RU2120363C1 - Induction surfacing method - Google Patents

Induction surfacing method Download PDF

Info

Publication number
RU2120363C1
RU2120363C1 RU97107146/02A RU97107146A RU2120363C1 RU 2120363 C1 RU2120363 C1 RU 2120363C1 RU 97107146/02 A RU97107146/02 A RU 97107146/02A RU 97107146 A RU97107146 A RU 97107146A RU 2120363 C1 RU2120363 C1 RU 2120363C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
grooves
depth
surfacing
buffer
profile
Prior art date
Application number
RU97107146/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97107146A (en
Inventor
Ю.А. Зайченко
В.В. Косаревский
Original Assignee
Инженерный центр "Сплав"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Инженерный центр "Сплав" filed Critical Инженерный центр "Сплав"
Priority to RU97107146/02A priority Critical patent/RU2120363C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2120363C1 publication Critical patent/RU2120363C1/en
Publication of RU97107146A publication Critical patent/RU97107146A/en

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: prior to surfacing, grooves are made on surfaces to be strengthened to form buffer zones. Grooves are cut in direction perpendicular to direction of movement of friction pair. Pitch and profile are set to meet requirements to needed buffer layer. Depth of grooves is set according to relationship: h ≥ 2Δ where h is depth of groove, mm; Δ is depth of penetration of current at induction heating, mm. Grooves are made rectangular, triangular or oval with increase in contact surface between fusion layer and base metal depending on conditions of operation of buffer zone. EFFECT: increased wear resistance of parts and units operating at high impact loads, enhanced quality of surfacing owing to increased strength of adhesion of applied layer and base metal. 4 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости различных деталей и узлов, работающих при ударных нагрузках. The present invention relates to mechanical engineering and can be used to increase the wear resistance of various parts and assemblies operating under shock loads.

Известен способ индукционной наплавки (см. патент России N 2058866, кл. B 23 K 13/01), при котором на наплавляемую деталь наносят шихту в виде частиц с острыми кромками для создания краевого эффекта. There is a method of induction surfacing (see Russian patent N 2058866, class B 23 K 13/01), in which a mixture in the form of particles with sharp edges is applied to the surfaced part to create an edge effect.

Недостатком известного способа является то, что с помощью краевого эффекта, возникающего в частицах с острыми кромками, происходит быстрый разогрев всего объема шихты до расплавления, но не решается проблема соединения основного металла с наплавленным с заданными физико-механическими требованиями наплавленного слоя, что приводит к снижению качества наплавки и возможным сдвигам основного металла относительно наплавленного. The disadvantage of this method is that with the help of the edge effect that occurs in particles with sharp edges, the entire charge volume is quickly heated to melt, but the problem of combining the base metal with the deposited metal with the specified physicomechanical requirements of the deposited layer is not solved, which leads to a decrease deposition quality and possible shifts of the base metal relative to the deposited.

За прототип выбран способ индукционной наплавки (см. заявку N 95110096/08, положительное решение от 07.02.96 г.), заключающийся в том, что наплавляемую поверхность армируют прутками, которые заглубляют на половину их толщины в канавки, причем последние предварительно размечают по поверхности детали в определенном порядке в зависимости от ее конфигурации на сектора или участки, равные между собой по площади, и наносят механическим путем глубиной, равной половине ее ширины, при этом в качестве прутка используют проволоку разного сечения или металлическую крошку, которой засыпают канавку. For the prototype, the method of induction surfacing was selected (see application N 95110096/08, positive decision of 07/07/96), which consists in the fact that the surfaced surface is reinforced with rods that are buried half their thickness in grooves, the latter being pre-marked on the surface parts in a certain order, depending on its configuration, on sectors or areas equal in area and are applied mechanically by a depth equal to half its width, while a wire of different cross-section or metallic is used as a rod ical crumb, which groove is filled.

Однако армирование, позволяющее снизить напряжение в наплавленном металле на больших поверхностях трения крупногабаритных изделий, не снимает вопроса концентрации напряжений в переходной зоне, (т.е. шихта - основной металл), который возникает в результате различного коэффициента теплового расширения сплава и основного металла. Это обстоятельство приводит к высоким напряжениям в зоне сплавления наплавленного и основного металла и в условиях работы при больших динамических нагрузках отрицательно сказывается на прочность сцепления, а соответственно и на качество наплавки. However, reinforcement, which allows reducing stress in the deposited metal on large friction surfaces of large-sized products, does not remove the issue of stress concentration in the transition zone, (i.e., the charge is the base metal), which arises as a result of different thermal expansion coefficients of the alloy and the base metal. This circumstance leads to high stresses in the fusion zone of the deposited and base metal and under conditions of operation at high dynamic loads adversely affects the adhesion strength and, accordingly, the quality of surfacing.

Цель изобретения - повысить качество наплавки за счет увеличения прочности сцепления наплавляемого слоя с основным металлом и повышения контактной прочности биметалла. The purpose of the invention is to improve the quality of surfacing by increasing the adhesion strength of the deposited layer with the base metal and increase the contact strength of bimetal.

Сущность предложенного способа поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена наплавляемая поверхность с буферной зоной, выполненной в различных вариантах:
а) - фрагмент буферной зоны, выполненной с прямоугольными канавками;
б) - вариант треугольных канавок;
в) - вариант синусоидальных канавок;
г) - вариант канавок в виде полуокружностей; на фиг.2 - схема и график работы буферной зоны при статической нагрузке; на фиг.3 - схема и график работы буферной зоны при смешанном нагружении; на фиг. 4 - схема и график работы буферной зоны при повышенной ударной вязкости; на фиг.5 - хвостовик автосцепки.
The essence of the proposed method is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a surfaced surface with a buffer zone, made in various ways:
a) a fragment of a buffer zone made with rectangular grooves;
b) - a variant of triangular grooves;
c) - a variant of the sinusoidal grooves;
g) - a variant of the grooves in the form of semicircles; figure 2 - diagram and schedule of the buffer zone under static load; figure 3 - diagram and schedule of the buffer zone under mixed loading; in FIG. 4 - diagram and schedule of the buffer zone with high impact strength; figure 5 - shank of the automatic coupler.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. The proposed method is implemented as follows.

На упрочняемой поверхности изделия перед наплавкой выполняют рельеф, который может быть выполнен в виде прямоугольных канавок (см. фиг.1,а), треугольных (см.фиг.1,б), синусоидальных или полуокружностей (см.фиг.1,в,г). On the hardened surface of the product before surfacing, a relief is made that can be made in the form of rectangular grooves (see Fig. 1, a), triangular (see Fig. 1, b), sinusoidal or semicircles (see Fig. 1, c, d).

Нарезают канавки посредством металлорежущего инструмента, например фрезой, резцом или отрезным камнем в направлении, перпендикулярном движению пары трения. Глубину канавки h определяют из условия, что она должна быть в два раза больше глубины проникновения Δ, тока при индукционном нагреве, т.е. h ≥ 2Δ. При этом глубина проникновения тока, определяемая по эмпирической формуле

Figure 00000002
мм,
где
Δ - глубина проникновения тока (т.е. это толщина слоя, в котором выделяется основное количество, мм тепла при принудительном нагреве);
f - частота переменного тока в индукторе, кГц.Grooves are cut using a metal-cutting tool, for example, a milling cutter, a cutter or a cutting stone in the direction perpendicular to the movement of the friction pair. The groove depth h is determined from the condition that it should be twice as large as the penetration depth Δ, current during induction heating, i.e. h ≥ 2Δ. In this case, the current penetration depth, determined by the empirical formula
Figure 00000002
mm
Where
Δ is the current penetration depth (i.e., this is the thickness of the layer in which the main amount is released, mm of heat during forced heating);
f is the frequency of the alternating current in the inductor, kHz.

Кроме того, шаг и профиль канавок задают, исходя из технических требований, предъявляемых к зоне сцепления наплавленного слоя с основным, к так называемой буферной зоне. Эту зону создают как по ширине всей наплавки, так и в определенных зонах, где необходимо искусственно увеличить контактную поверхность между основным металлом и наплавляемым для повышения механических свойств повышенной вязкости. In addition, the pitch and groove profile are set based on the technical requirements for the adhesion zone of the deposited layer with the main, the so-called buffer zone. This zone is created both over the width of the entire surfacing, and in certain areas where it is necessary to artificially increase the contact surface between the base metal and the weld to increase the mechanical properties of high viscosity.

Буферные зоны могут чередоваться с разными разрывами в зависимости от рабочих условий работы деталей и узлов (см. фиг.1). Buffer zones can alternate with different gaps depending on the operating conditions of the parts and assemblies (see figure 1).

При необходимости работы буферной зоны в режиме статических нагрузок и отсутствии ударов, канавки нарезают прямоугольными (см. фиг.1, а), при этом глубину h определяют в зависимости от Δ глубины проникновения тока, а шаг L = 2 l, где L - шаг, l - расстояние между канавками профиля. If it is necessary to operate the buffer zone in the mode of static loads and in the absence of shocks, the grooves are cut rectangular (see Fig. 1, a), and the depth h is determined depending on Δ the current penetration depth, and the step L = 2 l, where L is the step , l is the distance between the profile grooves.

Из графика (см. фиг.2) работы прямоугольного рельефа видно, что при работе буферной зоны при статических нагрузках износостойкость постоянна, а места концентрации напряжений не влияет на ударную вязкость наплавленного слоя. From the graph (see figure 2) the operation of the rectangular relief shows that when the buffer zone under static loads, the wear resistance is constant, and the place of stress concentration does not affect the toughness of the deposited layer.

В случае работы буферной зоны при смешанных нагружениях, а именно статистических и одновременно ударных, канавки выполняют треугольными (см.фиг. 1, б), при этом глубину определяют в зависимости от Δ глубины проникновения тока, а шаг

Figure 00000003
Из графика (см.фиг.3) видно, что износостойкость переменна и связана с величиной износа буферной зоны прямолинейной зависимостью. В местах концентрации напряжений переходы от наплавленного слоя к основному материалу меньше проявляются по углам их перехода.In the case of the buffer zone under mixed loads, namely statistical and shock at the same time, the grooves are triangular (see Fig. 1, b), and the depth is determined depending on Δ the current penetration depth, and the step
Figure 00000003
It can be seen from the graph (see Fig. 3) that the wear resistance is variable and is related to the wear of the buffer zone by a linear relationship. In places of stress concentration, transitions from the deposited layer to the base material are less pronounced at the transition angles.

При работе буферной зоны в режиме удара при повышенной ударной вязкости, канавки выполняют овальной формы, например синусоидальной или в виде полуокружностей (см. фиг.1 в,г), при этом глубину определяют также в зависимости от глубины проникновения тока, а шаг

Figure 00000004
(для синусоидальной канавки).When the buffer zone is in shock mode with increased impact strength, the grooves are oval, for example sinusoidal or in the form of semicircles (see Fig. 1 c, d), while the depth is also determined depending on the current penetration depth, and the pitch
Figure 00000004
(for the sinusoidal groove).

Figure 00000005
(для полуокружности).
Figure 00000005
(for a semicircle).

График фиг. 4 отражает, что при овальной нарезке канавок буферная зона наиболее благоприятно работает в режиме ударов, т.к. концентраторы напряжения в переходных зонах наплавленного и основного металла находятся в синусоидальной плоскости. The graph of FIG. 4 reflects that with an oval groove, the buffer zone most favorably operates in the shock mode, since voltage concentrators in the transition zones of the deposited and base metal are in a sinusoidal plane.

Износостойкость в зависимости от износа изменяется также криволинейно. Wear resistance depending on wear also changes curvilinearly.

После выполнения наплавляемой поверхности рельефной на нее наносят слой шихты толщиной, необходимой для заполнения канавок и с последующей усадкой при расплавлении. After the deposition surface is embossed, a layer of the charge is applied onto it with a thickness necessary for filling the grooves and subsequent shrinkage during melting.

Затем упрочняемую поверхность вводят под индуктор и наплавляют индукционно-металлургическим способом. Далее деталь или изделие остывает на воздухе и в процессе остывания происходит самоотделение шлака. Then, the hardened surface is introduced under the inductor and deposited by the induction-metallurgical method. Further, the part or product cools in air and in the process of cooling, slag self-separation occurs.

Пример. Example.

Исходные данные для наплавки ударной части хвостовика автосцепки:
толщина наносимого слоя шихты 5+1 мм;
интенсивность нагрева 70 - 110 oC/с;
скорость перемещения детали под индуктором 1,5-2,5 мм/с.
Initial data for surfacing the shock of the shank of the automatic coupler:
the thickness of the applied layer of the mixture 5 +1 mm;
the intensity of heating 70 - 110 o C / s;
the speed of movement of the part under the inductor is 1.5-2.5 mm / s.

частота переменного тока индуктора 440 кГц. Зазор между основным металлом и плавящим витком индуктора 2-2,5 мм. Зазор между подогревающим витком и основным металлом 6-7,5 мм. inductor AC frequency 440 kHz. The gap between the base metal and the floating coil of the inductor is 2-2.5 mm. The gap between the heating coil and the base metal is 6-7.5 mm.

Технологические операции при наплавке торцевой поверхности хвостовика автосцепки. Technological operations when surfacing the end surface of the shank of an automatic coupler.

Размечают на наплавляемой поверхности канавки в направлении, перпендикулярном кривой затылка. Затем нарезают овальные канавки глубиной h = 2 мм, l = 4 мм, с шагом L = 1,57 l; L = 1,57x4=6,28 мм с помощью фрезы (см. фиг.5). После этого устанавливают корпус автосцепки на манипулятор, закрепляют его и нагревают торцевую поверхность до температуры 500 - 650oC. Затем наносят на торцевую поверхность хвостовика слой шихты.Mark on the weld surface of the groove in the direction perpendicular to the curve of the nape. Then cut oval grooves with a depth of h = 2 mm, l = 4 mm, in increments of L = 1.57 l; L = 1.57x4 = 6.28 mm using a cutter (see Fig. 5). After that, the automatic coupling body is mounted on the manipulator, it is fixed and the end surface is heated to a temperature of 500 - 650 o C. Then, a layer of the charge is applied to the end surface of the shank.

Сплав ПГ-УС435-82% и боросодержащий флюс НП-2 - 18% толщиной 5+1 мм. Замеряют толщину слоя на выступах.Alloy PG-US435-82% and boron-containing flux NP-2 - 18% with a thickness of 5 +1 mm. Measure the thickness of the layer on the protrusions.

Перемещают корпус автосцепки под индуктором в продольном направлении, производя последовательное расплавление шихты на всей упрочняемой поверхности. После этого корпус снимают с манипулятора и охлаждают упрочняемую поверхность, в процессе чего происходит отделение шлаковой корки с поверхности наплавленного сплава. При обнаружении местных выступов производят зачистку упрочняемой поверхности. The automatic coupling body is moved under the inductor in the longitudinal direction, producing a sequential melting of the charge on the entire hardened surface. After that, the body is removed from the manipulator and the hardened surface is cooled, during which the slag crust is separated from the surface of the deposited alloy. When local protrusions are detected, the surface to be hardened is cleaned.

Наплавку сопрягаемой с торцевой поверхностью хвостовика упорной плиты производят сплошным слоем сплава ПГ УСЧ-35 толщиной 1,5+0,5 мм с использованием специального кантователя, обеспечивающего горизонтальное положение жидкой ванны.Surfacing of the thrust plate mating with the end surface of the shank is carried out with a continuous layer of PG USCH-35 alloy 1.5 +0.5 mm thick using a special tilter ensuring the horizontal position of the liquid bath.

Использование предложенного способа наплавки позволяет за счет выполнения наплавляемой поверхности рельефной, увеличивать контактную поверхность между основным металлом и шихтой, обеспечивая прочность их сцепления, а выполнение рельефа в виде канавок различного профиля позволяет программировать свойства буферной зоны в зависимости от условий ее работы, что повышает качество наплавки. Using the proposed method of surfacing allows to increase the contact surface between the base metal and the charge by providing an embossed relief surface, ensuring their adhesion strength, and the relief in the form of grooves of various profiles allows you to program the properties of the buffer zone depending on its working conditions, which improves the quality of surfacing .

Кроме того, рельефность наплавляемой поверхности позволяет повысить интенсивность нагрева основного металла, т.к. в гранях канавок под действием краевого эффекта образуются встречные тепловые потоки, создавая стабильную толщину буферного слоя за счет заполнения канавок наплавленным сплавом. Это обстоятельство не только повышает производительность наплавки, а главное исключает разрушение переходной зоны при работе узлов и деталей на сдвиг с большими ударными нагрузками. In addition, the relief of the deposited surface allows you to increase the intensity of heating of the base metal, because On the edges of the grooves, countercurrent heat fluxes are formed under the action of the edge effect, creating a stable thickness of the buffer layer due to the filling of the grooves with the deposited alloy. This circumstance not only increases the productivity of surfacing, and most importantly eliminates the destruction of the transition zone during the operation of nodes and parts in shear with high impact loads.

Claims (4)

1. Способ индукционной наплавки, включающий нарезку механическим путем на наплавляемой поверхности канавок с последующим нанесением наплавочной шихты, обработку ее индуктором до расплавления и чистовую обработку, отличающийся тем, что перед наплавкой на определенных участках упрочняемой поверхности создают буферные зоны посредством нанесения на нее рельефа в виде канавок, которые нарезают в направлении, перпендикулярном движению пары трения, а шаг и профиль последних задают, исходя из запрограммированных технических требований к буферному слою, при этом глубину h канавок задают в соответствии с зависимостью
h≥2Δ,
где
Δ- глубина проникновения тока при индукционном нагреве.
1. The method of induction surfacing, including cutting mechanically on the deposited surface of the grooves, followed by applying a surfacing charge, processing it with an inductor before melting and finishing, characterized in that before deposition on certain areas of the hardened surface create buffer zones by applying a relief in the form grooves that are cut in the direction perpendicular to the movement of the friction pair, and the pitch and profile of the latter are set based on the programmed technical requirements for the buffer the black layer, while the depth h of the grooves is set in accordance with the dependence
h≥2Δ,
Where
Δ is the depth of current penetration during induction heating.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при статическом нагружении буферной зоны профиль канавок выполняют прямоугольным. 2. The method according to p. 1, characterized in that under static loading of the buffer zone, the groove profile is rectangular. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при работе буферной зоны в смешанном режиме, а именно статическом и ударном, профиль канавок выполняют треугольным. 3. The method according to p. 1, characterized in that when the buffer zone is in mixed mode, namely static and shock, the groove profile is triangular. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при ударных нагрузках профиль канавок выполняют овальным. 4. The method according to p. 1, characterized in that during shock loads the profile of the grooves is oval.
RU97107146/02A 1997-04-30 1997-04-30 Induction surfacing method RU2120363C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97107146/02A RU2120363C1 (en) 1997-04-30 1997-04-30 Induction surfacing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97107146/02A RU2120363C1 (en) 1997-04-30 1997-04-30 Induction surfacing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2120363C1 true RU2120363C1 (en) 1998-10-20
RU97107146A RU97107146A (en) 1999-04-10

Family

ID=20192554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97107146/02A RU2120363C1 (en) 1997-04-30 1997-04-30 Induction surfacing method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2120363C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Fundamental study of the bulge structure generated in laser polishing process
Powell et al. Laser cladding with preplaced powder: analysis of thermal cycling and dilution effects
RU2309847C2 (en) Method for forming of endless belt for belt-type separator
Trafford et al. Laser treatment of grey iron
US3469300A (en) Method for friction welding metal bars
RU2120363C1 (en) Induction surfacing method
RU2414337C2 (en) Method of producing wear resistant working surface of tillage implement parts
JP2010149134A (en) Friction stir welding method and friction stir welding apparatus
SU518292A1 (en) Method of arc fusion welding
CN1105615C (en) Laser treating method for parts with engaged surface and saw blade
Prater et al. Evaluation of torque as a means of in-process sensing of tool wear in friction stir welding of metal matrix composites
Matvienko et al. Evaluation of shape and sizes of weld pool in surfacing using combined strip electrode
US20060145399A1 (en) Method for separating flat ceramic workpieces with a calculated radiation spot length
RU2781344C1 (en) Method for rails welding
SU1558696A1 (en) Method of butt welding of parts from thermoplastic materials
Lee et al. A probabilistic model for crack formation in laser cutting of ceramics
US3992163A (en) Aluminum-containing welded grating
Lampa et al. The influence of gap width on laser welding
RU1564864C (en) Method of facing of by electrode made of material with coefficient of expansion being lesser than that one of basic metal
SU1766637A2 (en) Method for welding by arc, revolving in magnetic field
JPH05106061A (en) Method for modifying surface by friction coating
SU863236A1 (en) Fusion welding method
RU2154561C1 (en) Induction fusion method
SU1683834A2 (en) Method for repairing rolling rolls
RU2533515C1 (en) Method of induction surfacing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040501