Способ наплавки ленточным электродом

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1731510 5 В 23 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТ сов, М.Г. Сеоровайный ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-производственное объединениепо технологии машиностроения "ЦНИИТМАШ"(54) СПОСОБ НАПЛАВКИ ЛЕНТОЧНЫМЭЛЕКТРОДОМ(57) Использование: наплавка под флюсом,антикоррозионная, износостойкая, актикавитационная и восстановительная наплавка, Сущность изобретения, на токоподводящие губки, равномерно расположенные по ширине ленточного электрода, подают импульсы тока 4 = (1,2,1,4)1/и, где 1- величина импульса сварочного тока. подаИзобретение относится к наплавке и .сварке преимущественно ленточным электродом и может быть использовано в машиностроении, в частности в атомно-энергетическом, химическом и дрпри антикоррозионной, износостойкой. антикавитационной и восстановительной наплавках.Известен способ дуговой сварки плавящимся электродом пульсирующей дугой, при котором мощность дуги периодически меняют с максимума до минимума, импульс максимальной мощности подают на жесткой внешней характеристике источника питания, а импульс минимальной мощности - на падающей внешней характеристике. ваемого на одну токоподводящую губку; 1, - величина сварочного тока, обеспечивающего расплавление всего сечения ленточного электрода, А; и - количество токоподводящих губок, шт., при этом количес 1 во токо- подводящих губок равно п=Ьл/Ог+ (26), где Ьп - ширина ленточного электрода, мм; бп- ширина токоподводящей трубки. Подачу импульсов осуществляют поочередно от края к середине ленточного электрода, ДлитЕЛЬНОСтЬ ИМПуЛЬСа тп = д/П Чпл, ГдЕ 1 А - длина межэлектродного промежутка, мм; Упп, - СКОРОСТЬ ПОДаЧИ ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРО- да, Время перекрытия импульса тока, подаваемого на каждую последующую токоподводящую губку ти.п. = (0,20,4)тп. При много- электродной наплавке с параллельным расположением ленточных электродов импульсы тока подают поочередно на различные ленточные электроды с разных концов, 1 з,п.ф-лы, 6 ил 1 табл. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ наплавки плавящимся электродом, при котором на участки ленточного электрода синхронно подают импульсы сварного напряжения равной длительности, но разной амплитуды, или импульсы равной амплитуды, но разной. длительности, при этом на крайние участки электрода подают импульсы большей амплитуды или длительности с определенным соотношением.Недостатком известного способа является необходимость осуществлять процесс наплавки с применением источников тока большой мощности, т,е. обеспечивающиевозможность подачи на ленточный электрод сварочного напряжения и тока больших значений. Последний фактор приводит к возникновению магнитного дутья, нарушающего качество формирования наплавленной поверхности, т,е, к образованию по кромкам валика подрезав, западаний между валиками, к образованию в зоне перекрытия шлаковых включений. Изменение величины тепловложения за счет регулирования величины и длительности импульса по напряжению не обеспечивает отсутствие подрезов по кромкам валиков, так как на образование подрезов и неровности поверхности валиков оказывает влияние магнитное дутье и собственное магнитное поле, образующееся в зоне формирования валиков (в зоне жидкой металлической ванны), которые прямо пропорциональны величине сварочного тока, проходящего через ленточные электроды. Поэтому предлагаемый способ не позволяет исключить упомянутые дефекты.Целью изобретения является повышение качества наплавленного металла за счет исключения вероятности образования подрезов по кромкам валиков, перепада их высоты и образования шлаковых включений по линии сплавления валика с основным металлом и в зоне перекрытия соседних валиков,Предлагаемый способ позволяет использовать источники питания меньшей мощности, что исключает вероятность образования магнитного дутья в процессе наплавки и приводит к экономии энергии, расходуемой в процессе наплавки с применением лент большой ширины, как при одно-, так и при двухэлектродной ленточной наплавке,Для достижения поставленной цели при одноэлектродной ленточной наплавке на токоподводящие губки сварочной головки, равномерного распределенные по ширине ленточного электрода, подают импульсы сварочного тока, величина которых определяется соотношением1 н = (1,2 - :1,4) - ,1 нигде 1 и - величина импульса сварочного тока, подаваемого на одну токоподводящую губку, А;1 и - величина сварочного тока, обеспечивающая одновременное расплавление всего сечения ленточного электрода, А;п - количество токоподводящих губок,при этом количество токоподводящих губокопределяется из условия3, +2-:6где Ьл - ширина ленточного электрода, мм;Ьг - ширина токоподводящей губки, мм.а подача импульса сварочного тока на губки 10 осуществляется поочередно от края к середине ленточного электрода с длительностью импульса тока, определяемой соотношением151 и =и чппгде 1 и - длительность импульса сварочного тока на отдельную токоподводящую губку, 20 с;д - длина мекэлектродного промежутка, мм;чпл, - скорость подачи ленточного электрода в зону плавления, мм/с;и временем перекрытия подачи импульсов тока на последующую токоподводящую губку, определенныМ соотношениемти.п =-. (0,2 - 0,4)си30где ти.п - время перекрытия импульсов сварочного тока, подаваемого на каждую последующую токоподводящую губку, с.При многоэлектродной ленточной наплавке с параллельным расположениемленточных электродов импульсы сварочного тока на токоподводящие губки подают поочереди на разные ленточные электроды сразных концов,Повышение качества наплавленногометалла, т,е, исключение вероятности образования подрезпв по кромкам валиков, перепада их высоты и, в конечном счете,образования шлаковых включений по линиисплавления двух валиков и по линии сплавления с основным металлом происходит засчет существенного уменьшения величинымагнитного дутья в зоне плавления ленточных электродов и в зоне формирования ва 50 ликов, а также исключения самопроизвольного хаотического перемещения дуг поторцу ленты,Последний фактор оказывает положи тельное влияние на равномерность проплавления основного металла и выравнивает температуру жидкой ванны.Кроме того, он обеспечивает повышение экономичности процесса наплавки за счетЬл мому способу пре определения колх губок, задействпульсов сварочног применения источников питания меньшей мощности.Согласно предлагаемому способу улучшить качество наплавленного металла и формирование валиков предлагается за счет поочередной подачи на токоподводящие губки импульсов сварочного тока 1 и, величина которых определяется соотноше- нием В случае выбора коэффициента при указанном соотношении менее 1,2 величина импульса сварочного тока недостаточна длялокального расплавления ленточного электрода и одновременного проплавления основного металла. Это приводит к прилипанию,электрода к основному металлу, нарушению устойчивости процесса наплавки,а также к полному несплавлению валика сосновным металлом, что существенно ухудшает качество изделия и способствует появлению брака, В то же время применение для 25расчета величины импульса сварочноготокакоэффициента со значением более 1,4 способствует появлению магнитного дутья,ухудшается внешнее формирование поверхности валика за счет возникновения в зоне 30формирования валиков силы Лоренца, нарушающей условия равновесия жидкой металлической ванны и вызывающей ееинтенсивное колебание,Согласно известному способу импульсы 35напряжения подаются на участки ленточного электрода, ширина которых определяется соотношением (0,15 - :0,2)Ь, где Ьширина ленточного электрода, Это составляет очень маленький участок ленточного 40электрода.Однако это не будет оказывать влиянияна перегрев контактной зоны токоподводящих губок и ленточного электрода. так какиспользование этого принципа при определении ширины токоподводящей губки дляпередачи импульса сварочного тока. определенного по предлагаемому условию, вданном случае неприемлемо,Маленькая площадь контактируемого 50участка ленты с токоподводя щей губкой, гдеплотность тока более 5 А/мм . приводит кее перегреву, образованию искрения в зонеконтакта. Все это способствует нарушениюпроцесса наплавки. 55Согласно предлагае дложено другое условие ичества токоподводящи ованных в передаче им о тока на ленточный электрод, которое зависит от ширины применяемого для наплавки ленточного электрода (Ь) и ширины токо- подводящих губок (бг). Для обеспечения надежного контакта между токоподводящими губками и лентой форма губок выбирается круглой с определенным диаметром и рассчитывается, исходя из предлагаемого усло- вия При этом ширина ленточного электрода (Ьл) выбирается, исходя из технологических условий наплавки и конструкции наплавляемого изделия, Ширина токоподводящих губок определяется из условий надежности контакта их с лентой и отсутствия перегрева за счет прохождения через токоподводящие губки импульсов сварочного тока, т.е, плотность тока на токоподводящих губках в зоне контакта их с лентой не должна превышать 5 А/мм, а также исходя из конструктивных соображений, При расчете количества губок выбранные значения йх ширины следует увеличить на 2-6 мм. В случае увеличения значения ширины губок (применительно только для расчета количества губок) менее чем на 2 мм затрудняется реализация предлагаемого способа наплавки из-за трудности надежной изоляции отдельных соседних токоподводящих губок. Это нарушает устойчивост процесса плавления ленточных электродов, надежность и стабильность контактов между токоподводящими губками и лентой, что ухудшает качество наплавленного металла, а также нарушает устойчивость и синхронность срабатывания по заданной программе автоматической системы регулирования устройств, подающих сварочных ток на каждую отдельную токо- подводящую губку. В случае увеличения значений ширины токоподводящих губок (применительно для расчета из количества) более чем на 6 мм нарушается устойчивость процесса плавления ленточных электродов из-за возможности нерасплавления части ленточных электродов, находящихся между краями соединений токоподводящих губок. Это способствует нарушению качества формирования наплавленной поверхности, образованию подре юв и шлаковых включений по зоне сплавления соседних валиков, Значение (2 - :6) мм является расстоянием между кромками соседних токоподводящих губок.При многоэлектродной ленточной наплавке выбранное количество токоподводящих губок для конкретной шириныТп =пл ти.п - (0,2 - 0.4)тп ленточного электрода следует умножить на количество применяемых при наплавке лент,Выбранное количество губок должно быть целым числом и при этом удовлетворять предлагаемым в формуле условиям,Подача импульсов сварочного тока на токоподводящие губки осуществляется поочередно от одной из боковых губок к середине с длительность его подачи на каждую отдельную губку в течение Ь секунд Это время определяется длиной межэлектродного промежутка, зависящей от применяемых материалов для наплавки и сварки, параметров режима процесса, скоростью подачи ленточного электрода чл.л. и количеством токоподводящих губок, которые выбираются из конструктивных соображений и ширины применяемого ленточного электрода,Подача импульсов сварочного тока на каждую пару токоподводящих губок, расположенных одна напротив другой, осуществляется одновременно, при этом допускается нарушение одновременности в пределах +5 оь от времени подачи импульсов сварочного тока на указанную пару губок, В противном случае возможно нарушение условий образования междугового промежутка, устойчивости процесса плавления ленточного электрода за счет возможного образования локальных коротких замыканий между торцом ленточного электрода и жидкой металлической ванной с последующим взрывом перемычки, колебаниями жидкой ванны, образованием подрезов по кромке валиков, шлаковых включений между валиками, образованием большой чешуйчатости на поверхности наплавленных валиков, Все это нарушает качество формирования наплавленного металла,Для обеспечения качества наплавленного металла, обеспечения стабильности и устойчивости процесса необходимо наряду с вышеприведенным условием обеспечить время (ь.л,) перекрытия импульса сварочного тока, подаваемого в определенном порядке на отдельные токоподводящие губки в течение секунды, Это позволяет обеспечить устойчивое поочередное образование дуги в заданных местах, устранить возможное 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 залипание, обеспечить стабильный процесс плавления ленточного электрода и, в конечном итоге, хорошее формирование и качество наплавленного металла. Нарушение предлагаемого порядка подачи сварочного тока на токоподводящие губки приводит к нарушению устойчивости процесса наплавки, залипанию крайних участков ленточных электродов в жидком металле с последующим взрывом расплавлением этого участка, Все это приводит к нарушению качества наплавленного металла, образованию по кромкам подрезов и западаний между валиками.Время перекрытия поочередного включения токоподводящих губок менее 0,2 ь с, как показали эксперименты, определяется возможностью надежного срабатывания устройства и автоматической системы управления включением подачи импульса сварочного тока на каждую отдельную токо- подводящую губку, Кроме того, в приведенном случае возможно нарушение устойчивости процесса, усиление колебания величины сварочного тока, образование жидких перемычек с последующим взрывом, что приводит к ухудшению качества наплавленного металла и внешнего формирования валиков,Превышение времени перекрытия поочередного включения токоподводящих губок более 0,4 ъ проводит к нестабильности работы источника питания, так как при этом превышается время мгновенного двойного увеличения номинальной величины сварочного тока, что может привести к выходу из строя самого источника питания, Нарушение устойчивости работы источника питания приводит к значительному колебанию величины напряжения, что негативно влияет на устойчивость процесса наплавки, а также приводит к колебаниям величины скорости подачи ленточного электрода. Все это отрицательно влияет на качество наплавленного металла, а также может привести к дополнительным расходам, связанным с возможным выходом из строя источника питания сварочным током.Для обеспечения лучших условий плавления ленточных электродов и формирования валиков при расчете времени перекрытия подачи импульсов сварбчного тока на токоподводящие губки, находящиеся на краю ленточных электродов, следует выбирать большее его значение, а по середине - меньшее, ограниченное выбранными пределами,При наплавке одним ленточным электродом импульсы сварочного тока подают на токоподводящие губки поочередно от однойиз крайних к середине ленты, В случае многоэлектродной ленточной наплавки импульсы сварочного тока подают поочередно,начиная с крайних токоподводящих губок,накрестлежащих и подающих импульсы наразные ленты, к их середине с последующейвстречно-противоположной подачей импульсов тока на токоподводящие губки, Такая последовательность подачи импульсовсварочного тока на токоподводящие губки идалее на ленточный электрод совместно сдругими условиями, упомянутыми выше, позволяет обеспечить равномерное оплавление ленточных электродов, независимо отусловий теплоотвода в процессе наплавки,поддерживать устойчивость процесса, аследовательно, приводит к хорошему формированию наплавленного металла, надежности и длительности работы наплавочныхголовок за счет исключения возможностиискрения в зоне контакта токоподводящихгубок с ленточным электродом,На фиг. 1 и 2 изображена схема способаодноэлектродной ленточной наплавки; нафиг. 3 и 4 - схема двухэлектродной ленточной наплавки; на фиг. 5 - диаграмма подачисварочного тока на токоподводящие губки;на фиг. б - диаграмма работы источникапитания сварочного тока.Ленточные электроды 1 с помощью механизма 2 подачи направляются в зону горения дуги 3, которая образуется междуленточными электродами 1 и наплавляемымизделием 4. В процессе наплавки сварочный ток (1) от источника 5 питания посредством проводов подается на отдельныетокоподводящие губки б, которые изолированы одна от другой, и затем на ленточныйэлектрод 1 через устройство 7 включенияподачи на каждую отдельную токоподводящую губку б, Порядок и частоту включенияустройства 7 задают автоматической системой 8, Работа источника питания определяется диаграммой, показанной на фиг, 4, гдевеличина импульса сварочного тока на время ти.л. = (0,2-0,4)тл будет составлять.п. =21 и, т.е, в два раза превышать оптимальный сварочный ток, подаваемый на каждуюотдельную токоподводящую губку 6 в течением=1 ни члПри многоэлектродной ленточной наплавке между ленточными электродами 1устанавливаются рассекатели 9,Способ осуществляют. следующим образом.Выбирают исходя из технологическойнеобходимости, сечение и количество ленточных электродов,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Устанавливают параметры режима наплавки, включающие номинальную величину сварочного тока для выбранного сечения ленты, напряжение и скорость наплавки, Определяют необходимое количество токо- подводящих губок с учетом предлагаемого условия, После определения количества токоподводящих губок рассчитывают величину импульса сварочного тока, необходимую на отдельные губки, Для определения времени подачи рассчитанной величины импульса сварочного тока на каждую отдельную токоподводящую губку необходимо путем эксперимента или из литературных источников в каждом конкретном случае установить длину межэлектродного промежутка (д) и скорость подачи ленточного электрода (чп,л,), Исходя из найденных величин, рассчитывают время с подачи импульса сварочного тока и время перекрытия подачи си.п. на смежные токоведущие губки.Полученные величины параметров режима 1 и, О, ч устанавливают на пульте управления, а Ь и Ъ.л. и порядок подачи на токоподводящие губки импульсов сварочного тока 1 набирается на панели управления автоматической системы, обеспечивающей включение устройств. После этого начинают процесс наплавки.Опробование способа наплавки осуществляли в лабораторных условиях с использованием ленточного электрода марки Св - 07 Х 25 Н 13 разного сечения, флюса марки ОФ - 10,Наплавку выполняли на основной металл Ст.3 размерами 300 х 500 х 50 мм с использованием наплавочного автомата типа АБСк и наплавочных головок (приставки) типа ЦНГР. Конструкция головок позволяет изменять количество и размеры токоподводящих губок. Определяют параметры режима наплавки (1, ч, Ол) для конкретного сечения ленты, Проводят эксперимент и определяют при этом длину межэлектродного промежутка д и скорость подачи ленточного электрода чл,лЗатем рассчитывают исходя из ширины ленты и конструктивных особенностей головки, количество губок, величину импульса тока на каждой губке, время подачи импульсов сварочного тока на токоподводящую губку си и время перекрытия импульсов ь.л., Количество губок выбирают целым числом, при этом обеспечиваются условия, указанные в формуле, При двухэлектродной ленточной наплавке выбранное количество токоподводящих губок удваивают, Устанавливают для каждого конкретного случая значения параметров наплавки на пульте управления автоматической системой включения подачи импульсов сварочно.ии пл ти.п = (0,2,0,4)сп,1 и = (1,2 1,4) 50 55 го тока на токоподводящие губки, а затем проводят эксперимент.Параметры процесса данного способа наплавки и результаты экспериментов представлены в таблице.Качество наплавленного металла и качество формирования внешней поверхности валиков определяют визуально замерами величины западания, поверхность контролируют методами ЦД для выявления поверхностных трещин, а зону сплавления - методом УЗК для выявления шлаковых включений и несплавлений.Анализ результатов приведенных примеров показывает, что предлагаемый способ наплавки обеспечивает необходимое качество наплавленного металла и поверхности, уменьшение расхода электроэнергии в 3 - 7 раза по сравнению с известным способом наплавки.Формула изобретения 1, Способ наплавки ленточным электродом, при котором на токоподводящие губки, равномерно распределенные по ширине ленточного электрода, подают энергетические импульсы, о тл и ч а ю щи й с я тем, что, с целью улучшения качества наплавленного металла и снижения энергетических затрат на процесс наплавки, на токоподводящие губки подают импульсы сварочного тока, величина котобых определяется следующим соотношением; где 1 и - величина импульса сварочного тока, подаваемого на одну токоподводящую губку, А;1, - величина сварочного тока, обеспечивающая расплавление всего сечения ленточного электрода, А; и - количество токоподводящих губок,шт.,при этом количество токоподводящих губокопределяется из условия5 где Ьл - ширина ленточного электрода, мм;10 бг - ширина токоподводящей губки, мм.подачу импульсов сварочного тока на губки осуществляют поочередно от края к середине ленточного электрода с длительностью импульса тока, определяемой соотношени ем где сп - длительность импульса сварочноготока на токоподводящую губку, с;Рд - длина межэлектродного промежутка, мм;чп.л, - скорость подачи ленточного элек трода в зону плавления,мм/с;и временем перекрытия импульса тока, подаваемого на каждую последующую токоподводящую губку, определяемым соотношением30 где ти.п. - время перекрытия импульса сварочного тока, подаваемого на каждую последующую токоподводящую губку, с.2. Способ поп,1,отличающийсятем, что, с целью улучшения качества наплавленного металла при многоэлектродной наплавке с параллельным располо жением ленточных электродов, импульсытока подают поочередно на разные ленточные электроды с разных концов.ах еа Хоосецсхоеххлс е а х е сс е Э Х а х со о а с х е х х л с с х е Э О х ч у е е се Ф сн 1 х а о о с ч э л.л с е э о а х э о а о х о э о э Х Э у э х о с ао о х э о о х е э х о с а о о х.т -т о о о о М С 4 о о оО О О м сч о о О Р оо е е е с чл ао с цо о с с ц 1х1 Фх еэ чаа ос е очл ес ххох с м в - о о о а о о-т -т СЧ со Ое о т та а о о о о сча С о о о а ч а ча 1 1о цъ 1 0 1 1а хх Р о Ч а о о а Сч Ч а а о оЪс о а а Л О о со ал 1 х е с Ф о о хох э ах 111 Ех уо1 Е1 У1 е У4 С 1 1 1 о а 3 К л 1о с х л о С 3 о а от а х х х л л л о о о о оа ах хл о о О 0х а аа о о о а О х х л а о о а ач к х а ао о о а а жй 0 О х х к а л л О О О 1 1 1о 1 О Х 1х о 1 " ао Х О 11 1 11 ю 1УСФ оаочХ ХОО 3- сха 1 Э э х лаа Фсе л с скс охе схх 1 1 1Х 1 Э Ес х ц х н а 1 1 1 1 1 1 150 55 1 1 о Ос.х схоо 1 Х Э 1 хэу аохо слсй 1.и оХ 3 ХХ3 ХХЭСдосоо 1 е Х 1 с хчт с эохесах оххйх лаО 3 Е Уоесхахсхх 1С 41 Ооо11113 О1 Р1 Р1311оО3 Ч1131111111 1731510 1 1 Э э х ах хл й с э я оол о схх Э Флх осе о чэ: л-Й1 1 1 1 О О ф чммоо м а.т сч м м -т сч О О О О Оо о а о о а в в в оо с оо о о о о о о о о аф сО В сч . - сч ф 0 СО н н н т н х х к т сч сч сч о о счф1 Ч СЧ1О ф ф -т фваавв о о о о оО О О О О 1 1 1 111 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 3 1 3 1 1 1 1 1 3 11731510Составитель Н.Волосов Редактор Н.Тупица Техред М.Моргентал Корректор Д. Сычева каз 1542 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва, Ж, Раушская наб 4/5зеодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина,