Способ наплавки изделий

(н)5 В 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Мариупольский металлургический институт(54) СПОСОБ НАПЛАВКИ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к сварке, аименно к наплавке цилиндрических изделий, например роликов машин непрерывного литья. заготовок. Цель изобретения -повышение долговечности роликов за счетторможения трещин термомеханической усталости, Способ наплавки включает наплавку поверхностного слоя валиками безперекрытия с зазором не менее суммарнойвеличины протяженности зон термического 1Изобретение относится к сварке, преимущественно к технологии наплавки цилиндрических изделий, работающих в условиях разрушения поверхности под воздействием термомеханической усталости, например, к наплавке роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) и т,п.Цель изобретения - повышение долговечности роликов за счет торможения трещин термомеханической усталости.На фиг.1 изображена схема наплавкипо известному способу; на фиг.2 и 3 - траектория движения трещины при одинаковой влияния соседних валиков, Ширину и высоту наплавляемых валиков определяют из соотношения(А К 1 с СС 6/3)-5;ц 0,010+ + 2, где и о - ширина и высота валиков соответственно, мм; 0 - диаметр иэделия после наплавки, мм; Р - угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град; Кс - вязкость разрушения основного материала наплавляемого иэделия в условияхртрыва при плоской деформации, Н/мм А - эмпирическая постоянная, равная 12,7551 10 (Н/мм ) . После наплавки зазоры между валиками покрывают термостойким клеем. Способ обеспечивает реализацию в процессе наплавки условий, необходимых для предотвращения разрушения изделия при эксплуатации, за счет выбора ширины и высоты валика в зависимости от диаметра изделия, вязкости разрушения материала изделия в условиях отрыва при плоской деформации и выбранного угла наклона наплавляемых валиков к продольной оси изделия. 1 э,п. ф-лы, 5 ил., 1 табл,ширине наплавленных валиков в зависимости от углами; на фиг.4 и 5 - то же, при одном и том же угле 3 в зависимости от ширины валика,Технология способа состоит в следующем.На основании обследования и проведенного анализа разрушившихся в результате длительной эксплуатации роликов, выполненных из сталей мартенситного, ферритного, перлитного и смещенных структурных классов, найдена зависимость критической длины поверхностной трещи 160093610 15 20 30 35 45 50 ны, развивающейся по эллиптическому фронту в длину и в глубину под действием циклических напряжений до 800 Н/мм, от вязкости разрушения основного материала роликов. Получено соотношениекр = 5 -А К с,гдекр - недопустимая (критическая) длина поверхностной трещины (мм), которой соот. ветствует критическая глубина трещины, приводящая к лавинообразному разрушению иэделия; Кс - вязкость разрушения основного материала изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм ;А = 12,7551 х 10 (Н/мм ) 2 - эмпирическая постоянная,Для предотвращения разрушения необходимо остановить распространение поверхностной трещины до того, как она достигнет критической длины. Трещина распространяется под действием термомеханических напряжений на поверхности. Для остановки трещины нужно резко уменьшить уровень этих напряжений, Выполняя наплавленную поверхность, на которую действуют эксплуатационные термомеханические напряжения, не сплошной, а прерывистой, т.е. выполняя наплавку без перекрытия валиков - с зазором, удается создать на рабочей поверхности изделия участки с резким падением уровня напряжений. Вследствие этого трещины, развивающиеся на поверхности изделия, в этих зонах остановлены, Выполняя направленный валик такой ширины , что при прорастании трещины в опасном направлении сквозь весь наплавленный металл длина трещины не превышает критической ,р, можно предотвратить разрушение и существенно повысить долговечность изделия.Максимальные растягивающие напряжения на поверхности, приводящие в конечном счете к разрушению изделия,действуют в осевом направлении, поэтому опасное направление развития трещины в наплавленном металле является перпендикулярным оси изделия (т.е. развитие трещины в диаметральной плоскости). Изменяя угол наклона направляемого валика к оси изделия, можно изменять длину трещины,растущей в опасном направлении. Чем больше угол Р между осью иэделия и наплавленным валиком, тем длиннее траектория движения трещины при одинаковой ширине нэплавленных валиков (фиг.2 и 3), Поэтому при большом угле Р трещина может в наплавленном валике той же ширины, что и выполненном с малым углом наклона к оси изделия, достичь критического размера и привести к разрушению, в то время как при малом угле наклона валика трещина останавливается, не достигнув критического размера. Из геометрических соображений (фиг.2 и 3) очевидно, что= . Ссай. Из ранее полученного выражения= А К с, Для гарантированного предотвращения разрушения(А К с СОВ) - 5, мм,где- ширина валика, мм;/3 - угол наклона наплавляемых валиков к продольной оси издбелия, град,т.е,(12,7551 х 10 К с хсозф )-5, мм,Как следует из полученного соотношения, используя наплавляемое изделие с высокой вязкостью разрушения можно применять, не опасаясь разрушения, при одном и том же угле наклона валиков к оси более широкие валики (фиг.4 и 5). Нижний предел ширины определяется тем, что с уменьшениемрастут удельные нагрузки на валик, поэтомуследует выбирать, исходя из конкретных условий,Остановка трещины происходит только в том случае, если валик имеет достаточную высоту ц, В том случае, когда высота валика мала и пиковые напряжения достигают глубины, значительно превышающей высоту наплавки, разрушив наплавленную поверхность, трещина продолжает свое развитие, разрушая поверхность основного металла иэделия, поскольку и на этой поверхности действуют пиковые напряжения, Поэтому высота валика должна быть больше глубины проникновения пиковых напряжений с поверхности изделия.По данным исследований в таких термонагруженн ых деталях металлургического оборудования, как ролики МНЛЗ и т.п., пиковые напряжения не превышают глубины 0,01 Р (Р - диаметр иэделия). Принимают с запасом р0,01 Р + 2, мм, где о - высота валика, мм,При диаметре изделия 300 мм с0,01300 + 25 мм. Поскольку при наплавке для снижения расхода материала стремятся ограничить высоту наплавленного слоя, верхний предел в каждом случае рассчитывается пользователем, исходя из конкретных условий производства,Технический эффект от применения изобретения по сравнению с прототипом состоит в повышении долговечности изделий,Способ осуществляют следующим образом.На поверхность оси изделия диаметром меньше эксплуатационного диаметра на удвоенную высоту наплавки наносят поверх 160093 бностный слой, имеющий зазоры. Наплавкаможет быть осуществлена любым путем,обеспечивающим сплавление нанесенногометалла с основным (т.е, с осью ролика),например, электродуговая наплавка под 5флюсом, в защитном газе, электроконтактная и др, В качестве электрода может бытьиспользована порошковая проволока, порошковая лента, сплошная проволока исплошная лента любого требуемого химического состава, Ширина и высота наплавленного валика определяются из выражений1(А К с СОЗР)-5;с 10,010+ 2,где 1, О - ширина и высота наплавленного 15валика, мм;А - эмпирическая константа(А = 12,7551 хх 10 (Нlмм );Кс - вязкость разрушения материалаоси изделия в условиях отрыва при плоской 20деформации, Н/ммз 2;Р - угол наклона полоски к оси изделия. (Оф 90 О);О - диаметр изделия после наплавки,мм. 25При этом, если ширина наплавленноговалика вследствие отсутствия соответствующего электрода не может быть достигнутав один проход, можно наплавить требуемуюширину, выполняя наплавку несколькими 30параллельными валиками без зазора в пределах этой ширины.Наплавку осуществляют на соответствующей наплавочной установке, Используют сварочную головку А, выполняют 35электродуговую наплавку под слоем флюса,Электрод - П ПХ 5 Ф М С 1 о 3,8 мм флюсАН. Режим наплавки; 1 = 450 А, О == 30-32 В, Чн = 35 мч.Зазоры между наплавленными валиками покрывают термостойким слоем, например, жаростойкой эмалью,Полученные данные, а также вариантывыполнения способа при различных параметрах представлены в таблице. 45 Как видно из таблицы, для различных значений Кс,18 и О по предложенным зависимостям рассчитаны значения ширины 1 и высоты валика с 1, Эксплуатация роликов МНЛЗ, направленных с использованием предложенных значений 1 и с 1, показывает, что во всех случаях наблюдается остановка трещины, а долговечность роликов достигает 2700 плавок, Эксплуатация прекращается из-за износа поверхности,В случаях, когда ширина валика 1 превышает предложенное значение или высота с 1 меньше такового, трещина проходит зазор после 1100-1900 плавок. При этом эксплуатация прекращена из-за разрушения ролика в машине, что приводит к большим потерям производства.Формул" изобретения 1, Способ наплавки изделий, преимущественно роликов машин непрерывного литья заготовок, включающий наплавку поверхностного слоя отдельными валиками, выдерживая зазор между ними не менее суммарной величины протяженности зон термического влияния соседних валиков, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения долговечности роликов за счет торможения трещин термомеханической усталости, валики выполняют с шириной 11 :(А Кс СОЯ/3) -5, мм,и высотой с 1о0,01 О+ 2, мм,где А - эмпирическая постоянная. равная 12,7551 х 10, Н/мм )Кс - вязкость разрушения основного материала наплавляемого изделия в условиях отрыва при плоской деформации, Н/мм/3 - угол наклона наплавляемых валиков к оси изделия, град;О - диаметр изделия после наплавки, мм.2. Способ поп 1, отлича ющийся тем, что зазоры между валиками покрывают термостойким слоем,ю Э 30 300 (12 е 31 а 10 вх 2800 зх 0,01 х 300+асов 30 е)-Зч 81 т 2 ч 5 Прецлагаеэшбэ способ81 5 Задолвент/с слоемТо ае 2200 Трещина остановлена Износ поверхностиугроза разрушенинРазрушение 140017004 270 (12,751 к 10 х 2400 эх 001 х 270+ асов 45 )-5 м 47 +2 еэ 5 Тррещина прошла зазорТо ке 81 3 81 5 90 5 77 6 47 5 47 47 б 55 6 40 5 Беэ заполнения Заполнен т/с слоем То ае То ае 1200 2200 Трещина оста"новленаТо ае Износ поверхностиТо ае 1800 Заполнент/с слоемТо аеБез зв 34 М1600. Трещина прошла п РазрушениеТо ае полненияЗаполнент/с слоемТо ае и 1100,Разрушение 1800 Тр ешина новинка Износ поверхностиИзнос поверхностиРазрушение оста 60 380 (12,7551 х 10 х 2600 фх 0,0 к 380+ хсов 60 о)-543 +2 иб 2600 43 6 2700 ТрещинановленаТр ещиназазор Заполнент/с слоемТо ае оста 43 3 43 7 50 6 40 6 1400 прозша 2800 90, 300 19 00 н Без заполнения Заполнен т/с слоем То ае То ае я 1500 Трещина остановлена . 2700 Износ поверхности Известный способ 80 6 Беэ эат 100 Раэрушемне 80 6 полненияТо ке 2400 45 270 1000 То ке П р а м е ч а н и е. Инрииа валика в сторону уменьшения не ограничена условиямн разрушения, однако значительное уменьшенме по сравнению с расчетной величиной не рационально, тах как приводит к уменьюеяию контактнруицей с горячей заготовкой поверхности ролика, возрастаниюконтактяых напркчений и самой величины износа,Высота валика в сторону увеличения не ограюченз. Однако, выбирая высохне валики,необкодимо с целью уменьшения концебтрации напряяений иекзу соседними вадиками несколько увеличивать зазор меялу ними, т.е, брать его большим сумюи зон термическоговлияния,1600936 ктор О,Голова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аэ 3237 ВНИИП Составитель Л.НазароваТехред М.Моргентал Корректор Л,Пат Тираж 656 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5