзыванием в зоне приварки 8, вследствие чего его линейная скорость вращения становится меньше скорости подачи полосы 5. В результате этого происходит наряду с прокаткой полосы 5 ее частичная протяжка, в процессе которой соединяемые в зоне приварки 8 металлы получают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига. При этом полоса 5 в зоне приварки 8 подвергается дополнительной вытяжке (удлинению), при которой за счет продольного течения ее металла под действием касательных напряжений площадь поверхности полосы 5 в этой зоне увеличивается еще больше, а площадь поверхности окисной пленки вследствие ее хрупкости остается неизменной, благодаря чему усиливается процесс разрушения этой пленки. При совместной пластической деформации металлов полосы 5 и прослойки 16 ускоряется образование физического контакта, активация контактных поверхностей и образование межатомных связей, т. е. создаются благоприятные условия для получения прочного соединения металлов в твердой фазе.

Таким образом, торможение ролика позволяет создать дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига соединяемых металлов в зоне приварки и тем самым повысить качество соединения привариваемой полосы с прослойкой.

Пример. Приварка полосы металла толщиной 1 мм и шириной 10 мм на образцы из стали 45 диаметром 55 мм производилась электродной проволокой Св-15ГСТЮЦА (ГОСТ 2246-70) диаметром 1,6 мм с помощью специального устройства, смонтированного на базе токарного станка. В качестве источника питания служил сварочный выпрямитель ВДГ-60IV. Диаметр прижимного ролика 50 мм, ширина 10 мм. Торможение ролика создавали с помощью колодки с фрикционной накладкой, а усилие торможения пружиной, регулируемой винтом. За управляемый параметр режима приварки была принята степень торможения, оцениваемая коэффициентом проскальзывания ролика и определяемая отношением линейных скоростей вращения детали и ролика.

Режим приварки: Полярность тока обратная Напряжение на дуге, В 26 Ток, А 300 Углы, град: a 10 b 20 g 20 Усилие прижатия ролика, H 800 Коэффициент проскальзывания 1,01.1,11 Частота вращения детали, мин^-1 16
Скорость подачи электродной проволоки, мм/с 88
Для получения сравнительных результатов при исследовании прочности соединения полосы с основой все перечисленные выше параметры режима процесса приварки, кроме коэффициента проскальзывания ролика, который изменяли в пределах от 1,01 до 1,11 через 0,02, оставляли постоянными. Полосу приваривали также без торможения ролика. Количество образцов с учетом трехкратной повторности опытов на каждом режиме составило 21, в том числе 3 образца без торможения ролика. Одновременно определяли линейные скорости вращения детали и ролика, скорость подачи полосы и ее удлинение. С увеличением торможения ролика течение металла полосы в зоне приварки усиливалось в противоположном подаче направлении и, как следствие, скорость ее самозатягивания снижалась. Качество соединения полосы с основой устанавливали металлографическим анализом шлифов и методом отслаивания.

Эксперименты подтвердили устойчивое повышение качества соединения при ведении процесса приварки полосы с торможением ролика. Наилучшее соединение наблюдалось при коэффициенте проскальзывания 1,07, что соответствовало частоте вращения ролика 16,45 мин^-1, при котором удлинение полосы составило 19,5% тогда как при приварке полосы без торможения ролика оно равнялось 11% и качество соединения было заметно низкое.

Способ обеспечивает высокое качество соединения при приварке полос малых толщин.

Формула изобретения

Способ восстановления изношенных поверхностей деталей машин, при котором полосу металла, непрерывно поджимаемую роликом, приваривают к вращающейся детали, при этом источник нагрева помещают между деталью и полосой и образуют на поверхности восстанавливаемой детали сварочную ванну путем расплавления источником нагрева поверхностного слоя детали, полосу нагревают тем же источником, в процессе поджатия полосу и полученный металл прослойки пластически деформируют, отличающийся тем, что в зоне приварки создают дополнительную пластическую деформацию в виде сдвига соединяемых металлов путем торможения ролика.

РИСУНКИ

Рисунок 1