RU2069614C1 - Method of electroslag surfacing - Google Patents
Method of electroslag surfacing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2069614C1 RU2069614C1 RU93041146A RU93041146A RU2069614C1 RU 2069614 C1 RU2069614 C1 RU 2069614C1 RU 93041146 A RU93041146 A RU 93041146A RU 93041146 A RU93041146 A RU 93041146A RU 2069614 C1 RU2069614 C1 RU 2069614C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- mold
- surfacing
- distance
- slag
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к наплавке и может быть использовано при электрошлаковой наплавке с применением неплавящегося электрода и гранулированных присадочных материалов, преимущественно круглых поверхностей деталей. The invention relates to surfacing and can be used for electroslag surfacing using a non-consumable electrode and granular filler materials, mainly round surfaces of parts.
Известен способ электрошлаковой наплавки с подачей сыпучих присадочных материалов и возвратно-поступательным перемещением электрода. При приближении электрода к стенке на расстояние прекращают подачу присадочного материала в эту зону, увеличивая его подачу с противоположной стороны электрода. Производят кратковременную остановку электрода на время перехода присадочного материала с поверхности шлаковой ванны в шлаковую ванну (авт.св. СССР 1557842 кл. В 23 К 25/00, 1988). A known method of electroslag surfacing with the supply of bulk filler materials and the reciprocating movement of the electrode. When the electrode approaches the wall at a distance, the filing of filler material in this zone is stopped, increasing its supply from the opposite side of the electrode. The electrode is briefly stopped during the transition of the filler material from the surface of the slag bath to the slag bath (ed. St. USSR 1557842 class. 23 K 25/00, 1988).
К недостаткам способа относится его жесткая специализация для узких шлаковых ванн с прямоугольной свободной поверхностью. Способ не обеспечивает азимутальную близость статистических и динамических характеристик теплового режима шлаковой ванны, а значит стабильность свойств наплавленного металла. The disadvantages of the method include its strict specialization for narrow slag baths with a rectangular free surface. The method does not provide the azimuthal proximity of the statistical and dynamic characteristics of the thermal regime of the slag bath, and therefore the stability of the properties of the deposited metal.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ электрошлаковой наплавки (ЭШН) деталей цилиндрической формы с подачей трубчатого плавящегося электрода, при котором используют охлаждаемый кристаллизатор и осуществляют взаимный поворот электрода и кристаллизатора вокруг оси изделия, а для улучшения качества наплавки в результате более равномерного проплавления, кристаллизатору сообщают колебательно-вращательное перемещение относительно оси изделия (авт. св. СССР 266973 кл. В 23 К 25/00, B 23 K 28/02, 1976). The closest in technical essence to the proposed one is a method of electroslag surfacing (ESH) of cylindrical-shaped parts with the supply of a tubular consumable electrode, in which a cooled mold is used and the electrode and mold are rotated around the product axis, and to improve the quality of surfacing as a result of more uniform melting, the mold is informed of vibrational-rotational movement relative to the axis of the product (ed. St. USSR 266973 cells. 23 K 25/00, B 23 K 28/02, 1976).
Способ предназначен для наплавки цилиндрических поверхностей деталей. Для электрошлаковой наплавки плоских круглых торцов этих деталей способ не применим. The method is intended for surfacing of cylindrical surfaces of parts. For electroslag surfacing of flat round ends of these parts, the method is not applicable.
Кроме того, к недостаткам способа относится его низкая эффективность при большом зазоре между деталью и подвижным кристаллизатором и невозможность использования при ЭШП неплавящегося электрода и сыпучих присадочных материалов. Дозирование сыпучих и узкий зазор приводит к накоплению некоторой массы сыпучих на поверхности шлаковой ванны. Происходит закорачивание сварочной цепи от электрода через сыпучие на кристаллизатор и деталь. Это выражается в виде искровых, либо дуговых разрядов, что приводит к необходимости снижения производительности процесса (скорости подачи сыпучих), либо прекращение процесса. Увеличение же зазора между деталью и кристаллизатором нецелесообразно, т.к. может привести к существенному снижению температуры шлаковой ванны и несплавлению основного и наплавляемого материалов. In addition, the disadvantages of the method include its low efficiency with a large gap between the part and the movable mold and the inability to use a non-consumable electrode and bulk filler materials in ESR. Dosing bulk and a narrow gap leads to the accumulation of a certain mass of bulk on the surface of the slag bath. There is a shorting of the welding circuit from the electrode through bulk to the mold and part. This is expressed in the form of spark or arc discharges, which leads to the need to reduce the performance of the process (bulk feed rate), or termination of the process. The increase in the gap between the part and the mold is impractical, because can lead to a significant decrease in the temperature of the slag bath and the non-fusion of the main and deposited materials.
Задача изобретения создания способа электрошлаковой наплавки плоских торцов деталей цилиндрической формы с применением неплавящегося электрода и гранулированных присадочных материалов, который позволял бы наплавлять плоские торцы деталей цилиндрической формы, обеспечивал азимутальную близость статических и динамических характеристик теплового режима шлаковой ванны, снижал при подаче сыпучих степень их перегрева путем учета температурных полей и гидродинамики шлаковой ванны с неплавящимся электродом, обеспечивал стабильность размеров и свойств наплавленного слоя путем непрерывного процесса наплавки и оптимизации конструктивных параметров процесса при высоких технологических показателях (высоком качестве наплавленного слоя и высокой производительности наплавки). The objective of the invention is to create a method of electroslag surfacing of the flat ends of cylindrical parts using a non-consumable electrode and granular filler materials, which would allow the flat ends of the cylindrical parts to be fused, ensured the azimuthal proximity of the static and dynamic characteristics of the thermal regime of the slag bath, and reduced the degree of their overheating by flowing taking into account temperature fields and hydrodynamics of a slag bath with a non-consumable electrode, provided stability p zmerov and properties of the deposited layer by continuous deposition process and optimizing the design parameters of the process at high processing rates (high quality of the deposited layer and high deposition rate).
Сущность изобретения заключается в том, что в способе электрошлаковой шлаковой наплавки торцов деталей цилиндрической формы неподвижным электродом в пространстве, ограниченном кристаллизатором, при котором кристаллизатор вместе с деталью приводят во вращение относительно оси детали, согласно изобретению, нагрев ведут с использованием неплавящегося электрода, ширину которого в радиальном направлении наплавляемой поверхности устанавливают равной lэ Dк/2 2b, где Dк внутренний диаметр кристаллизатора, b 12 20 мм расстояние от боковой поверхности электрода до кристаллизатора и до оси детали, при этом дополнительно подают гранулированный присадочный материал, ширину подачи которого в радиальном направлении наплавляемой поверхности устанавливают равной С Dк/2 d, где d 15 25 мм - расстояние между зоной подачи и кристаллизатором, гранулированный присадочный материал подают симметрично и радиально противоположно неподвижному электроду относительно оси детали на расстоянии "b" от него, а расход присадочного материала в пределах "С" и толщину электрода устанавливают переменными и увеличивающимися пропорционально расстоянию до оси детали.The essence of the invention lies in the fact that in the method of electroslag slag surfacing of the ends of cylindrical parts with a fixed electrode in a space limited by the mold, in which the mold and the part are rotated about the axis of the part, according to the invention, heating is carried out using a non-consumable electrode, the width of which radial weld surface is set equal to l e D / 2 2b, where D to the internal diameter of the mold, b December 20 mm away from the lateral behavior ited electrode to the mold and to the axis of the part, the method further fed granular filler material, the width of which flow radially weldable surface is set equal to C D k / 2 d, where
Уменьшение значения b ниже 12 мм приводит к возникновению дуги между электродом и кристаллизатором. Увеличение b выше 20 мм приводит к недогреву периферии детали. A decrease in b below 12 mm results in an arc between the electrode and the mold. An increase in b above 20 mm leads to underheating of the periphery of the part.
Уменьшение значения d ниже 15 мм приводит к возникновению горки шихты у стенки кристаллизатора. Увеличение d выше 25 мм приводит к снижению толщины наплавленного слоя у периферии детали. The decrease in the value of d below 15 mm leads to the appearance of a slide of the charge at the wall of the mold. An increase in d above 25 mm leads to a decrease in the thickness of the deposited layer at the periphery of the part.
Наплавка плоских торцов деталей цилиндрической формы достигается, во-первых, путем ведения электрошлакового процесса в пространстве, ограниченном снизу наплавляемым торцом, а с боков кристаллизатором, во-вторых, путем нагрева с использованием неплавящегося электрода сплошного сечения, расположенного над наплавляемой торцевой поверхностью детали, в-третьих, путем подачи гранулированного присадочного материала. The surfacing of the flat ends of cylindrical parts is achieved, firstly, by conducting an electroslag process in a space bounded from below by a weld end, and from the sides by a mold, secondly, by heating using a non-consumable solid section electrode located above the weld end surface of the part, in Third, by feeding granular filler material.
Повышение качества наплавленного слоя достигается путем обеспечения азимутальной близости статических и динамических характеристик теплового режима, снижения степени перегрева сыпучих присадочных материалов, стабилизации размеров и свойств наплавленного слоя. Improving the quality of the deposited layer is achieved by ensuring the azimuthal proximity of the static and dynamic characteristics of the thermal regime, reducing the degree of overheating of bulk filler materials, stabilizing the size and properties of the deposited layer.
Азимутальная близость статических и динамических характеристик теплового режима достигается, во-первых, путем изменения расхода присадочных материалов по ширине дозирования пропорционально расстоянию "r" до оси детали. За счет этого по торцу детали выравниваются удельные затраты тепла на наплавку единицы поверхности. Во-вторых, путем выбора ширины электрода lэ, в радиальном направлении, обеспечивающей благоприятное условие для создания равномерного теплового потока по поверхности детали в пределах от оси симметрии до стенки кристаллизатора. Расстояние b, на которое электрод отстает как от оси, так и от стенки кристаллизатора, практически не снижает теплового потока в пределах b. Это связано с расширяющимся характером активного пятна на рабочих режимах наплавки. В-третьих, путем изменения толщины электрода пропорционально расстоянию r до оси детали. Это позволяет пропорционально увеличивать площадь поперечного сечения и силу тока в электроде в направлении к периферии шлаковой ванны, т.е. там, где пропорционально r возрастают длина пути данной точки электрода и объем шлаковой ванны. В результате по радиусу шлаковой ванны выравнивается тепловой поток. В-четвертых, путем непрерывности процесса наплавки. Отсутствие остановок детали и перерывов в подаче сыпучих способствует выравниванию температуры, толщины и свойств наплавленного слоя. В-пятых, путем использования высокой частоты вращения детали, кристаллизатора и шлаковой ванны, что позволяет снизить динамику теплообмена и аксиальную несимметрию температур шлаковой, металлической ванн и наплавленного слоя.The azimuthal proximity of the static and dynamic characteristics of the thermal regime is achieved, firstly, by changing the consumption of filler materials along the dosing width in proportion to the distance "r" to the axis of the part. Due to this, the specific heat consumption for surfacing a surface unit is aligned at the end of the part. Secondly, by choosing the width of the electrode l e in the radial direction, providing a favorable condition for creating a uniform heat flux along the surface of the part in the range from the axis of symmetry to the mold wall. The distance b, by which the electrode lags both from the axis and from the crystallizer wall, practically does not reduce the heat flux within b. This is due to the expanding nature of the active spot in the operating modes of surfacing. Thirdly, by changing the thickness of the electrode in proportion to the distance r from the axis of the part. This allows you to proportionally increase the cross-sectional area and the current strength in the electrode towards the periphery of the slag bath, i.e. where, in proportion to r, the path length of a given point of the electrode and the volume of the slag bath increase. As a result, the heat flux is aligned along the radius of the slag bath. Fourth, by the continuity of the surfacing process. The absence of part stops and interruptions in the flow of bulk solids helps to equalize the temperature, thickness and properties of the deposited layer. Fifth, through the use of a high speed of rotation of the part, the mold and the slag bath, which allows to reduce the dynamics of heat transfer and axial temperature asymmetry of the slag, metal baths and deposited layer.
Степень перегрева сыпучих присадочных материалов при их движении по свободной поверхности и через расплав шлака снижается, во-первых, путем дозирования сыпучих присадочных материалов в область свободной поверхности, удаленной от электрода на расстояние b 12 20 мм, температура которой на несколько сотен градусов ниже, чем области, расположенной ближе к электроду. (Быстров В. А. Веревкин В.И. Быстров А.В. Исследование температурного поля шлаковой ванны. Автоматическая сварка, 1981, N 12, с. 23). При этом также учитывается гидродинамика ванны с неплавящимся электродом; установлено, что направление гидропотоков в шлаковой ванне в широком диапазоне изменения рабочих режимов остается неизменным; у неплавящегося электрода вверх, вблизи свободной поверхности к кристаллизатору, у кристаллизатора вниз и далее, вблизи и вдоль поверхности детали к электроду (Веревкин В.И. Калашников С.Н. Быстров В. А. Белоусов П.Г Анализ тепловых и гидродинамических процессов в шлаковой ванне при электрошлаковой наплавке композиционных сплавов с мощностью математических моделей. Известия вузов. Черная металлургия, 1992, N 2, с. 75). Опускающиеся вниз сыпучие материалы при таком расположении дозаторов в первой половине пути движутся преимущественно вниз и от электродов, а во второй половине пути преимущественно вниз и к электроду. Это также способствует перемещению присадочных материалов через менее разогретые области шлака. Во-вторых, степень перегрева сыпучих снижается путем существенного разнесения относительно оси симметрии кристаллизатора и детали места положения электрода от места расположения дозатора. Они находятся радиально противоположно, что позволяет сыпучим еще до приближения электрода и, расположенной вокруг него, высокотемпературной зоны шлака опуститься на зеркало металлической ванны. В-третьих, путем использования высокой частоты вращения детали и шлаковой ванны, что снижает время нахождения слоя сыпучих металлической ванны и наплавленного слоя при повышенных температурах активного пятна. В-четвертых, путем использования неплавящегося электрода, обеспечивающего благоприятное направление движения расплава шлака, дающего большие технологические возможности для регулирования теплового потока, позволяющего избегать вредной концентрации тепла в шлаковой, металлической ваннах и наплавленном слое. The degree of overheating of bulk filler materials as they move along the free surface and through the slag melt is reduced, firstly, by dosing the bulk filler materials into the free surface area remote from the electrode by a distance of b 12 20 mm, the temperature of which is several hundred degrees lower than the area closer to the electrode. (Bystrov V.A. Verevkin V.I. Bystrov A.V. Study of the temperature field of a slag bath. Automatic welding, 1981, No. 12, p. 23). This also takes into account the hydrodynamics of the bath with a non-consumable electrode; it was found that the direction of hydraulic flows in the slag bath in a wide range of changes in operating conditions remains unchanged; at the non-consumable electrode up, near the free surface to the mold, at the mold down and further, near and along the surface of the part to the electrode (Verevkin V.I. Kalashnikov S.N. Bystrov V.A. Belousov P.G. Analysis of thermal and hydrodynamic processes in slag bath with electroslag surfacing of composite alloys with the power of mathematical models. University Bulletin, Iron and Steel, 1992,
Стабилизация размеров и свойств наплавленного слоя достигается, во-первых, путем выбора ширины дозирования С, обеспечивающей одновременное распределение сыпучих от оси детали до стенки кристаллизатора. Частицы сыпучих потоками шлака вблизи свободной поверхности сносятся в направлении к кристаллизатору. Вблизи него подавляющая часть потока шлака направлена вниз и совпадает с направлением силы тяжести, что ускоряет процесс перемещения частиц к зеркалу металлической ванны. В результате может происходить накопление сыпучих у гарнисажа и особенно у кольца сопряжения кристаллизатора с зеркалом металлической ванны. Этому способствуют также повышенная вязкость шлака при низкой температуре у кристаллизатора и нулевая скорость квазиламинарного движения шлака по его стенке. Расстояние d между дозатором и кристаллизатором предотвращает накопление излишнего количества сыпучих у периферии шлаковой и металлической ванн. Во-вторых, путем изменения расхода присадочных материалов по ширине дозирования пропорционально расстоянию r до оси симметрии кристаллизатора, т.е. ее радиусу. Это позволяет учесть длину траектории распределения сыпучих и получить равномерную толщину наплавленного слоя. В-третьих, путем выбора ширины электрода lэ в радиальном направлении. В-четвертых, путем изменения толщины электрода пропорционально расстоянию "r" до оси детали. В-пятых, путем непрерывности процесса наплавки.Stabilization of the dimensions and properties of the deposited layer is achieved, firstly, by choosing the metering width C, which ensures the simultaneous distribution of granular from the axis of the part to the mold wall. Particles of loose slag streams near the free surface are carried towards the mold. Near it, the overwhelming part of the slag stream is directed downward and coincides with the direction of gravity, which accelerates the process of moving particles to the mirror of a metal bath. As a result, bulk accumulation can occur at the skull and especially at the interface between the mold and the mirror of the metal bath. This is also facilitated by the increased viscosity of the slag at a low temperature near the mold and the zero speed of the quasilaminar motion of the slag along its wall. The distance d between the dispenser and the crystallizer prevents the accumulation of an excessive amount of bulk solids at the periphery of the slag and metal baths. Secondly, by changing the consumption of filler materials along the dosing width in proportion to the distance r to the axis of symmetry of the mold, i.e. its radius. This allows you to take into account the length of the trajectory of the distribution of granular and to obtain a uniform thickness of the deposited layer. Thirdly, by choosing the width of the electrode l e in the radial direction. Fourth, by changing the thickness of the electrode in proportion to the distance "r" from the axis of the part. Fifth, through the continuity of the surfacing process.
Повышение производительности наплавки достигается путем использования неплавящегося электрода большого сечения, расширения ширины зоны нагрева и зоны одновременного дозирования сыпучих, путем непрерывного дозирования сыпучих присадочных материалов, оптимизации конструктивных параметров и увеличения скорости наплавки. Increasing the productivity of surfacing is achieved by using a non-consumable electrode with a large cross section, expanding the width of the heating zone and the zone of simultaneous dosing of bulk materials, by continuously dosing bulk filler materials, optimizing design parameters and increasing the speed of surfacing.
Использование неплавящегося электрода большого сечения позволяет повысить мощность источника нагрева, а значит, увеличить расход присадочных материалов. The use of a non-consumable electrode of large cross-section allows to increase the power of the heating source, and therefore, to increase the consumption of filler materials.
Расширение ширины зоны одновременного нагрева и зоны одновременного дозирования сыпучих достигается, во-первых, путем увеличения ширины электрода до значения:
lэ Dк/2 2 (1)
где Dк внутренний диаметр кристаллизатора;
b расстояния между осью кристаллизатора и электродом, а также между кристаллизатором и электродом, b 12 20 мм.The expansion of the width of the zone of simultaneous heating and the zone of simultaneous dosing of bulk solids is achieved, firstly, by increasing the width of the electrode to the value:
l e D c / 2 2 (1)
where D to the inner diameter of the mold;
b the distance between the axis of the mold and the electrode, as well as between the mold and the electrode, b 12 20 mm
Это позволяет обеспечить одновременность нагрева по всему радиусу шлаковой ванны, сократить тем самым время и увеличить равномерность нагрева. Это, в свою очередь, дает возможность расширить зону одновременного дозирования сыпучих. Во-вторых, путем использования неплавящегося электрода трапецеидального сечения. Максимальная толщина электрода (большее основание трапеции) расположено ближе к стенке кристаллизатора, минимальная (меньшее основание) ближе к оси симметрии детали. Толщина изменяется пропорционально расстоянию до оси симметрии ванны. В результате по радиусу ванны выравнивается тепловой поток. Это позволяет и для периферийных участков шлаковой ванны задавать высокие расходы сыпучих. Учитывая распространенное требование равной толщины наплавленного слоя по всей площади наплавки, последнее позволяет поднять производительность процесса в целом. В-третьих, путем исключения остановок детали во время наплавки. This allows for simultaneous heating over the entire radius of the slag bath, thereby reducing time and increasing the uniformity of heating. This, in turn, makes it possible to expand the zone of simultaneous dosing of bulk. Secondly, by using a non-consumable trapezoidal electrode. The maximum thickness of the electrode (the larger base of the trapezoid) is located closer to the wall of the mold, the minimum (smaller base) is closer to the axis of symmetry of the part. The thickness varies in proportion to the distance to the axis of symmetry of the bath. As a result, the heat flux is aligned along the radius of the bath. This allows for the peripheral sections of the slag bath to set high flow rates of bulk. Given the widespread requirement of an equal thickness of the deposited layer over the entire surfacing area, the latter allows to increase the productivity of the process as a whole. Thirdly, by eliminating part stops during surfacing.
Непрерывное дозирование сыпучих присадочных материалов обеспечивает их максимальный интегральный расход, в то время как любые перерывы в дозировании интегральный расход снижают. Continuous dosing of bulk filler materials ensures their maximum integral flow rate, while any interruptions in dosing of the integral flow rate reduce.
Оптимизация конструктивных параметров средств реализации способа наплавки достигается, во-первых, путем установления расстояния между электродом и кристаллизатором на уровне 12 20 мм. Это позволяет избежать закорачивания сварочной цепи от электрода на кристаллизатор через частицы сыпучих в виде искровых, либо дуговых разрядов и вынужденного уменьшения, в связи с этим, подачи присадки. Кроме того, перегрев зоны шлака у кристаллизатора приводит к расплавлению практически неэлектропроводного гарнисажа, увеличению силы тока с электрода на кристаллизатор и возникновению дугового процесса (Эрмантраута М. М. Малимонова В.И. Применение неплавящегося электрода при электрошлаковой наплавке. Сварочное производство, 1978, N 7, с. 16 18). Во-вторых, путем установления минимального расстояния между дозатором и кристаллизатором d 15 25 мм, что обеспечивает максимально возможную ширину дозирования С без скапливания у кристаллизатора сыпучих в виде горки на свободной поверхности шлаковой ванны. Это позволяет увеличить расход присадки. Optimization of the design parameters of the means of implementing the surfacing method is achieved, firstly, by establishing the distance between the electrode and the mold at the level of 12 20 mm. This allows you to avoid shorting the welding circuit from the electrode to the mold through the particles of granular in the form of spark or arc discharges and the forced reduction, in connection with this, the filing of the additive. In addition, overheating of the slag zone near the mold leads to the melting of a practically non-conductive skull, an increase in the current from the electrode to the mold, and the appearance of an arc process (Ermantrauta M. M. Malimonova, V. I. Application of a non-consumable electrode in electroslag surfacing. Welding production, 1978,
Увеличение скорости наплавки при увеличенном тепловом потоке позволяет выровнять температуру шлаковой ванны по азимуту и добиться хорошего сплавления и формирования наплавленного слоя с высокой производительностью. An increase in the deposition rate with an increased heat flux makes it possible to equalize the temperature of the slag bath in azimuth and to achieve good fusion and formation of a deposited layer with high productivity.
Использование неплавящегося электрода позволяет повысить мощность источника нагрева, обеспечить благоприятное для дозирования сыпучих направление движения шлака. Известно, что плавящийся электрод вызывает противоположное направление вращения шлака: у электрода вниз, у детали к кристаллизатору, вдоль него вверх и у свободной поверхности к электроду (Электрошлаковая сварка и наплавка / Под ред. Б.Е.Патона. М. Машиностроение, 1980 с. 19). Кроме того, неплавящийся электрод дает большие технологические возможности для регулирования теплового потока, позволяет избегать вредной концентрации тепла, что недопустимо, например, при наплавке композиционными сплавами. The use of a non-consumable electrode makes it possible to increase the power of the heating source and to ensure the direction of slag movement favorable for dispensing granular materials. It is known that a melting electrode causes the opposite direction of slag rotation: at the electrode down, at the part to the mold, along it up and at the free surface to the electrode (Electroslag welding and surfacing / Edited by B.E. Paton. M. Engineering, 1980 p. . 19). In addition, a non-consumable electrode provides great technological opportunities for regulating the heat flux, avoids harmful concentration of heat, which is unacceptable, for example, when surfacing with composite alloys.
Использование неплавящегося электрода шириной в радиальном направлении, равной lэ позволяет захватить электродом максимально возможное расстояние по радиусу шлаковой ванны и тем самым обеспечить условия для создания по радиусу равномерного теплового потока. В результате стабилизируются свойства наплавленного слоя по радиусу шлаковой ванны и растет производительность процесса. Последнее связано с достаточным и равномерным разогревом всей шлаковой ванны.The use of a non-consumable electrode with a width in the radial direction equal to l e allows the electrode to capture the maximum possible distance along the radius of the slag bath and thereby provide conditions for creating a uniform heat flux along the radius. As a result, the properties of the deposited layer are stabilized along the radius of the slag bath and the process productivity increases. The latter is associated with a sufficient and uniform heating of the entire slag bath.
Размещение электрода от стенки кристаллизатора на расстоянии b 12 20 мм позволяет избежать токовые разряды через скопление сыпучих у стенки кристаллизатора и необходимость снижения, вследствие этого, производительности наплавки; избежать перегрева шлака у кристаллизатора и образования через шлак дугового процесса с электрода на кристаллизатор и необходимость снижения, вследствие этого, мощности теплового источника, а значит и производительности наплавки. Закрепление места дозирования радиально с электродом позволяет снизить степень перегрева сыпучих и создает условия для опускания присадки на зеркало металлической ванны до приближения электрода. Placing the electrode from the mold wall at a distance of b 12 20 mm avoids current discharges through the accumulation of bulk near the mold wall and the need to reduce, as a result, surfacing performance; to avoid overheating of the slag in the mold and the formation of an arc process from the electrode to the mold through the slag and the need to reduce, as a result, the power of the heat source, and hence the deposition rate. Fixing the dosing site radially with the electrode reduces the degree of overheating of bulk solids and creates the conditions for lowering the additive onto the mirror of a metal bath until the electrode approaches.
Использование ширины дозирования в радиальном направлении
C Dк/2 d, (2)
где Dк внутренний диаметр кристаллизатора;
d расстояние между мостом дозирования и кристаллизатором, d 15 25 мм,
позволяет обеспечить одновременное распределение сыпучих по поверхности детали в пределах от оси детали до стенки кристаллизатора и тем самым повысить производительность наплавки.Using the dosing width in the radial direction
CD c / 2 d, (2)
where D to the inner diameter of the mold;
d the distance between the metering bridge and the mold,
allows for the simultaneous distribution of bulk on the surface of the part in the range from the axis of the part to the mold wall and thereby increase the surfacing performance.
Размещение места дозирования от кристаллизатора на минимально возможном расстоянии d позволяет избежать накопления излишнего количества сыпучих у периферии шлаковой и металлической ванн, обеспечить максимально возможную ширину дозирования и высокую производительность процесса. Размещение места дозирования на расстоянии b от электрода позволяет осуществлять дозирование сыпучих через менее нагретые области шлака и таким образом снизить их перегрев. Placing the dispensing place from the crystallizer at the minimum possible distance d avoids the accumulation of an excessive amount of bulk at the periphery of the slag and metal baths, and ensures the maximum possible dispensing width and high productivity of the process. Placing the dosing site at a distance b from the electrode allows the bulk to be dosed through less heated slag regions and thus reduce their overheating.
Изменение расхода присадочных материалов в пределах С позволяет варьировать толщину наплавленного слоя при различном удалении от оси детали. Changing the consumption of filler materials within C allows you to vary the thickness of the deposited layer at different distances from the axis of the part.
Введение в способ дополнительного изменения расхода присадочных материалов в пределах С пропорционально расстоянию до оси детали позволяет обеспечить равномерную толщину наплавленного слоя. Introduction to the method of additional changes in the consumption of filler materials within C in proportion to the distance to the axis of the part allows for uniform thickness of the deposited layer.
Изменение толщины электрода позволяет изменять тепловой поток по радиусу шлаковой ванны. Введение в способ дополнительного изменения толщины электрода пропорционально расстоянию до оси детали позволяет в пределах lэ обеспечить равномерный тепловой поток по радиусу шлаковой ванны, стабилизировать свойства наплавленного слоя и повысить производительность наплавки.Changing the thickness of the electrode allows you to change the heat flux along the radius of the slag bath. Introduction to the method of additional changes in the thickness of the electrode in proportion to the distance to the axis of the part allows, within l e, to ensure uniform heat flux along the radius of the slag bath, stabilize the properties of the deposited layer and increase the productivity of surfacing.
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные операции известны. Однако их введение и конкретизация в указанной связи с другими операциями способа приводит к появлению новых вышеуказанных свойств, позволяющих наплавлять плоские торцы деталей цилиндрической формы, повысить качество наплавленного слоя и повысить производительность наплавки. Это дает возможность сделать вывод о наличии изобретательского уровня. Comparison of the claimed solution with other technical solutions shows that the newly introduced operations are known. However, their introduction and concretization in this connection with other operations of the method leads to the appearance of the new properties mentioned above, which allow surfacing of the flat ends of cylindrical parts, increasing the quality of the deposited layer and increasing the productivity of surfacing. This makes it possible to conclude that there is an inventive step.
Устройство состоит из водоохлаждаемого формирующего кристаллизатора 1, размещенного соосно с наплавляемой деталью 2, шлаковой ванной 3, в которую помещен неплавящийся электрод трапецеидального сечения 4, и металлической ванной 5; а также служащего для подачи в плавильное пространство сыпучих присадочных материалов 6, дозирующего устройства 7 с выходным патрубком треугольной формы. Направление движения потока указано стрелками 8. The device consists of a water-cooled forming
Деталь 2 может иметь осесимметричную форму, как показано на чертеже, либо иметь другую форму с плоской наплавляемой поверхностью. Кристаллизатор 1 устанавливают на деталь соосно, либо сверху и производят герметизацию плавильного пространства. Электрод 4 изготавливают в виде призмы с трапецеидальным поперечным сечением и неподвижно относительно горизонтали закрепляют на расстоянии от стенки кристаллизатора большим основанием сечения к стенке кристаллизатора, а меньшим к оси детали. Диаметрально противоположно электроду относительно оси детали неподвижно закрепляют дозирующее устройство 7 на расстоянии b от стенки кристаллизатора и на расстоянии d от электрода. Выходной патрубок дозирующего устройства изготавливают с поперечным сечением в виде треугольника. Патрубок располагают основанием треугольника к кристаллизатору, а вершиной к электроду. При этом расход присадочного материала 6 изменяется пропорционально расстоянию до оси симметрии шлаковой ванны.
В плавильном пространстве, образованном кристаллизатором и деталью, наводят шлаковую ванну известным способом, например, с помощью "холодного" старта. Для этого неплавящийся электрод опускают до контакта с деталью и в плавильное пространство засыпают флюс до 1/3 высоты шлаковой ванны. Задают уставку по току наплавки на уровне 60 от номинального. Подают питающее напряжение. Возбуждают дуговой процесс, после чего электрод поднимают на 3 4 мм. Теплом дуги неплавящегося электрода производится оплавление поверхности детали и расплавление флюса. По мере расплавления флюса дуговой процесс переходит в электрошлаковый и вокруг электрода наводится шлаковая ванна. Постепенно поднимают электрод, обеспечивая межэлектродный промежуток на уровне 10 12 мм. Через 20 30 с после включения напряжения питания кристаллизатор вместе с деталью приводят во вращение с частотой на уровне 30 от номинальной. По мере их вращения производится равномерное оплавление наплавляемой поверхности детали и расплавление флюса, шлаковая ванна наводится по всей площади, охватываемой кристаллизатором, за исключением гарнисажа. По мере наведения шлаковой ванны, равномерным дозированием добавляют флюс, добиваясь конечной номинальной высоты шлаковой ванны и одновременно постепенно увеличивают ток наплавки до номинального. Межэлектронный промежуток устанавливают на рабочий уровень. In the melting space formed by the crystallizer and the part, induce a slag bath in a known manner, for example, using a "cold" start. To do this, the non-consumable electrode is lowered to contact with the part and the flux is poured into the melting space to 1/3 of the height of the slag bath. Set the current for surfacing current at a level of 60 from the nominal. They supply voltage. The arc process is excited, after which the electrode is raised by 3 4 mm. The heat of the arc of the non-consumable electrode melts the surface of the part and melts the flux. As the flux melts, the arc process becomes electroslag and a slag bath is induced around the electrode. Gradually raise the electrode, providing an interelectrode gap of 10 12 mm. After 20 30 s after turning on the supply voltage, the mold and the part are rotated at a frequency of 30 of the nominal. As they rotate, the weld surface of the part is uniformly melted and the flux melts, the slag bath is induced over the entire area covered by the mold, with the exception of the skull. As the slag bath is guided, flux is added by uniform dosing, achieving the final nominal height of the slag bath and at the same time gradually increase the surfacing current to the nominal value. The electron gap is set to the operating level.
Подают гранулированный присадочный материал и флюс в количестве, необходимом для компенсации расхода шлака на образование гарнисажа и химические реакции. Подачу осуществляют непрерывно в течение всего рабочего периода наплавки. Частицы присадочного материала опускаются на дно шлаковой ванны и при этом нагреваются. В зависимости от используемых присадочных материалов и целей наплавки, подбором силы тока наплавки, частоты вращения n, площади поперечного сечения электрода, межэлектродного промежутка, рода тока и других параметров можно добиться либо полного расплавления присадки, либо расплавления лишь материала-связки, так например, при износостойкой композиционной наплавке. При этом формируется металлическая ванна. Присадочные материалы равномерно рассредотачиваются по зеркалу металлической ванны. Капли расплавившихся частиц сыпучих пополняют металлическую ванну. Нерасплавившиеся твердые частицы композиционного сплава в наплавляемом слое смачиваются материалом-связкой и в результате сплавляются как между собой, так и с деталью. За счет непрерывного дозирования сыпучих происходит рост высоты наплавленного слоя. Granular filler material and flux are fed in the amount necessary to compensate for the consumption of slag for skull formation and chemical reactions. The feed is carried out continuously throughout the entire working period of the surfacing. Particles of filler material are lowered to the bottom of the slag bath and are heated. Depending on the filler materials used and the purposes of surfacing, by selecting the strength of the surfacing current, the rotational speed n, the cross-sectional area of the electrode, the interelectrode gap, the type of current, and other parameters, one can either completely melt the additive, or melt only the binder material, for example, with wear-resistant composite surfacing. In this case, a metal bath is formed. The filler materials are evenly distributed over the mirror of the metal bath. Drops of molten loose particles replenish the metal bath. The non-melted solid particles of the composite alloy in the deposited layer are wetted by the binder material and as a result are fused both between themselves and with the part. Due to the continuous dosing of bulk, the height of the deposited layer increases.
Вследствие непрерывного вращения детали со шлаковой ванной, относительно неподвижного дозирующего устройства большой ширины С и треугольного поперечного сечения зоны дозирования, происходит равномерное распределение присадочных материалов по зеркалу металлической ванны. За счет непрерывного вращения детали со шлаковой ванной относительно неподвижного неплавящегося электрода, большой ширины электрода lэ и трапецеидальной формы его поперечного сечения, наблюдается достаточно равномерный прогрев шлаковой, металлической ванн, наплавленного слоя и детали.Due to the continuous rotation of the part with the slag bath, the relatively stationary metering device of large width C and the triangular cross section of the metering zone, the filler materials are evenly distributed over the mirror of the metal bath. Due to the continuous rotation of the part with the slag bath relative to the fixed non-consumable electrode, the large electrode width l e and the trapezoidal shape of its cross section, a fairly uniform heating of the slag, metal baths, the deposited layer and the part is observed.
Частицы присадочных материалов, попадая на свободную поверхность шлаковой ванны, тонут не мгновенно, а некоторое время находятся на ее поверхности. Вращение шлаковой ванны и движение шлака в радиальном направлении приводят к образованию на свободной поверхности шлейфа присадочных материалов в форме раскручивающейся спирали Архимеда. Частицы гранулированного присадочного материала, погружаясь в шлаковую ванну, смещаются потоком шлака в первой половине пути к кристаллизатору, а во второй половине к электроду. Чем больше радиус шлаковой ванны Rш.в., тем больше расстояние (с + b) от электрода по крайней точки дозирования, тем ниже скорость движения расплава шлака на свободной поверхности ванны под этой точкой, тем растянутее спираль шлейфа сыпучих. Однако, поскольку d устанавливается по минимальным условиям, а скорость движения шлака в обратном направлении у детали уменьшается, это не оказывает существенного влияния на толщину наплавленного слоя в кольце шириной d, примыкающей к кристаллизатору. Кроме того, с увеличением Rш.в. растет площадь поперечного сечения электрода и ток наплавки. Тепловой поток практически в любой точке шлаковой ванны остается постоянным, что стабилизирует температуру и не позволяет возрасти вязкости шлака. Это создает благоприятные условия для радиального движения потока.Particles of filler materials, falling on the free surface of the slag bath, drown not instantly, but for some time are on its surface. The rotation of the slag bath and the movement of the slag in the radial direction lead to the formation of filler materials in the form of a spinning spiral of Archimedes on the free surface of the plume. Particles of granular filler material, immersed in a slag bath, are displaced by the flow of slag in the first half of the path to the mold, and in the second half to the electrode. The larger the radius of the slag bath R sw. , the greater the distance (c + b) from the electrode at the dosing point, the lower the speed of movement of the slag melt on the free surface of the bath under this point, the wider the loop loop loose. However, since d is set according to the minimum conditions, and the speed of slag in the opposite direction of the part decreases, this does not have a significant effect on the thickness of the deposited layer in the ring of width d adjacent to the mold. Furthermore, with increasing R Sh.V. the cross-sectional area of the electrode and the surfacing current increase. The heat flow at almost any point of the slag bath remains constant, which stabilizes the temperature and does not allow to increase the viscosity of the slag. This creates favorable conditions for the radial movement of the flow.
Толщину электрода устанавливают в зависимости от расстояния до оси детали по уравнению
σ = 2πr/k1, м, (3)
где k1 коэффициент.The thickness of the electrode is set depending on the distance to the axis of the part according to the equation
σ = 2πr / k 1 , m, (3)
where k 1 is the coefficient.
При этом тепловой поток оказывается независящим от величины
где Uш.в. падение напряжения на шлаковой ванне, В;
Ir сила тока на участке сечения электрода, находящегося на расстоянии r от оси детали шириной Δr и толщиной σ, A;
j плотность тока наплавки, А/м2;
h эффективный тепловой КПД;
Vнr линейная скорость наплавки на расстоянии от оси детали, м/c;
A коэффициент, учитывающий степень растекания тока от электрода;
n частота вращения, 1/c.In this case, the heat flux turns out to be independent of
where U sh.v. voltage drop on the slag bath, V;
I r the current strength in the section of the electrode cross section located at a distance r from the part axis with a width Δr and a thickness σ, A;
j deposition current density, A / m 2 ;
h effective thermal efficiency;
V нr linear speed of surfacing at a distance from the axis of the part, m / s;
A coefficient taking into account the degree of spreading current from the electrode;
n speed, 1 / s.
Толщину зоны дозирования (выходного патрубка дозирующего устройства) gr устанавливают в зависимости от r по уравнению, аналогичному уравнению (3):
γr= 2πr/k2, м, (5)
где k2 коэффициент.The thickness of the metering zone (output pipe of the metering device) g r is set depending on r according to an equation similar to equation (3):
γ r = 2πr / k 2 , m, (5)
where k 2 is a coefficient.
Текущий расход присадочного материала в пределах С находится по уравнению:
где Vи скорость истечения сыпучих из дозирующего устройства,
Vи const по всему сечению дозирования.The current consumption of filler material within C is found by the equation:
where V and the rate of flow of bulk from the metering device,
V and const over the entire dosing section.
При этом высота насыпаемого за один оборот детали слоя сыпучих оказывается независимой от r:
где В коэффициент, учитывающий степень расширения струи сыпучих при свободном падении и в шлаковой ванне.At the same time, the height of the bulk layer component poured in one revolution is independent of r:
where B is a coefficient that takes into account the degree of expansion of the jet of free flowing in a free fall and in a slag bath.
Дозирование сыпучих и/или гранулированных присадочных материалов согласно уравнению (6) можно осуществлять как одним, так и несколькими дозаторами. Последнее предпочтительнее, т. к. более надежно, из-за облегчения схода сыпучих и предотвращения их зависания в дозирующем устройстве. В этом случае вся ширина дозирования С разбивается на ряд участков и в пределах каждого участка дозирование идет от одного дозатора. Dosing of bulk and / or granular filler materials according to equation (6) can be carried out by one or several dispensers. The latter is preferable, because it is more reliable, due to the facilitation of the flow of loose and prevention of their freezing in the dosing device. In this case, the entire dispensing width C is divided into a number of sections and, within each section, the dispensing proceeds from one dispenser.
Выполняли наплавку неплавящим графитовым электродом матриц штампов из стали 25Л с диаметром наплавляемой поверхности 200 мм. В качестве наплавочного материала использовали порошок из сплава сормайт 1, флюс АН-348 А, электрод сечением в виде равнобокой трапеции высотой 70 мм и основаниями 7 и 35 мм. k1 15, k2 1170, d 20 мм, b 15 мм. Режим наплавки: сила тока 1500 А, напряжение 40 В, глубина шлаковой ванны 40 45 мм, межэлектродный промежуток 15 мм, частота вращения 0,06 1/c, род тока - постоянный, полярность прямая. Производительность наплавки 135 140 кг/ч.Surfacing was performed with a non-melting graphite electrode of die matrixes made of steel 25L with a diameter of the deposited surface of 200 mm. As a surfacing material, we used powder from
Для поиска оптимального диапазона изменения b, d, k1 и k2 производилась наплавка с их различными значениями.To search for the optimal range of variation of b, d, k 1 and k 2 , surfacing was performed with their various values.
Результаты эксперимента приведены в таблице. The experimental results are shown in the table.
Как следует из таблицы, оптимальными являются значения d, b, k1 и k2, принятые в первом опыте, которые можно рекомендовать для использования. Они обеспечивают высокое качество наплавленного слоя и высокую производительность наплавки.As follows from the table, the optimal values are d, b, k 1 and k 2 , adopted in the first experiment, which can be recommended for use. They provide high quality deposited layer and high surfacing performance.
Способ может использоваться не только для наплавки круглых плоских поверхностей деталей, но и для других осесимметричных плоских поверхностей, например, в виде многоугольника. Однако в этом случае качество наплавки будет снижаться по мере отклонения формы наплавляемых поверхностей и кристаллизатора от круглой. The method can be used not only for surfacing round flat surfaces of parts, but also for other axisymmetric flat surfaces, for example, in the form of a polygon. However, in this case, the surfacing quality will decrease as the shape of the deposited surfaces and the mold deviates from round.
Способ обеспечивает наплавку торцов деталей цилиндрической формы, азимутальную близость статических и динамических характеристик теплового режима шлаковой ванны, снижает степень перегрева сыпучих, обеспечивает стабильность размеров и свойств наплавленного слоя. Он позволяет достичь высокого качества наплавленного слоя и высокой производительности наплавки. The method provides surfacing of the ends of parts of cylindrical shape, the azimuthal proximity of the static and dynamic characteristics of the thermal regime of the slag bath, reduces the degree of overheating of bulk, ensures dimensional stability and deposited layer. It allows to achieve high quality deposited layer and high surfacing performance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93041146A RU2069614C1 (en) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Method of electroslag surfacing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93041146A RU2069614C1 (en) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Method of electroslag surfacing |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93041146A RU93041146A (en) | 1996-10-20 |
| RU2069614C1 true RU2069614C1 (en) | 1996-11-27 |
Family
ID=20146530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93041146A RU2069614C1 (en) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | Method of electroslag surfacing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2069614C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998041343A1 (en) * | 1997-03-18 | 1998-09-24 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'elmet-Rol-Gruppa Medovara' | Electroslag facing process |
| RU2447978C2 (en) * | 2010-05-28 | 2012-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for electroslag high-alloy steel hard-facing |
-
1993
- 1993-08-12 RU RU93041146A patent/RU2069614C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1557842, кл. B 23K 25/00, 1988. Авторское свидетельство СССР N 266973, кл. B 23K 25/00, 1976. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998041343A1 (en) * | 1997-03-18 | 1998-09-24 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'elmet-Rol-Gruppa Medovara' | Electroslag facing process |
| US6283198B1 (en) | 1997-03-18 | 2001-09-04 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo “Elmet-Rol-Guppa Medovara” | Electroslag facing process |
| RU2447978C2 (en) * | 2010-05-28 | 2012-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Device for electroslag high-alloy steel hard-facing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3344839A (en) | Process for obtaining a metallic mass by fusion | |
| US4305451A (en) | Electroslag remelting and surfacing apparatus | |
| RU2069614C1 (en) | Method of electroslag surfacing | |
| CN114713942A (en) | Tungsten electrode argon arc additive manufacturing method based on negative pressure constraint of electric arc | |
| US2380238A (en) | Method and apparatus for producing cast metal bodies | |
| US5550354A (en) | High-frequency induction heating coil | |
| RU2701698C1 (en) | Method of billet alloying by means of melting electrode with coating in process of electroslag remelting | |
| US4544019A (en) | Method and apparatus for manufacturing composite steel ingot | |
| JPS6173843A (en) | Method and apparatus for melting rod like material by induction coil | |
| RU2008149292A (en) | METHOD FOR PRODUCING SPHERICAL GRANULES OF HEAT-RESISTANT AND CHEMICALLY ACTIVE METALS AND ALLOYS, DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION AND DEVICE FOR MANUFACTURE OF THE ORIGINAL CONSUMPABLE PREPARATION FOR IMPLEMENTATION OF THE METHOD | |
| JPS58177403A (en) | Method and device for manufacturing ceramic-free high purity metal powder | |
| EP3481578B1 (en) | Fluid-cooled contact tip assembly for metal welding | |
| RU2770107C1 (en) | Welding flux granulation plant | |
| RU2410215C1 (en) | Procedure for automatic electric-arc hidden pad-weld of external or internal surfaces of rotary bodies | |
| CN215279882U (en) | Flow guiding device for cold bed smelting type gas atomization powder making | |
| SE414318B (en) | SEED AS MANUFACTURE OF LARGE METAL GOODS THROUGH Melting under electrically conductive slag | |
| SU435288A1 (en) | METHOD OF OBTAINING BIMETALLIC SLITECKS OF ENOERTO | |
| RU2457929C1 (en) | Method of centrifugal deposition by consumable electrode | |
| GB1568746A (en) | Electrosing remelting and surfacing apparatus | |
| SU1076228A1 (en) | Method of arc welding by nonconsumable electrode | |
| SU1817742A3 (en) | Method of welding by magnetically controlled arc | |
| UA71988C2 (en) | Method and plant for electroslag surfacing of composite rollers by liquid metal, current-carrying crystallizer | |
| FR2626430A1 (en) | ELECTRICAL HEATING DEVICE, IN PARTICULAR FOR THE PRODUCTION OF HIGH TEMPERATURES | |
| SU966999A1 (en) | Method of electric arc hard facing | |
| RU2271267C1 (en) | Large-size end faces electroslag surfacing method |