RU2117560C1

RU2117560C1 - Method of automatic electric-arc deposition on articles under flux layer

Info

Publication number: RU2117560C1
Application number: RU97117383A
Authority: RU
Inventors: П.Б. Перегудин; С.Б. Перегудин; Б.П. Перегудин
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Директ"
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: reconditioning of worn parts and hardening of new parts. SUBSTANCE: method includes rotation of part with its simultaneous longitudinal motion to build up a coating layer over multistart spiral by successive building up of spiral weld beads. Each next weld bead is built up after removal of slag crust from the previous bead with some displacement. Spiral pitch is multiple to two or more spacings of welding up. EFFECT: improved quality of built-up deposition, uniform thickness of coating. 14 dwg

Description

Изобретение относится к способам электродуговой наплавки под слоем флюса при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей. The invention relates to methods for electric arc surfacing under a flux layer when restoring worn and hardening new parts.

Известен способ электродуговой наплавки изделий, при котором ручной электродуговой сваркой штучными электродами из различных материалов на плоскую поверхность изделия поочередно наплавляют продольные валики (см. авт. св. СССР N 1687406, кл. B 23 K 9/04, 1988). A known method of electric arc welding of products, in which manual arc welding with piece electrodes of various materials, longitudinally alternatingly roll the longitudinal rollers onto the flat surface of the product (see ed. St. USSR N 1687406, class B 23 K 9/04, 1988).

Данное покрытие, выполненное из металлов с различными механическими свойствами, используется в качестве промежуточного слоя при наплавке высокопрочного покрытия. This coating, made of metals with various mechanical properties, is used as an intermediate layer for surfacing of a high-strength coating.

Однако известный способ имеет ряд недостатков. Так как электрод имеет конечную длину, то в любом случае процесс наплавки будет прерывистым, а следовательно, непроизводительным. Прерывистый процесс наплавки превышает вероятность возникновения дефектов в основном металле и в покрытии в местах возбуждения и гашения дуги. Кроме того, наплавка таким способом металла внутри отверстий весьма затруднительна, а иногда и невозможна, так как длина электрода ограничена. При наплавке же тел вращения по наружному диаметру (либо детали малого диаметра, либо детали с тонкой стенкой), которые при наплавке очень быстро нагреваются и шлак не успевает отделиться за один оборот детали, наплавка ручной дуговой сваркой практически неприменима, так как сложно выдержать постоянными параметры режима наплавки: шаг наплавки и линейную скорость наплавки. However, the known method has several disadvantages. Since the electrode has a finite length, in any case, the surfacing process will be intermittent, and therefore unproductive. The intermittent deposition process exceeds the likelihood of defects in the base metal and in the coating in places of arc excitation and extinction. In addition, surfacing in this way of metal inside the holes is very difficult, and sometimes impossible, since the length of the electrode is limited. When surfacing the bodies of revolution along the outer diameter (either small diameter parts or parts with a thin wall), which heat up very quickly during surfacing and the slag does not have time to separate in one revolution of the part, welding by manual arc welding is practically not applicable, since it is difficult to maintain constant parameters deposition mode: deposition step and linear deposition speed.

Известен также способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку (авт. св. N 1539011, кл. B 23 K 9/04, 1988). Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату. There is also known a method of automatic electric arc surfacing under a product flux layer, in which at least one roll of one layer of the deposited metal is deposited in a spiral-welded continuous arc and the slag crust is removed from the surface of the roller (ed. St. N 1539011, class B 23 K 9 / 04, 1988). This technical solution is the closest to the claimed technical essence and the achieved result.

При использовании известного способа наплавку отдельного слоя металла на поверхность изделия осуществляют по однозаходной спирали, путем наплавки одного спирального валика (шва), причем для получения сплошного покрытия отдельные витки (валики) указанного спирального валика (шва) перекрывают друг друга. При автоматической наплавке изделий малых размеров или изделий, при автоматической наплавке которых отвод тепла затруднен (например внутренняя поверхность трубы или наружная поверхность тонкостенного изделия), шлак за время нанесения одного витка не успевает отделиться от наплавленного металла и попадает в зону наплавки последующего валика, что приводит к нарушению нормального ведения процесса наплавки. В наплавленном металле появляются раковины, неметаллические включения за счет попадания шлака с предыдущего валика в сварочную ванну последующего и наплавленный металл в конечном счете приобретает неисправимые дефекты, в результате чего наплавляемая деталь выбраковывается. Все вышеизложенное относится также и к наплавке плоских поверхностей, при автоматической наплавке которых одним непрерывным спиральным валиком возникают такие же трудноисправимые, а иногда и неисправимые дефекты, при наличии которых техническая эксплуатация наплавленных деталей становится невозможной. When using the known method, the deposition of a separate metal layer on the surface of the product is carried out in a single helix, by surfacing a single spiral bead (seam), and to obtain a continuous coating, individual turns (rollers) of the specified spiral bead (seam) overlap each other. In case of automatic surfacing of small-sized products or products whose automatic heat dissipation is difficult (for example, the inner surface of the pipe or the outer surface of a thin-walled product), the slag does not have time to separate from the deposited metal during the application of one turn and enters the surfacing zone of the subsequent roller, which leads to to a violation of the normal conduct of the surfacing process. Shells appear in the deposited metal, non-metallic inclusions due to the ingress of slag from the previous roller into the subsequent weld pool and the deposited metal ultimately acquires irreparable defects, as a result of which the deposited part is rejected. All of the above also applies to surfacing of flat surfaces, during automatic surfacing of which with the same continuous spiral bead the same difficult and sometimes irreparable defects arise, in the presence of which technical operation of the deposited parts becomes impossible.

Изобретение направлено на достижение технического результата - повышение качества наплавляемого покрытия путем улучшения формирования наплавляемых валиков металла и исключения возникновения шлаковых включений в покрытии. The invention is aimed at achieving a technical result - improving the quality of the deposited coating by improving the formation of deposited metal rollers and eliminating the occurrence of slag inclusions in the coating.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного направления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия. The specified technical result is achieved in that in a method of automatic electric arc surfacing under a flux layer of products, in which at least one roller of one layer of the deposited metal is deposited in a spiral-welded continuous arc and the slag crust is removed from the surface of the roller, a separate layer is surfaced using a multiple-helix by sequentially directing the spiral rollers, each of which forms one of the spiral passes, each subsequent spiral roller being fused after removal of the slag crust from the previous, previously deposited bead, and during the entire surfacing process, each subsequent spiral bead is deposited with an offset relative to the previous bead along the axis of rotation of the deposited product.

При этом можно выбирать такой шаг спирали (спирального валика), при котором шлак с предыдущего витка спирали (витка спирального валика) не попадает на ее последующий виток. Величину указанного шага спирали можно выбрать известным образом, путем расчета или пробной наплавки изделий. Удаление шлаковой корки с указанного спирального валика позволяет исключить ее попадание в металл последующего спирального валика, аналогичного предыдущему упомянутому спиральному валику. In this case, you can choose a step of the spiral (spiral roller), in which the slag from the previous coil (spiral coil) does not fall on its subsequent coil. The value of the specified step of the spiral can be selected in a known manner, by calculation or trial surfacing of products. Removing the slag crust from the specified spiral roller eliminates its ingress into the metal of the subsequent spiral roller, similar to the previous mentioned spiral roller.

Чтобы предотвратить возникновение дефектов в начале и в конце наплавки, на торцы изделия предварительно привариваются кольца, шириной не менее полторы ширины одного наплавляемого спирального валика. To prevent the occurrence of defects at the beginning and at the end of surfacing, rings are pre-welded to the ends of the product with a width of at least one and a half widths of one deposited spiral bead.

Кроме того, благодаря тому что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, а наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия, наплавку валиков производят по такой спирали, шаг которой кратен двум или более шагам наплавки, достигается технический результат - обеспечение равномерности толщины слоя покрытия после наплавки. In addition, due to the fact that in the automatic electric arc surfacing method under a flux layer of products, in which at least one roll of one layer of the deposited metal is deposited in a spiral-welded continuous arc and the slag crust is removed from the surface of the roller, and a separate layer is surfaced using a multi-start spiral by sequential deposition of spiral rollers, each of which forms one of the spiral passes, and each subsequent spiral roller is fused after removal of a crust from the previous, previously deposited bead, and during the entire welding process, each subsequent spiral bead is fused with an offset relative to the previous bead along the axis of rotation of the deposited product, the bead is deposited along such a spiral, the step of which is a multiple of two or more steps of surfacing, the technical result is achieved - ensuring uniformity of the thickness of the coating layer after surfacing.

На фиг.1 представлена схема наплавки под слоем флюса внутренней поверхности изделия; на фиг.2, 3 - схема формирования слоя наплавки на внутреннюю поверхность (шаг спирали равен двум шагам наплавки); на фиг. 8-9 - схема формирования слоя наплавки на наружную цилиндрическую поверхность; на фиг. 10-13 - схема формирования слоя наплавки на плоское криволинейное изделие; на фиг.14 - схема наплавки второго слоя. Figure 1 presents the deposition scheme under the flux layer of the inner surface of the product; figure 2, 3 is a diagram of the formation of a layer of surfacing on the inner surface (the step of the spiral is equal to two steps of surfacing); in FIG. 8-9 is a diagram of the formation of a layer of surfacing on the outer cylindrical surface; in FIG. 10-13 is a diagram of the formation of a layer of surfacing on a flat curved product; on Fig is a deposition scheme of the second layer.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Изделие 1 закрепляют в приспособлении (не показано), связанном с блоком 2 вращателя, обеспечивающим заданную скорость вращения изделия. Электродную проволоку подают через горелку 3 к изделию роликами 4, а из бункера 5 с помощью лотка 6 подают флюс. Питание сварочной дуги осуществляется от источника сварочного тока 7. Блок 8 продольного перемещения горелки 3 обеспечивает ее продольное перемещение с заданной скоростью (в направлении стрелки, фиг. 1). The product 1 is fixed in the device (not shown) associated with the block 2 of the rotator, providing a given speed of rotation of the product. The electrode wire is fed through the burner 3 to the product with rollers 4, and a flux is supplied from the hopper 5 using the tray 6. The welding arc is supplied from the welding current source 7. Block 8 of the longitudinal movement of the torch 3 provides its longitudinal movement at a given speed (in the direction of the arrow, Fig. 1).

Изделие 1 вращают с одновременным продольным перемещением блока 8 и производят наплавку слоя покрытия по винтовой многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, например спиральных валиков 9 и 10 (фиг.2 и 3), каждый из которых образует один из заходов спирали, причем последующий спиральный валик, например валик 10, наплавляют после удаления известным образом шлаковой корки 11 с предыдущего ранее наплавленного спирального валика 9, затем удаляют шлаковую корку 12. В течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика. Для того чтобы получилось равномерное по толщине покрытие, наплавку спиральных валиков 9 и 10 производят по такой спирали, шаг S которой кратен двум (фиг.2, 3) или более шагам h наплавки (фиг.4-7 - шаг спирали кратен четырем шагам наплавки). The product 1 is rotated with the simultaneous longitudinal movement of block 8 and the coating layer is deposited along a multi-helical helix by sequentially depositing spiral rollers, for example spiral rollers 9 and 10 (FIGS. 2 and 3), each of which forms one of the spiral passes, the subsequent spiral a roller, for example a roller 10, is deposited after the slag crust 11 is removed in a known manner from the previous previously welded spiral bead 9, then the slag crust 12 is removed. Each subsequent process s spiral roller surfaced with an offset relative to the previous roll. In order to get a uniform thickness coating, the welding of spiral rollers 9 and 10 is carried out in such a spiral, step S of which is a multiple of two (FIGS. 2, 3) or more steps h of surfacing (FIGS. 4-7 - the spiral step is a multiple of four steps of surfacing )

Величину указанного шага спирали выбирают известным образом - путем расчета или опытным путем, производя наплавку на одно из изделий, подлежащих ремонту наплавкой. The value of the indicated step of the spiral is chosen in a known manner - by calculation or empirically, by surfacing on one of the products to be repaired by surfacing.

При этом шаг S спирали изменяют до тех пор, пока шлак с предыдущего валика спирали не перестанет препятствовать нормальному формированию последующего валика. Шаг спирали при этом должен быть кратным двум или более шагам h наплавки. Таким образом получают повышенное качество наплавленного покрытия, причем получаемое покрытие равномерно по толщине. The step S of the spiral is changed until the slag from the previous roller of the spiral no longer interferes with the normal formation of the subsequent roller. The step of the spiral should be a multiple of two or more steps h of surfacing. Thus, an improved quality of the deposited coating is obtained, and the resulting coating is uniformly thick.

Данным способом можно производить наплавку на плоскую поверхность изделия с произвольными криволинейными границами. При реализации указанного способа на плоской поверхности, изделие закрепляют, например на столе станка с ЧПУ, а электроду известным образом по программе сообщают движение по заданной спиральной траектории. При этом производят наплавку на плоскость изделия по меньшей мере одного слоя по многозаходной плоской спирали, форма которой соответствует форме наплавляемой детали, путем последовательного наплавления на плоскость изделия спиральных валиков 13 (фиг.11) и 14 (фиг.13), каждый из которых образует один из заходов плоской спирали, причем каждый последующий спиральный валик 14 наплавляют после удаления шлаковой корки 15 с предыдущего валика 13. In this way, it is possible to surfacing on a flat surface of the product with arbitrary curved borders. When implementing this method on a flat surface, the product is fixed, for example, on a CNC machine table, and the electrode is informed in a manner known per program of movement along a predetermined spiral path. In this case, at least one layer is deposited onto the product plane along a multi-starting flat spiral, the shape of which corresponds to the shape of the deposited part, by sequential deposition of spiral rollers 13 (Fig. 11) and 14 (Fig. 13) on the product plane, each of which forms one of the runs of a flat spiral, and each subsequent spiral roller 14 is fused after removal of the slag crust 15 from the previous roller 13.

Пример 1. На внутреннюю поверхность отверстия ступицы колесного центра локомотива диаметром 230 мм и длиной 350 мм (Сталь 25Л) производили автоматическую наплавку проволокой Св-08Г2С диаметром 2 мм под слоем флюса АН-348А на наплавочном станке СТО18. Example 1. On the inner surface of the hole of the hub of the wheel center of a locomotive with a diameter of 230 mm and a length of 350 mm (Steel 25L), automatic welding was performed using Sv-08G2S wire with a diameter of 2 mm under an AN-348A flux layer on a STO18 surfacing machine.

Режим наплавки:
сварочный ток - 300 А;
напряжение на дуге - 30 В;
линейная скорость наплавки 30 м/ч;
шаг спирали 12 мм,
шаг наплавки 6 мм.Surfacing Mode:
welding current - 300 A;
arc voltage - 30 V;
linear surfacing speed 30 m / h;
spiral pitch 12 mm,
surfacing step 6 mm.

При наплавке на таком режиме шлаковая корка на протяжении всего процесса наплавки одного захода спирали не отделялась от наплавленного металла и при наплавке смежного валика, шлаковая корка предыдущего валика не ухудшала формирования шва. По окончании процесса наплавки первого захода спирали процесс прерывали и удаляли шлаковую корку. Второй заход спирали начинали со смещением электрода относительно начала первого захода на 6 мм вдоль оси вращения изделия и продолжали его наплавку в автоматическом режиме до выхода валика на противоположный край отверстия. Затем процесс наплавки останавливали и удаляли шлаковую корку. Таким образом был наплавлен один слой на всей внутренней поверхности отверстия ступицы колесного центра локомотива (фиг.2, 3). When surfacing in this mode, the slag crust did not separate from the deposited metal during the entire surfacing process of one spiral run, and when the adjacent bead was surfaced, the slag crust of the previous bead did not impair the formation of the weld. At the end of the process of surfacing the first run of the spiral, the process was interrupted and the slag crust was removed. The second approach of the spiral began with the electrode offset relative to the beginning of the first approach by 6 mm along the axis of rotation of the product and continued its surfacing in automatic mode until the roller exits to the opposite edge of the hole. Then the surfacing process was stopped and the slag crust was removed. Thus, one layer was deposited on the entire inner surface of the hole of the hub of the wheel center of the locomotive (Fig.2, 3).

На аналогичном режиме производили наплавку в два и более слоев. In a similar mode, surfacing in two or more layers was performed.

Пример 2. Производили наплавку шкворня диаметром 50 мм и длиной 200 мм (сталь 45) пружинной проволокой второго класса диаметром 1,2 мм под слоем флюса АН-348А. Example 2. Surfacing of a king pin with a diameter of 50 mm and a length of 200 mm (steel 45) with a spring wire of the second class with a diameter of 1.2 mm under an AN-348A flux layer.

Режим наплавки:
сварочный ток - 140 А;
напряжение на дуге - 30 В;
число оборотов шкворня 3,2 об/мин;
шаг спирали 8 мм,
шаг наплавки 4 мм.Surfacing Mode:
welding current - 140 A;
arc voltage - 30 V;
kingpin speed 3.2 rpm;
spiral pitch 8 mm,
surfacing step 4 mm.

При наплавке на таком режиме уже на третьем витке шлак не успевает остывать и отделяться от изделия за один оборот детали и на точку зенита наплавки приходит в раскаленном состоянии, и отделить его от наплавленного металла невозможно. Однако за счет увеличения шага спирали до 8 мм шлак с предыдущего валика не ухудшал формирования последующего валика спирали. When surfacing in this mode, already at the third turn, the slag does not have time to cool down and separate from the product in one turn of the part and comes to the zenith point of the surfacing in a heated state, and it is impossible to separate it from the deposited metal. However, by increasing the spiral pitch to 8 mm, slag from the previous roller did not impair the formation of the subsequent spiral roller.

После наплавки одного захода спирали процесс останавливали и удаляли шлаковую корку на всей длине наплавляемой детали. Второй заход спирали начинали со смещением электрода относительно начала первого захода на 4 мм вдоль оси вращения изделия и продолжали наплавку в автоматическом режиме до выхода валика на противоположный край шкворня. Затем процесс наплавки останавливали и удаляли шлаковую корку. Таким образом был наплавлен один слой металла на данную деталь (фиг.8, 9). After surfacing one run of the helix, the process was stopped and the slag crust was removed along the entire length of the deposited part. The second approach of the spiral began with the electrode offset relative to the beginning of the first approach by 4 mm along the axis of rotation of the product and continued surfacing in automatic mode until the roller exited to the opposite edge of the kingpin. Then the surfacing process was stopped and the slag crust was removed. Thus, one layer of metal was deposited onto this part (Fig. 8, 9).

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит повысить качество наплавленного покрытия за счет непрерывного ведения процесса наплавки в автоматическом режиме, а также исключения возможности возникновения в наплавленном слое шлаковых включений, и позволит получить равномерную, практически постоянную толщину покрытия. Thus, the use of the proposed method will improve the quality of the deposited coating due to the continuous conduct of the welding process in automatic mode, as well as eliminating the possibility of occurrence of slag inclusions in the deposited layer, and will allow to obtain a uniform, almost constant coating thickness.

Claims

A method for automatic electric arc surfacing under a product flux layer, in which at least one roll of one layer of the deposited metal is deposited in a spiral-welded continuous arc and the slag crust is removed from the surface of the roller, characterized in that the individual layer is surfaced by multiple helix by sequential welding of spiral rollers, each of which forms one of the spiral passes, and each subsequent spiral roller is surfaced after removal of the slag crust from the previous, previously deposited bead, and during the entire surfacing process, each subsequent spiral bead is surfaced with an offset relative to the previous bead, while the helix pitch is a multiple of two or more surfacing steps.