Способ наплавки

)4 В 23 К 15/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ЙСРСРКРЩд(54) СПОСОБ (57) Изобре я к электвакуумев. различия при изтолстосте ние относит наплавке в использован машинострое 9 34осварк ронно-лучев и может быт юл.ектр ных областяготовленииных изделий С.Н В.И енных изобр твет Цел Ковбасенко,Загорников ения я честна наплавленляется улучшениного металла ити регулированиго слоя при вып сширение возможносвысоты наплавленнонении наплавки льство СССР26/00, 1982. им. (72) О.К. и Ю. (53) (56) Кд 10 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 3950966/31-2702.07.8515.09.87. БИнститут эл13372 с присадочной проволокой, В вакууме на вертикальную поверхность подлож- е ки (изделия) .1 наносят слой металла 2, состоящий из горизонтальных валиков, Сварочная ванна 3 поддерживается развернутым по окружности с высокой частотой электронным лучом 4. В ванну 3 подается присадочный материал в ви. де проволоки 5. Сварочный манипулятор осуществляет горизонтальные колебания сварочной пушки и мундштука 6с пошаговым вертикальным перемещением в крайних точках, устанавливаемых в зависимости от требуемой ширины наплавляемой поверхности. Величина шага определяется условиями обеспечения сплошности широкополоснойнаплавки и составляет 2/3 шириныгоризонтального валика, 3 ил.,1 табл.Изобретение относится к электронно-лучевой наплавке в вакууме и может быть использовано в различных областях машиностроения при изготовлении ответственных толстостенных изделий.Целью изобретения является улучшение качества наплавленного металла и расширение возможности регулирования высоты наплавленного слоя при выполнении наплавки с присадочной проволокой.На фиг.1 приведена схема наплавки, исходное (верхнее) положение; на фиг.2 - то же, крайнее (нижнее) положение; на фиг.3 - график зависимости диаметра развертки луча от скорости подачи присадочной проволоки для различных значений тока наплавки.В вакууме на вертикальную поверхность подложки (изделия) 1 наносят слой металла 2 состоящий из горизонтальных валиков. В сварочную ванну 3, поддерживаемую развернутым по окружности с высокой частотой электронным лучом 4, подается присадочный материал в виде проволоки 5, Сварочный манипулятор осуществляет горизонтальные колебания сварочной пушки и мундштука 6 с пошаговым вертикальным перемещением в крайних точках, устанавливаемых в зависимости от требуемой ширины наплавляемой поверхности. Величина шага определяется условиями обеспечения сплошности широкополосной наплавки и составляет 2/3 ширины горизонтального валика.Электронный луч расположен перпендикулярно наплавляемой поверхности изделия. Под углом 1=65-75 к этой поверхности подается присадочная проволока. Приведенный диапазон значений М н(при величине вылета 1620 мм) является оптимальным с точкизрения обеспечения эффективного предварительного подогрева и очисткипроволоки при сохранении возможноститочного позиционирования ее конца относительно оси развертки электронногопучка, Увеличение угла Ы требуетНзначительного удлинения вылета мундштука, что нарушает точность взаиморасположения торца проволоки и развернутого луча, уменьшение ухудшаетусловия предварительного подогреваприсадки (снижается производительность процесса плавления ян, кг/ч) иограничивает возможность получениямаксимальной высоты наплавленного20 слоя Н,Н = Ядггде Б в ,амплитуда колебаний оси высо. кочастотной развертки, составляющая0,5 1)25Диаметр круговой развертки 0 устанавливают в зависимости от диаметра применяемой проволоки Й, оппр тределяя совместно с другими параметрами наплавки (Б , 1 , 1, ) плот 30ность энергии в пятне нагрева, Применение развертки амплитудой менее. 2 Йобеспечивает высокую скоростьплавления присадочного материала,однако при этом снижается надежностьЗ 5 точного совмещения электронного лучас проволокой, наблюдается повышенноевыгорание ряда легирующих элементов3133721 (другие параметры неизменны) значительно уменьшается, ухудшаются условия растекания присадочного металла и устойчивость сварочной ванны, резко .5 падает производительность наплавки. Однако, с целью увеличения высоты Н наплавленного слоя, диапазон рекомендуемых значений Пр может быть расширен до 2-4 й безсущественного снижения скорости плавления проволоки. В процессе наплавки используют частоты круговой развертки в диапазоне 50-1000 Гц. Выявлен оптимальный диапазон частот (600-1000 Гц), обеспечивающий повышение устойчивости сварочной ванны и улучшение внешнего вида валика, На производительность наплавки изменения величины частотыразвертки практически не отражаются. На частотах менее 100 Гц отмечен переход к крупнокапельному переносу, на высоких скоростях подачи (проволока малого диаметра) нерасплавлен-, ные куски присадки попадают в свароч ную ванну.Оптимальный диапазон значений с 1 (1,5-2,0 мм) установлен экспериментально исходя из условий обеспечения максимально высокой производи тельности процесса наплавки, минимального перемешивания основного металла с присадочным, надежной работы проволочного питателя. Применение проволоки малого диаметра (0,8- 1,5 мм) вызывает трудности в надежном совмещении ее с лучом на рекомендуемых значениях вылета, что при необходимых для получения требуемого объема расплавленного металла высо ких скоростях подачи увеличивает вероятность образования дефектов в наплавленном слое из-за повторяющихся нарушений процесса плавления присадки. При попытках повысить производи тельность наплавки за счет увеличения д более 2,0 мм наблюдаетсяпрзначительное проплавление металла подложки ввиду неизбежного роста тепловложений, возникает необходи мость в предварительной правке проволоки.Присадочная проволока предварительно ориентируется в центр круговой развертки электронного луча на уровне наплавленной поверхности. При этом плавление присадочной проволоки осуществляется на расстоянии Н от поверхности изделия (фиг,1). 94Плавящаяся проволока оказывает существенное экранирующее действие на электронный луч,и величина теплового воздействия на основной металл не превышает значения, необходимого для удаления всевозможных поверхностных загрязнений и окисных пленок, а также предварительного подогрева поверхности изделия с целью выполнения условий смачивания. При смещении оси круговой развертки относительно конца подаваемой проволоки на величину Б = 0,5 Рр участок плавления и переноса присадочного металла сдвигается на уровень наплавленной поверхности (фиг,2). В этом положении оси круговой развертки основная часть мощности электронного луча приходится на предыдущий наплавленный валик, предотвращая чрезмерное подплавление основного металла. Фактически происходит повторный переплав очередного валика, что способствует более глубой дегазации наплавленного слоя.При уменьшении амплитуды колебаний менее рекомендованного значения (участок плавления проволоки не достигает уровня наплавленной поверхности) появляются дефекты типа несплавлений, ослабляется экранирующее действие нижележащего поперечного валика. В случае увеличения Б ) )0,5 Пр присадочная проволока периодически выходит за область действия электронного луча, что приводит к ее прихватыванию в ходе раскладки валиков. Частота колебаний оси высокочастотной разверткиустанавливается в зависимости от скоростинаплавки, Ч. Рекомендуемое соотношение выбрано экспериментально: 4 =0,75 Ч(Гц), но не более 3,5-4 Гц, При частотах колебаний более 4 Гц вместо перемещения участка плавления и переноса присадки по. длине вылета наблюдается его равномерный разогрев, произвольно изменяются. характер переноса металла и высота наплавленного слоя. Снижение .частотыменее 0,75 Ч (в мм/с) нарушает сплошность поперечного валика, вызывает искривление его поверхности. Оптимальный диапазон скоростей наплавки 3-5 мм/с установлен экспериментально с учетом получения максимальной производительности процесса наплавки при сохране" нии надежного сплавления наплавленного слоя с материалом подложки.5 13372 Включение тока наплавки 1 и привода подачи присадочной проволоки производят одновременно. На основании про- ведения серии опытов установлена зави симость между диаметром развертки Р и скоростью подачи проволоки Чп,а для различных значений тока наплавки 1 (фиг.3). Выбор величины 1 определяется конкретными условиями про цесса наплавки: степенью газонасыщцннности основного и присадочного металлов, особенностями теплоотвода, повышенными ограничениями глубины проплавления. 15Одновременно с включением тока наплавки производят наложение колебаний на ось высокочастотной развертки с помощью блока постоянного смещения прибора управления луча, В ходе экс периментов амплитуда колебаний составляла 0,5 Р(1,5-3 мм) при частоте =0,75 Ч(2-4 Гц), С целью уменьшения концентрированности мощности источника нагрева во избежание повышенного 25 разбрызгивания проволоки и перегрева сварочной ванны фокусное расстояниеустанавливают на 5-103 меньше требуемого для рабочего расстояния Е .Все исследуемые параметры процес са электронно-лучевой вертикальной наплавки сведены в таблицу.Электронно-лучевая наплавка по предлагаемому способу обеспечивает высокое качество защиты металла ванны, рафинирующее действие на присадочный металл, минимальное перемешивание основного и наплавленного металлов, воэможность наплавки металлов с повышенным газосодержанием. Отсут ствие газодинамического воздействия на металл ванны совместно с малой величиной теплового воздействия источника нагрева позволяет поддерживать глубину проплавления основного метал ла на уровне 0,05-0,2 мм. Использование в качестве присадочного материала обычной сварочной проволоки существенно расширяет технологические возможности применения наплавки. 50Изучение действия вакуума на расплавленный металл показывает, что , он является не только надежной защитной средой, но и способствует более полному завершению термодинами ческих процессов. Вакуумирование расплавленного металла позволяет рафинировать его за счет интенсивной дегаэации простых газовых молекул: 0,196щержание Н при этомсйижается на 60 - 703, И и О - на50-607, примесей с высокой упругостьюпара - в 1,5-2 раза.П р и м е р. На установке У выполняют электронно-лучевую наплавку кромок стыков стали марки15 х 2 НМФА толщиной 130 мм с цельюпоследующей ЭЛС. Наплавку производятсварочной проволокой типа Св08 хГНМТА диаметром 1,6 мм, которую .подают до уровня наплавляемой поверхности, где происходит ее совмещениес электронным лучом малой мощности(0,1 кВт) . Затем прибором управлениялуча обеспечивают его высокочастотнуюразвертку диаметром Рр. Таким образом,проволока оказывается сориентированной в центр развертки. Угол наклона оси проволоки к наплавленной поверхности составляет 70. Сварочнойпушке с мундштуком сообщают движениес рабочей скоростью Ч,Режим наплавки следующий:= 4,5 мм; Ч =14 мм/с; Ю= 65;Е =120 мм, 1= 85 мА; й= 1000 Гц,4 = 3,5 Гц, По предлагаемому способу обеспечена требуемая высота высококачественного наплавленного слоя,надежное его сплавление с металломподложки.Структура наплавленного слоямелкозернистый сорбит, линия сплавления не имеет резкого перехода, характерного для дуговых способов, взоне термического влияния отсутствуетукрупнение зерна, что способствуетулучшению служебных характеристиксоединения. В процессе последующейЭЛС сформирован бездефектный сварочный шов, по своим свойствам удовлетворяющий требованиям ТУ.Таким образом, предлагаемый способнаплавки обеспечивает получение высококачественного наплавленного слоязаранее установленной высоты, исключает перемешивание основного металлас присадочным, ЭЛС по наплавленномуслою позволяет сформировать бездефектный сварной шов на изделиях больших толщин (100-250 мм).Формула изобретенияСпособ наплавки, при котором укладывают поперечные валики наплавленного металла с перекрытием, а при 13372 садочный материал направляют в центральную зону кольцевого источника нагрева перпендикулярно к наплавляемой поверхности, о т л и ч а ю щ и й с я5 тем, что, с целью улучшения качества наплавленного металла и расширения возможности регулирования высоты наплавленного слоя при выполнении наплавки с присадочной проволокой, наплавку производят в вакууме на верти 198кальной плоскости с перекрытием валиков на 2/3 их ширины электронным лучом, колеблющимся с амплитудой, равной 0,5 диаметра луча, и частотой,равной 0,75 скорости наплавки, приэтом диаметр луча выбирают равным2-4 диаметрам присадочной проволокиа проволоку подают под углом 65-75 Ок наплавленной поверхностИ в плоскости колебания оси луча,1337219 ЮФиг Составител Техред М,Д вартальнова Корректор Н. Корол едактор Э. Слига Заказ 4081/14 Тираж 974 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., Подписно Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн