ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской разработки.

Разработанный способ повышает экономичность процесса наплавки путем обеспечения оптимальной толщины наплавки и уменьшения разбрызгивания и угара металла при сохранении высокой производительности процесса и высокого качества слоя.

Поставленная цель достигается тем, что поверхность детали разогревают электрической дугой, горящей между вольфрамовым электродом и деталью. Торцу присадки придают форму конуса с углом при вершине 2 (Фиг 1.). Присадку ориентируют продольной осью относительно оси вращения детали под углом =75…88 ⁰, совмещая образующую конуса присадки с образующей детали и разогревают конец присадки косвенным воздействием дуги или от постороннего источника питания до пластического состояния. При этом вектор окружающей скорости основания конуса присадки совпадает по направлению и величине с вектором окружной скорости образующей детали в точке контактирования основания конуса присадки с образующей детали, причем линию действия векторов окружных скоростей присадки и детали в точке их совпадения совмещают с наплавляемого валика.

Способ высокоскоростной аргонно-дуговой наплавки цилиндрических деталей отличается наличием новых признаков:

- торцу присадочной проволоки предварительно придают форму конуса с углом при вершине 2;

- присадку ориентируют продольной осью относительно оси вращения детали под углом =75…88 ⁰, совмещая образующую детали с образующей конуса присадки;

- разогревают конец присадки до пластического состояния;

- вектор окружной скорости основания конуса и присадки совмещают по величине и направлению с вектором окружной скорости образующей детали;

- линию действия векторов окружных скоростей присадки и детали в точке их совпадения совмещают с плоскостью, перпендикулярной оси детали и проходящей через образующую вольфрамового электрода со стороны наплавленного слоя.

Первым отличительным признаком изобретения, является придание концу присадки перед началом процесса наплавки формы конуса с углом при вершине 2 (Фиг.1)

После разогрева поверхности детали электрической дугой до температуры, близкой к плавлению, в зону горения дуги подается присадка и в момент контакта начинается наплавка первого валика. Если концу присадки не придать форму конуса, например оставить торец плоским, то в момент касания присадки с деталью (начало плавки) при постоянном осевом усилииfконтактирование присадки с деталью будет происходить геометрически по точке, то есть удельное давление присадки в месте контактирования будет выше, чем при контактировании по образующей конуса, отсюда условия формирования первого валика будут иными, валик - неравномерным по толщине, чем при стабильно идущем процессе, когда форма конца присадки поддерживается автоматически. Таким образом, при использовании этого признака обеспечиваются условия формирования первого наплавляемого валика, такие же, как и при стабильно идущем процессе наплавки.

Вторым отличительным признаком наплавки является ориентация присадки продольной осью относительно оси вращения детали под углом =75…88 ⁰ и совмещение образующей конуса присадки с образующей детали. В предлагаемом способе наплавки этот угол ближе к прямому, но не превышает 88 ⁰. За счет этого признака обеспечивается минимальная площадь контактирования присадки с деталью и минимальная площадь участка сплавления присадочного металла с основой (около точки А Фиг. 1). В случае установки присадки с углом более 88 ⁰, например 90 ⁰, контактирование присадки с деталью будет происходить по диаметральной линии торца присадки, что приведет к уменьшению приблизительно вдвое, при постоянном осевом усилииf, удельного давления присадки на деталь в месте контактирования, а это ухудшает условия формирования наплавляемого валика в точке А. Кроме того, металл присадки может намазываться на деталь слева от точки 0 (Фиг. 1) на еще недостаточно разогретую поверхность, что ухудшает качество наплавки и сплавление слоя с основой. При уменьшении угла до величины менее 75 ⁰ качество наплавляемого слоя также ухудшается, так как увеличивается площадь контактирования присадки с деталью. Кроме того, с уменьшением угла увеличивается изгибающий момент, действующий от силыf(Фиг. 2 и 4) на присадку на ее вылетеl, что приводит к усилению износа мундштука, биению конца присадки и в конечном итоге, к ухудшению условий формирования валика в точке А.

Совмещение образующей конуса присадки с образующей детали при контактировании присадки с деталью происходит автоматически, если ось присадки пересекает ось детали, а не скрещивается с ней.

Третьим отличительным признаком способа наплавки детали является разогревание конца присадки до температуры пластического состояния металла. Температура присадки на вылетеlпостепенно увеличивается от температуры мундштука на выходе присадки (около 100 ⁰c) до температуры пластического состояния стали в пределах 1000 … 1500 ⁰С, когда конец присадки еще сохраняет механическую прочность, достаточную для передачи осевого усилияf. При вращении присадки в месте ее контактирования с деталью под воздействием усилияfпроисходит пластическая деформация металла конца присадки. Металл вытесняется (выдавливается) в основании конуса. Конический конец присадки приобретает форму шляпки гриба (Фиг. 2), причем диаметр шляпки больше диаметра присадки, а края шляпки нагреваются до температуры плавления металла.

Таким образом, этот признак обеспечивает перемещение металла присадки в определенное место и в совокупности с другими признаками, переход металла присадки на деталь в точке А.

Четвертым, ранее неизвестным признаком изобретения является совпадение по направлению и величине вектора окружной скорости основания конуса присадки (Фиг. 3) и вектора окружной скорости образующей детали ₁ в точке А.

При совпадении векторов и ₁ по величине и направлению достигается следующее. Металл присадки, выдавленый в основании корпуса (шляпку гриба) и доведенный до плавления, удерживается на вращающейся присадке силами поверхностного натяжения. В точке А (Фиг. 3) расплавленный металл присадки контактирует с поверхностью детали разогретой дугой до состояния близкого к плавлению. Вследствие совпадения и ₁ в точке А нет взаимного перемещения микрообъемов металла присадки и детали, что облегчает переход микрообъема металла присадки на деталь. Этому переходу способствует также: давление электрической дуги и струя защитного газа аргона, истекающая из сопла аргонно-дуговой горелки. Участок детали вблизи точки А является миниатюрной сварочной ванной, которая находится в зоне действия электрической дуги (Фиг. 3).

Таким образом, этот признак обеспечивает условия равномерного перехода металла присадки на деталь, образования микросварочной ванны и, как следствие, образование наплавленного слоя, равномерного по толщине.

Пятым отличительным признаком изобретения является совмещение линии действия векторов окружных скоростей присадки и детали в точке их совпадения с плоскостью, перпендикулярной оси детали и проходящей через образующую наплавляющегося электрода со стороны наплавляемого слоя.

Существенность этого признака определяется следующим. Зона действия дуги на поверхности детали имеет форму эллипса, большая ось которого совпадает с направлением наплавки. Центр эллипса 0 ₂ (Фиг. 3) смещен в направлении векторов , ₁ температура дуги в центре эллипса максимальная и постепенно снижается к краям эллипса. При осуществлении предлагаемого способа наплавки ширина зоны действия дуги на деталь (малая ось эллипса) приблизительно на порядок больше шага наплавкиs. Следовательно, каждый участок наплавляемой поверхности подвергается многократному тепловому воздействию в момент прохождения под дугой. При этом температура поверхности участка с каждым проходом под дугой возрастает и достигает максимума, когда участок проходит по линии АВ (Фиг. 3), совпадающий с плоскостью, перпендикулярной оси детали и проходящей через образующую неплавящегося электрода со стороны наплавленного слоя.

Если эта плоскость проходит справа от точки А (Фиг. 3), то линия наибольшего теплового воздействия дуги будет проходить по уже наплавленному слою, при этом уменьшается тепловое воздействие в точке А, уменьшается объем микросварочной ванны, а наплавленная поверхность подвергается меньшему тепловому воздействию и не нагревается до температуры, близкой к температуре плавления металла и, как результат, несплавление металла присадки с основой.

Если плоскость, перпендикулярная оси детали и проходящая через образующую неплавящегося электрода, находится слева от точки А (Фиг. 3), то линия наибольшего теплового воздействия дуги будет проходить по ненаплавленной поверхности. При этом последняя будет перегреваться и подплавляться, будет сильнее подплавляться присадка, увеличится объем микросварочной ванны. Жидкий металл с поверхности детали выдувается электрической дугой, а на поверхности детали образуется канавка, неравномерная по глубине. Присадка, скользя по канавке, формирует слой, неравномерный по толщине.

Таким образом, этот признак обеспечивает оптимальные условия существования микросварочной ванны, ее размеры и тем самым условия образования тонкого и равномерного по толщине слоя.

При осуществлении процесса наплавки по предлагаемому способу наплавляемый валик получается небольшой толщины, сплошным, хорошо сплавленным с основой и предыдущим валиком. Это достигается вследствие небольших размеров сварочной ванны и незначительного превышения температуры металла ванны над температурой плавления металла. Микрообъемы наплавляемого металла кристаллизуются сразу после выхода из зоны действия дуги за счет теплоотвода в тело детали.

Процесс наплавки протекает практически без образования брызг при правильно выбранном режиме наплавки, так как отсутствуют условия для образования брызг. Жидкий металл присадки покрывает основание конуса присадки очень тонким слоем и хорошо удерживается на присадке за счет поверхностного натяжения. Переход жидкого металла присадки на деталь происходит только в микрованне вблизи точки А, где металл постоянно находится в жидком состоянии. Брызги возникают лишь при срыве процесса, при значительном биении поверхности детали, когда происходит периодический отрыв присадки от поверхности детали.

Возможность получения слоя небольшой толщины при высоком качестве слоя и полном сплавлении с металлом детали объясняется действием всего комплекса признаков и, в первую очередь, высокой скоростью наплавки, соответствующим диаметром присадки и малыми размерами сварочной ванны.