PL226579B1 - Zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów, mający zastosowanie w inżynierii powierzchni przy wytwarzaniu wyrobów i elementów maszyn, od których wymaga się zwiększonej trwałości w obszarze warstwy wierzchniej.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 187811 układ do spawania lukiem elektrycznym, zwłaszcza manualnego spawania metodą TIG posiadający źródło zasilania, zbiornik z gazem osłonowym oraz palnik. W palniku zamocowana jest wolframowa elektroda nietopliwa, połączona elektrycznie ze spawalniczym źródłem zasilania. Palnik ma dyszę gazową, kształtującą osłonę gazową chroniącą rozgrzaną elektrodę oraz materiał stapiany przed szkodliwym oddziaływaniem powietrza. Podczas spawania jeden z biegunów spawalniczego źródła zasilania podłączony jest do elektrody, natomiast drugi do materiału spawanego. Ciepło w procesie spawania wydzielane jest podczas palenia się luku w osłonie gazu, pomiędzy elektrodą nietopliwą a materiałem spawanym w osłonie gazów.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 21465 zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów, posiadający spawalnicze źródło zasilania, zbiornik z gazem osłonowym oraz palnik, charakteryzujący się tym, że palnik ma co najmniej jedną parę elektrod nietopliwych, z których jedna elektroda każdej pary połączona jest z biegunem dodatnim spawalniczego źródła zasilania, a druga elektroda połączona jest z biegunem ujemnym spawalniczego źródła zasilania.

Celem wynalazku było opracowanie zespołu spawalniczego, za pomocą którego możliwe jest otrzymywanie wyrobów metalicznych o zwiększonej trwałości warstwy wierzchniej.

Istotą zespołu spawalniczego do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów według wynalazku jest to, że ma komorę roboczą na czynnik chłodzący usytuowaną pod dyszą gazową palnika spawalniczego. Komora robocza wykonana jest z materiału przewodzącego lub z materiału nieprzewodzącego prąd elektryczny i posiada w dnie lub na dnie przewodzącą podstawę roboczą dla materiału modyfikowanego połączoną elektrycznie ze spawalniczym źródłem zasilania, a jej ścianki boczne zaopatrzone są w króciec wlotowy i wylotowy dla czynnika chłodzącego, natomiast od góry komora robocza posiada pokrywę z otworem o wielkości powierzchni odpowiadającej co najmniej wielkości wylotu dyszy gazowej palnika spawalniczego.

Korzystnym jest gdy dysza gazowa palnika spawalniczego posiada kołnierz osłonowy pokrywy komory roboczej o wielkości powierzchni odpowiadającej co najmniej wielkości otworu pokrywy komory roboczej.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia uzyskanie wyrobów o poprawionych właściwościach zmodyfikowanej wierzchniej warstwy, zwłaszcza wyższej twardości i odporności na ścieranie.

Zastosowanie komory roboczej wypełnionej czynnikiem chłodzącym umożliwia zwiększenie gradientu temperatury w modyfikowanym materiale. Zintensyfikowane chłodzenie strefy modyfikowanej, skutkujące wyższym gradientem temperatury przyczynia się do ujednorodnienia materiału i zwiększenia stopnia rozdrobnienia jego struktury, w efekcie czego poprawione zostają właściwości mechaniczne warstwy modyfikowanej, co wpływa na polepszenie parametrów eksploatacyjnych i zakresu stosowania uzyskiwanych wyrobów.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie przekrój zespołu spawalniczego do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów, fig. 2 - przedstawia schematycznie zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów w widoku z góry, a fig. 3 - przedstawia schematycznie przekrój zespołu spawalniczego z kołnierzem osłonowym dyszy palnika spawalniczego.

P r z y k ł a d 1

Zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów przedstawiony na fig. 1 posiada prostopadłościenną komorę roboczą 1 wykonaną z materiału polimerowego umieszczoną pod dyszą gazową 2 palnika spawalniczego 3. Ścianki boczne komory roboczej 1 zaopatrzone są w króciec wlotowy 4 i wylotowy 5 dla czynnika chłodzącego w postaci ciekłego azotu, przy czym króciec wlotowy 4 umieszczony jest w dolnej części ścianki przy dnie komory roboczej 1, natomiast króciec wylotowy 5 znajduje się na przeciwległej ściance komory roboczej 1. Na dnie komory roboczej 1 znajduje się metalowa płytka stanowiąca przewodzącą podstawę roboczą 6 dla materiału modyfikowanego 6' połączoną elektrycznie ze spawalniczym źródłem zasilania 7, z kolei od góry komora robocza 1 posiada pokrywę 8 z prostokątnym otworem 9 umożliwiającym swobodny ruch dyszy gazowej 2 palnika spawalniczego 3 nad powierzchnią modyfikowanego materiału w postaci płytki ze stopu magnezu. Spawalnicze źródło zasilania 7 stanowi zasilacz prądu przemiennego, którego jeden biegun połączony

PL 226 579 B1 jest elektrycznie przewodem 10 z nietopliwą elektrodą wolframową palnika spawalniczego 3, natomiast biegun powrotny spawalniczego źródła zasilania 7 połączony jest elektrycznie przewodem 11 z materiałem modyfikowanym poprzez przewodzącą podstawę roboczą 6. Palnik spawalniczy 3 zasilany jest gazem osłonowym ze zbiornika 12 gazu osłonowego.

Proces modyfikowania warstwy wierzchniej polega na tym, że łuk palący się pomiędzy elektrodą nietopliwą palnika spawalniczego 3 w osłonie gazu obojętnego powoduje określone zmiany w warstwie wierzchniej materiału modyfikowanego zanurzonego w medium chłodzącym. Ciepło luku palącego się pomiędzy elektrodą nietopliwą a modyfikowanym materiałem 6', znajdującym się w komorze roboczej 1 wypełnionej czynnikiem chłodzącym jest odbierane przez materiał modyfikowany. W trakcie spawania gaz osłonowy wypływa przez dyszę gazową 2, chroniąc elektrodę nietopliwą, jeziorko spawalnicze i przylegający do niego nagrzany obszar materiału modyfikowanego 6' przed kontaktem z powietrzem. Zastosowanie komory roboczej 1 wypełnionej czynnikiem chłodzącym zwiększa gradient temperatury w materiale, intensyfikując chłodzenie strefy modyfikowanej, co sprzyja rozdrobnieniu struktury w warstwie poddanej obróbce i ogranicza wielkość strefy wpływu ciepła w materiale modyfikowanym. Zintensyfikowane chłodzenie strefy modyfikowanej, skutkujące wyższym gradientem temperatury daje szansę ujednorodnienia materiału oraz zwiększenia stopnia rozdrobnienia struktury, a tym samym poprawy właściwości warstwy modyfikowanej.

P r z y k ł a d 2

Zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów przedstawiony na fig. 3 posiada prostopadłościenną metalową komorę roboczą 1 umieszczoną pod dyszą gazową 2 palnika spawalniczego 3. Ścianki boczne komory roboczej 1 zaopatrzone są w króciec wlotowy 4 i wylotowy 5 dla czynnika chłodzącego w postaci ciekłego azotu, przy czym króciec wlotowy 4 umieszczony jest w dolnej części ścianki przy dnie komory roboczej 1, natomiast króciec wylotowy 5 znajduje się na przeciwległej ściance komory roboczej 1. W dnie komory roboczej 1 znajduje się podstawa robocza 6 dla materiału modyfikowanego 6' połączona elektrycznie poprzez ściankę komory roboczej 1 ze spawalniczym źródłem zasilania 7. Od góry komora robocza 1 posiada pokrywę 8 z prostokątnym otworem 9 umożliwiającym swobodny ruch dyszy gazowej 2 palnika spawalniczego 3 nad powierzchnią modyfikowanego materiału w postaci płytki ze stopu magnezu. Dysza gazowa 2 palnika spawalniczego 3 posiada kołnierz osłonowy 10 pokrywy 8 komory roboczej 1, przy czym dysza gazowa znajduje się w środku jego powierzchni, która jest dwa razy większa od otworu 9 pokrywy i ma kształt prostokąta.

Spawalnicze źródło zasilania 7 stanowi zasilacz pulsującego prądu jednokierunkowego, którego biegun ujemny połączony jest elektrycznie przewodem 11 z nietopliwą elektrodą palnika spawalniczego 3, natomiast biegun dodatni spawalniczego źródła zasilania 7 połączony jest przewodem 12 ze ścianką komory roboczej 1, która poprzez podstawę roboczą 6 przekazuje prąd do materiału modyfikowanego 6'. Palnik spawalniczy 3 zasilany jest gazem osłonowym ze zbiornika 13 gazu osłonowego.

Proces modyfikowania warstwy wierzchniej polega na tym, że łuk palący się pomiędzy elektrodą nietopliwą palnika spawalniczego 3 w osłonie gazu obojętnego powoduje określone zmiany w warstwie wierzchniej materiału modyfikowanego zanurzonego w medium chłodzącym. Ciepło łuku palącego się pomiędzy elektrodą nietopliwą a modyfikowanym materiałem 6', znajdującym się w komorze roboczej 1 wypełnionej czynnikiem chłodzącym jest odbierane przez materiał modyfikowany. W trakcie spawania gaz osłonowy wypływa przez dyszę gazową 2, chroniąc elektrodę nietopliwą, jeziorko spawalnicze i przylegający do niego nagrzany obszar materiału modyfikowanego 6' przed kontaktem z powietrzem. Zastosowanie komory roboczej 1 wypełnionej czynnikiem chłodzącym zwiększa gradient temperatury w materiale, intensyfikując chłodzenie strefy modyfikowanej, co sprzyja rozdrobnieniu struktury w warstwie poddanej obróbce i ogranicza wielkość strefy wpływu ciepła w materiale modyfikowanym. Zintensyfikowane chłodzenie strefy modyfikowanej, skutkujące wyższym gradientem temperatury daje szansę ujednorodnienia materiału oraz zwiększenia stopnia rozdrobnienia struktury, a tym samym poprawy właściwości warstwy modyfikowanej.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół spawalniczy do modyfikowania warstwy wierzchniej materiałów posiadający spawalnicze źródło zasilania, którego jeden z biegunów połączony jest z materiałem modyfikowanym, a drugi z biegunów połączony jest z nietopliwą elektrodą umieszczoną w dyszy gazowej palnika zasilanego gazem osłonowym ze zbiornika gazu osłonowego, znamienny tym,

PL 226 579 B1 że ma komorę roboczą (1) na czynnik chłodzący usytuowaną pod dyszą gazową (2) palnika spawalniczego (3), która na dnie lub w dnie posiada przewodzącą podstawę roboczą (6) dla materiału modyfikowanego (6') połączoną elektrycznie ze spawalniczym źródłem zasilania (1), a jej ścianki boczne zaopatrzone są w króciec wlotowy (4) i wylotowy (5) dla czynnika chłodzącego, natomiast od góry komora robocza (1) posiada pokrywę (8) z otworem (9) o wielkości powierzchni odpowiadającej co najmniej wielkości wylotu dyszy gazowej (2) palnika spawalniczego (3).

2. Zespół spawalniczy według zastrz. 1, znamienny tym, że dysza gazowa (2) palnika spawalniczego (3) posiada kołnierz osłonowy (10) pokrywy (8) komory roboczej (1) o wielkości powierzchni odpowiadającej co najmniej wielkości otworu (9) pokrywy (8) komory roboczej (1).