Спосіб наплавлення тонких фасонних дисків

Реферат: Спосіб наплавлення тонких фасонних дисків, при якому на диск, оснащений тепловим і електромагнітним екранами, наносять порошкоподібний твердий сплав, нагрівають його до температури вище температури плавлення порошкоподібного твердого сплаву для отримання біметалу. Піддають диск разом з тепловим і електромагнітним екранами горизонтальній вібрації в початковий момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву до його повного розплавлення. Одночасно обертають його відносно вертикальної осі. Диск нагрівають при змінній питомій потужності в часі. UA 90132 U (54) СПОСІБ НАПЛАВЛЕННЯ ТОНКИХ ФАСОННИХ ДИСКІВ UA 90132 U UA 90132 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до споріднених із зварюванням технологій і може мати використання для наплавлення тонких фасонних дисків, які працюють в умовах абразивного спрацювання. Спосіб наплавлення тонких фасонних дисків, при якому на диск, оснащений тепловим і електромагнітним екранами, наносять порошкоподібний твердий сплав, нагрівають його до температури вище температури плавлення порошкоподібного твердого сплаву для отримання біметалу, піддають диск разом з тепловим і електромагнітним екранами горизонтальній вібрації в початковий момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву до його повного розплавлення, одночасно обертають його відносно вертикальної осі (див. пат. № 73032, МПК (2012.01) В23К 13/00, Бюл. № 17, 2012 p.). Недоліком даного способу є значні затрати електроенергії, для здійснення наплавлення за рахунок теплових втрат, які викликані конвекцією з поверхні диска, що підлягає наплавленню при постійній питомій потужності в часі. Диск, в цьому випадку, при значній її величині дуже швидко нагрівається до відповідної температури, де здійснюється інтенсивне тепловиділення в навколишнє середовище. В основу способу наплавлення тонких фасонних дисків поставлена задача розширення технологічних можливостей та збільшення економії електроенергії при наплавленні фасонних дисків, що приводить до зменшення теплових втрат в навколишнє середовище від поверхні диска. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб наплавлення тонких фасонних дисків, при якому на диск, який оснащений тепловим і електромагнітним екранами, наносять порошкоподібний твердий сплав, нагрівають його до температури вище температури плавлення порошкоподібного твердого сплаву для отримання біметалу, диск разом з тепловим і електромагнітним екранами піддають горизонтальній вібрації в початковий момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву до його повного розплавлення, одночасно обертають його відносно вертикальної осі, згідно з корисною моделлю, диск нагрівають при змінній питомій потужності в часі. На фіг. 1 представлена схема здійснення способу наплавлення тонких фасонних дисків, на фіг. 2 показано характер зміни питомої потужності на індукторі, заштриховані площі при постійній та змінній потужностях в часі. Спосіб реалізують наступним чином. Тонкий фасонний диск 1, який жорстко з'єднаний з тепловим 2 та електромагнітним 3 екранами, встановлюють на стіл 4 і закріплюють болтом 5. Потім наносять порошкоподібний твердий сплав 6 спеціальним дозатором на відповідну ширину і товщину, для отримання шару наплавленого металу товщиною 0,8-1,5 мм. Після цього вмикають генератор (на фіг. 1 не показано) і подають струм на двовитковий кільцевий індуктор 7, за допомогою якого здійснюється нагрівання диска по всій робочій поверхні за змінною питомою потужністю в часі, яка визначається за формулою: Tзд    m amt , W1  e sham де Tзд - температура, при якій плавиться порошкоподібний твердий сплав,  - коефіцієнт теплопровідності матеріалу диска, m - безрозмірна стала величина: Bio  , m  2   sh - синус гіперболічний, a - коефіцієнт температуропровідності,  - час нагрівання порошкоподібного твердого сплаву в процесі наплавлення до температури Tзд , e - основа натурального логарифму, t - значення часу в даний момент, Bio  k - критерій Біо,  - товщина диска,  - коефіцієнт тепловіддачі для зносостійкого матеріалу, що наплавляють, k - коефіцієнт, який враховує тепловіддачу з поверхні матеріалу, що наплавляють: k  .  1 UA 90132 U 5 10 15 20 25 30 Нагрівання здійснюється по експоненті. При досягненні відповідної температури на поверхні диска, від якої починає плавитись порошкоподібний твердий сплав 6, вмикають вібратор горизонтальних коливань 8 і одночасно вмикають механізм 9 для обертання диска 1, екранів 2, 3 і стола 4 відносно вертикальної осі. Коли порошкоподібний твердий сплав 6 повністю розплавився, вимикають одночасно механізм обертання 9 та вібратор горизонтальних коливань 8. Далі отриманий біметал вільно охолоджується на повітрі. Після цього наплавлений диск знімають, ставлять інший диск на стіл і так цикл способу повторюється. При такому режимі зміни питомої потужності в часі, тобто починаючи з малої потужності нагрівання, в даному -9 3 -9 3 випадку з W 1=0,13·10 Вт/м і закінчуючи значенням W 1=0,61·10 Вт/м . Диск поступово нагрівається і не має такого інтенсивного теплообміну з навколишнім середовищем, як при -9 3 нагріванні за постійною питомою потужністю в часі W 2=0,37·10 Вт/м див на фіг. 2. Приклад конкретного виконання способу наплавлення тонких фасонних дисків Для практичного вивчення впливу режиму нагрівання диска за змінною питомою потужністю в часі, з одночасним прикладанням вібрації в момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву та обертання диска разом з тепловим і електромагнітним екранами, відносно вертикальної осі, в процесі наплавлення та дослідження економії електроенергії, були проведені експерименти, для прикладу частотою струму 50 Гц з амплітудою коливань 0,2…0,6 мм та швидкістю обертання диска 0,005…0,01 м/с. Диск з тепловим та електромагнітним екранами встановлювали на спеціальний рухомий стіл з механізмом обертання та вібратором горизонтальних коливань, після чого виконували наплавлення. Обертання диска здійснювали в початковий момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву до моменту повного його розплавлення з використанням горизонтальної вібрації. Потім диск вільно охолоджувався на повітрі. Для дослідження процесу наплавлення було використано: - матеріал диска - сталь Ст3; - діаметр диска - 210 мм; - товщина диска - 3 мм; - порошкоподібний твердий сплав ПГ-С1 на залізній основі. Хімічний склад порошкоподібного твердого сплаву ПГ-С1 (сормайт 1) представлено в таблиці 1. +0,3 Товщина шихти і наплавленого металу складала відповідно 3 -0,2 мм та 0,8…1,5 мм. Експерименти проводили на високочастотному генераторі ВЧИ-63/0,44, потужністю 63 кВт, частотою 440 кГц. Температура плавлення шихти складала 1250-1300 °C, для сплаву ПГ-С1. Основні параметри режиму індукційного наплавлення зразків приведені в таблиці 2. 35 Таблиця 1 Хімічний склад порошкоподібного твердого сплаву Наплавлюваний Хімічний склад, % матеріал тип Марка С Сr Si Ni Mn В ПГ-СІ сормайт № 2,52,80,4порошок 27-31 3,0-5,0 1 (У30 × 3,3 4,2 1,5 28Н4С4) Сu W Fe Твердість наплавлюваного металу (HRC) основа 51 Таблиця 2 Режими індукційного наплавлення зразків Напруга на контурі, кВ Анодна напруга, кВ Струм сітки лампи, Л Струм анода лампи, А Час наплавлення, с 2,2 7,0 8,3 10,0 3,6 0,95 1,1 3,1 22 Примітка. Чисельник - вхідні значення (t=0 с), знаменник - вихідні значення (t=22 с) Застосування даного способу в техніці при використанні режиму нагрівання (змінною питомою потужністю в часі), горизонтальної вібрації та обертання диска разом з тепловим та 2 UA 90132 U 5 10 електромагнітним екранами відносно вертикальної осі дасть значний економічний ефект в економії електроенергії при наплавленні дисків. Результати досліджень показали, що економія електроенергії при наплавленні за змінною питомою потужністю в часі складає 15…25 %, в залежності від типу використання порошкоподібних твердих сплавів. Як видно з фіг. 2 площа під кривою постійної потужності більша за площу під кривою змінної потужності на 15 % для порошкоподібного твердого сплаву ПГ-С1. Так, для наплавлення порошкоподібним твердим сплавом на залізній основі вона складає 15 %, а на нікелевій основі відповідно 25 %. Необхідно відзначити, що в даному випадку використовується горизонтальна вібрація, виходячи зі специфіки індукційного нагрівання, а також механізації і автоматизації технологічного процесу наплавлення дисків, спосіб не виключає можливості застосування і вертикальної вібрації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб наплавлення тонких фасонних дисків, при якому на диск, оснащений тепловим і електромагнітним екранами, наносять порошкоподібний твердий сплав, нагрівають його до температури вище температури плавлення порошкоподібного твердого сплаву для отримання біметалу, піддають диск разом з тепловим і електромагнітним екранами горизонтальній вібрації в початковий момент плавлення порошкоподібного твердого сплаву до його повного розплавлення, одночасно обертають його відносно вертикальної осі, який відрізняється тим, що диск нагрівають при змінній питомій потужності в часі. 3 UA 90132 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4