Спосіб електродугового наплавлення чавуну

Спосіб електродугового наплавлення чавуну з попереднім і співпадаючим підігріванням і термічною обробкою після наплавлення, який відрізняється тим, що наплавлення здійснюють зі швидкістю, величину якої встановлюють у залежності від режиму, відповідно до виразу: V=(4,6-5,0)·10-3IU м/г, де I - величина зварювального струму, А; U - величина напруги на дузі, В. (19) (21) a200506805 (22) 11.07.2005 (24) 15.11.2006 (46) 15.11.2006, Бюл. № 11, 2006 р. (72) Щетинін Сергій Вікторович, Щетиніна Віра Іванівна (73) ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 зміну електромагнітного поля зварювального струму і магнітогідродинамічні явища у зварювальній ванні. При наплавленні з підвищеною швидкістю тепло не встигає розповсюджуватися перед дугою, що приводить до перегріву рідкого металу зварювальної ванни, зменшенню струму, який протікає по ванні, і електромагнітного поля зварювального струму за дугою. Змінюються магнітогідродинамічні явища у ванні, дуга відхиляється в хвостову частину ванни, зростає швидкість руху металу у хвостову частину, конвективні потоки і швидкість кристалізації металу ванни. Внаслідок високої швидкості нагріву і охолодження кількість центрів кристалізації зростає, що вповільнює ріст зерен, зменшується час перебування зварювальної ванни у рідкому стані, зерно не встигає вирости, здрібнюється структура, що забезпечує підвищення тріщиностійкості наплавлених деталей із чавуну. При електродуговому наплавленні під дією термодеформаційного циклу виникають зварювальні напруги, які приводять до утворення кристалізаційних і холодних тріщин. Чавун характеризується високою твердістю і низькою пластичністю, тому для попередження утворення кристалізаційних і холодних тріщин необхідно значно зменшувати тепловкладання і зварювальні напруги, що забезпечується при наплавленні з низькою погонною енергією і підвищеною швидкістю. Крім того, при тепловкладанні порушується рівновага сил, які діють на атоми, що приводить к мікроперекручуванню кристалічних ґрат, підвищенню мікронапруг і щільності дислокацій. Тому при зниженні тепловкладання в чавун зменшуються мікроперекручування кристалічних ґрат, мікронапруги і щільність дислокацій, механізм створення яких пов'язують з щільністю дислокацій, і забезпечується тріщиностійкість наплавленого металу. При наплавленні з низькою погонною енергією і підвищеною швидкістю значно зменшується розмір зони термічного впливу, що попереджує виникнення зони відбілу і забезпечує наплавлення чавуну. На підставі того, що тріщини виникають, коли зварювальні напруги перевищують межу міцності, зниження зварювальних напруг забезпечує підвищення тріщиностійкості і зносостійкості наплавлених деталей. Одночасне здрібнення структури, зниження зварювальних напруг, мікроперекручувань ґрат, мікронапруг і щільності дислокацій забезпечує підвищення тріщиностійкості, зносостійкості і працездатності наплавлених деталей із чавуну. Всі існуючи способи електродугового наплавлення чавуну засновані на підвищенні погонної енергії. Пропонована корисна модель заснована на ефективному способі впливу на магнітогідродинамічні явища у зварювальній ванні, одночасного зниження зварювальних напруг, мікроперекручування ґрат, мікронапруг, щільності дислокацій і здрібнювання структури за рахунок зниження по 18206 4 гонної енергії, підвищення швидкості зварювання і кристалізації. Отже, даний спосіб виявляє свої особливості одночасного зниження зварювальних напруг і здрібнювання структури тільки за певних умов, а саме при підвищенні швидкості наплавлення, величину якої встановлюють у залежності від режиму відповідно до виразу: V=(4,6-5,0)·10-3IU м/г, де I - величина зварювального струму. А; U - величина напруги на дузі, В. Виходить, ці умови є істотними. А підвищення швидкості наплавлення в заявленій закономірності, забезпечує виникнення нового ефекту впливу на магнітогідродинамічні явища, зменшення зварювальних напруг, здрібнювання структури, підвищення тріщиностійкості, зносостійкості і працездатності наплавлених деталей із чавуну. При швидкості наплавлення менше 4,6·10-3IU м/г зростає тепло внесення, зменшується швидкість нагріву, охолодження і кристалізації рідкого металу, зростає час перебування металу в рідкому стані і розмір зерна. Збільшується мікроперекручування кристалічних ґрат, що приводить до порушення рівноваги, зростання мікронапруг у наплавленому металі і росту тріщин, механізм зародження яких зв'язують з дислокаціями. Тому знижується тріщиностійкость, зносостійкість і працездатність наплавлених деталей із чавуну. При швидкості наплавлення більше 5·10-3IU м/г зростає величина струму, який тече через бокові крайки ванни і спрямовані вниз електромагнітні сили, під дією яких рідкий метал стікає з крайок, що приводить до виникненню підрізів на поверхні зовнішнього шва. Підрізи являються концентраторами напруги тому приводять к виникненню тріщин при наплавленні чавуну. Спосіб електродугового наплавлення чавуну здійснюється в такий спосіб. Деталь із чавуну закріплюється на установці. Відповідно до величину струму і напруги на дузі регулюють величину швидкості наплавлення. Електрод закорочують на деталь, яку наплавляють, засинають флюсом, і починають процес наплавлення на швидкості, величину якої встановлюють у заявленому співвідношенні від режиму відповідно до виразу: V=(4,6-5,0)·10-3IU м/г. Приклад. Вироблялося автоматичне електродугове наплавлення робочих валків із чавуну діаметром їм і довжиною бочки 3м. Наплавлення вироблялося дротом Св08Г2С під керамічним флюсом ЖСН-5. Як джерело живлення використовували випрямач ВДУ 1204. Автоматичне наплавлення вироблялось на режимі: величина струму 600-650А, напруга на дузі 32-34В. Результати проведених досліджень впливу величини швидкості наплавлення на якість формування зварних швів, тріщиностійкість, зносостійкість і працездатність наплавлених деталей із чавуну представлені в таблиці. 5 18206 6 Таблиця Спосіб Кількість прокатаного металу, тис. тонн Відомий Прототип Пропонований Швидкість зварювання V=4,6·10-3IU (93 м/г) V=5,1·10-3IU (105 м/г) V=4,6·10-3IU (96 м/г) V=5,1·10-3IU (103 м/г) Довжина тріщин,MM Знос валка, мм 500 25,0 5,0 500 500 500 500 6,0 5,0 2,0 2,0 20 1,5 0,8 0,8 У результаті проведених досліджень установлено, що електродугове наплавлення на підвищеній швидкості, величину якої встановлюють у залежності від режиму відповідно до виразу: V=(4,6-5,0)·10-3IU м/г є оптимальним. Використання пропонованого способу в порівнянні з існуючими забезпечує за рахунок підвищення швидкості наплавлення наступні переваги: - зменшення погонної енергії, тепловнесення, зростання швидкості кристалізації рідкого металу зварювальної ванни, зменшення часу перебування металу у рідкому стані і здрібнювання структури; - вплив на магнітогідродинамічні явища у зварювальній ванні, збільшення конвективних потоків, швидкості переміщення рідкого металу у зварювальній ванні і підвищення дисперсності структури; - зниження мікроперекручування кристалічних ґрат, мікронапруг, щільності дислокацій, Комп’ютерна верстка Д. Шеверун підвищення стійкості до утворення кристалізаційних і холодних тріщин; - підвищення механічних властивостей, зносостійкості і працездатності наплавлених деталей із чавуну. Упровадження пропонованого способу електродугового наплавлення при відновленні і зміцненні деталей прокатних станів із чавуну дозволяє забезпечити якісне формування наплавленого металу, підвищення тріщиностійкості, зносостійкості, працездатності, зниження витратного коефіцієнту робочих валків на тону прокату і собівартості металу. Література 1. Фрумин И. И. Автоматическая электродуговая наплавка. - М.: Металлургия, 1961-250с. 2. Восстановление и повышение износостойкости и срока службы деталей машин / Под ред. B.C. Попова - Запорожье: ОАО "Мотор Сич", 2000. - 394с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601