RU2129937C1 - Process of mechanized plasma surfacing of parts - Google Patents

Process of mechanized plasma surfacing of parts Download PDF

Info

Publication number
RU2129937C1
RU2129937C1 RU97120786A RU97120786A RU2129937C1 RU 2129937 C1 RU2129937 C1 RU 2129937C1 RU 97120786 A RU97120786 A RU 97120786A RU 97120786 A RU97120786 A RU 97120786A RU 2129937 C1 RU2129937 C1 RU 2129937C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
surfacing
plasma
temperature
width
arc
Prior art date
Application number
RU97120786A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.Б. Нефедов
М.Ю. Фузеева
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт технологии упрочнения, восстановления и изготовления деталей "Ремдеталь"
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 Всероссийский научно-исследовательский институт технологии упрочнения, восстановления и изготовления деталей "Ремдеталь" filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт технологии упрочнения, восстановления и изготовления деталей "Ремдеталь"
Priority to RU97120786A priority Critical patent/RU2129937C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2129937C1 publication Critical patent/RU2129937C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: plasma surfacing of parts, manufacture of articles with coatings. SUBSTANCE: stable thermal conditions for formation of coat are created thanks to preliminary heating of surface of article by plasma arc in zone of first lateral surfacing roller. Heating is conducted to temperature of ultimate thermal saturation under specified parameters of surfacing ( thickness of coat, width and frequency of oscillations, width of surfacing roller and surface spacing ). Procedure for computation of temperature of ultimate thermal saturation, power of arc and duration of preliminary heating is established. Process provides for manufacture of quality coats with same depth of surfacing, composition and structure. EFFECT: improved efficiency of process. 2 dwg, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретение. Изобретение относится к технике покрытий с целью упрочнения и восстановления деталей. The technical field to which the invention relates. The invention relates to a coating technique for the purpose of hardening and restoration of parts.

Уровень техники. Режимы плазменной наплавки колеблющимся плазмотроном обычно выбирают без учета тепловых условий формирования покрытия /М.Г.Розенберг, Г. А. Поздеев. Определение основных параметров режимов плазменно-порошковой наплавки. Сварочное производство, 1989, N12, с.52-53; Ю.Ф.Зотов, Е. П.Гордиенко. Условие сплошности наплавки при гармоническом движении источника нагрева. Сварочное производство, 1993, N1, с.14-15/. Мощность дуги выбирается экспериментально из условия формирования поперечного шва при исходной температуре изделия. Однако по ходу процесса температура поверхности по фронту наплавки увеличивается, что приводит к увеличению размера наплавляемого шва, глубины проплавления и степени перемешивания материалов покрытия и основы. Покрытие получается неоднородным по составу, структуре и физико-механическим свойствам. Иногда перед наплавкой детали подвергают предварительному подогреву в печи или ацетилено-кислородным пламенем /Э.С.Комарченкова и др. Структура и свойства антикоррозионных износостойких покрытий, выполненных плазменной наплавкой порошками. Сварочное производство, 1987, N2, с.4-5; В. О.Муктепавел, Х.Е.Хацкин. Плазменная наплавка уплотнительной поверхности выпускного клапана дизельного двигателя. Сварочное производство, 1989, N4, с. 2/. Этот прием уменьшает, но не исключает нестабильность тепловых условий формирования покрытий. The prior art. Modes of plasma surfacing by an oscillating plasmatron are usually chosen without taking into account the thermal conditions of coating formation / M.G. Rosenberg, G.A. Pozdeev. Determination of the main parameters of plasma-powder surfacing. Welding Production, 1989, N12, p.52-53; Yu.F. Zotov, E.P. Gordienko. The condition for the surfacing continuity during the harmonic movement of the heating source. Welding Production, 1993, N1, pp. 14-15 /. The arc power is selected experimentally from the conditions for the formation of a transverse seam at the initial temperature of the product. However, during the process, the surface temperature along the front of the deposit increases, which leads to an increase in the size of the weld, the penetration depth and the degree of mixing of the coating materials and the base. The coating is heterogeneous in composition, structure and physico-mechanical properties. Sometimes, before surfacing, parts are preheated in a furnace or with an acetylene-oxygen flame / E.S. Komarchenkova et al. Structure and properties of anti-corrosion wear-resistant coatings made by plasma surfacing with powders. Welding Production, 1987, N2, p. 4-5; V.O. Muktepavel, H.E. Khatskin. Plasma surfacing of the sealing surface of the exhaust valve of a diesel engine. Welding Production, 1989, N4, p. 2 /. This technique reduces, but does not exclude, the instability of thermal conditions of coating formation.

Сущность изобретения. Заключается в создании стабильных тепловых условий формирования покрытия при колебательной наплавке, что обеспечивается подогревом плазменной дугой поверхности изделия в зоне первого заходного поперечного наплавочного шва до температуры предельного теплового насыщения при заданных параметрах наплавки (толщине покрытия, ширине и частоте колебаний, ширине наплавочного валика и шаге наплавки). SUMMARY OF THE INVENTION It consists in creating stable thermal conditions for the formation of a coating during vibrational surfacing, which is ensured by the plasma arc heating of the product surface in the area of the first transverse weld inlet weld to the temperature of the maximum heat saturation for the specified surfacing parameters (coating thickness, width and frequency of oscillation, width of the surfacing bead and step of surfacing )

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Information confirming the possibility of carrying out the invention.

Если разбить траекторию колебательного движения пятна дуги по поверхности наплавляемой детали на элементарные участки и рассматривать их как мгновенные источники тепла, то температуру по фронту наплавки можно определить суммарным тепловым воздействием всех элементарных участков ранее наплавленных поперечных валиков

Figure 00000002

где g - эффективная тепловая мощность дуги;
Δt - - продолжительность действия дуги на элементарном участке;
Ri - радиус-вектор в подвижной системе координат, т.е. расстояние от центра элементарного участка до пятна дуги;
cρ - - удельная объемная теплоемкость материала наплавляемого изделия;
t - время действия дуги;
a - коэффициент температуропроводности.If we divide the trajectory of the oscillatory motion of the arc spot over the surface of the deposited part into elementary sections and consider them as instantaneous heat sources, then the temperature along the surfacing front can be determined by the total thermal effect of all elementary sections of the previously deposited transverse rollers
Figure 00000002

where g is the effective thermal power of the arc;
Δt - is the duration of the arc in the elementary section;
R i is the radius vector in the moving coordinate system, i.e. the distance from the center of the elementary section to the arc spot;
cρ - is the specific volumetric heat capacity of the material of the deposited product;
t is the duration of the arc;
a is the coefficient of thermal diffusivity.

Для гармонических (синусоидальных) колебаний при разделении поперечного прохода на четыре элементарных участка (фиг.1) выражение температуры поверхности перед плазменной дугой в центре наплавляемой полосы (точка а) принимает вид:

Figure 00000003

То же на периферии полосы в точке b:
Figure 00000004

где ti - полупериод, продолжительность одного поперечного перемещения плазмотрона;
i - порядковый номер поперечного шва;
k - общее количество поперечных швов.For harmonic (sinusoidal) vibrations when dividing the transverse passage into four elementary sections (Fig. 1), the expression of the surface temperature in front of the plasma arc in the center of the deposited strip (point a) takes the form:
Figure 00000003

The same on the periphery of the strip at point b:
Figure 00000004

where t i - half-life, the duration of one transverse movement of the plasma torch;
i - serial number of the transverse seam;
k is the total number of transverse seams.

На фиг. 2 показана рассчитанная на ПЭВМ зависимость температуры перед дугой в середине (Tа) и на периферии (Tb) наплавляемой полосы от количества поперечных проходов при наплавке с гармоническими колебаниями плазмотрона (ширина колебаний - 15 мм, шаг наплавки - 1,6 мм, частота колебаний - 30 мин-1, мощность дуги - 2575 Вт).In FIG. Figure 2 shows the dependence of the temperature before the arc in the middle (T a ) and at the periphery (T b ) of the deposited strip on the number of transverse passages during surfacing with harmonic oscillations of the plasma torch (oscillation width - 15 mm, surfacing step - 1.6 mm, frequency) oscillations - 30 min -1 , arc power - 2575 W).

В начале процесса температура по фронту наплавки интенсивно растет с увеличение поперечных проходов, а затем стабилизируется в условиях предельного теплового насыщения. Дефекты покрытия обычно возникают на возрастающем участке кривой теплонасыщения при нестабильных тепловых условиях формирования наплавочного валика. Исключить нестабильный участок наплавки можно, если нагреть поверхность детали в зоне первого заходного поперечного валика до температуры предельного теплонасыщения. Последовательность выполнения операции наплавки включает:
1. Включение механизма поперечных колебаний плазмотрона.
At the beginning of the process, the temperature along the surfacing front increases rapidly with an increase in transverse passages, and then stabilizes under conditions of limiting heat saturation. Coating defects usually occur on an increasing portion of the heat saturation curve under unstable thermal conditions for the formation of a weld bead. An unstable surfacing section can be eliminated if the surface of the part in the zone of the first transverse roll is heated to the temperature of maximum heat saturation. The surfacing sequence includes:
1. The inclusion of the mechanism of transverse oscillations of the plasma torch.

2. После нагрева поверхности в зоне заходного поперечного валика до температуры, соответствующей предельному теплонасыщению процесса, начинают собственно наплавку, включают устройство продольного перемещения изделия и подачу порошка. 2. After heating the surface in the zone of the input transverse roller to a temperature corresponding to the limiting heat saturation of the process, the actual surfacing starts, the device for longitudinal movement of the product and powder supply are turned on.

Чтобы реализовать описанный процесс необходимо определить мощность дуги и температуру предельного теплонасыщения при заданных параметрах наплавки (толщине покрытия, ширине и частоте колебаний, ширине наплавочного валика и шаге наплавки), а также продолжительность (количество колебаний или время) предварительного подогрева. In order to implement the described process, it is necessary to determine the arc power and the temperature of the maximum heat saturation at the specified surfacing parameters (coating thickness, width and frequency of oscillations, width of the surfacing bead and step of surfacing), as well as the duration (number of oscillations or time) of the preheating.

Если принять
g = g' + g'', (3)

Figure 00000005

то при плазменно-порошковой наплавке
Figure 00000006

где g' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления порошка;
g'' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления (подогрева) поверхности основы на ширину наплавляемого валика;
B - ширина наплавляемого валика;
V - скорость наплавки;
Тпл - температура плавления материала основы;
Т0 - начальная температура детали;
Тф - температура предельного теплонасыщения по фронту наплавки;
θф - относительная температура предельного теплонасыщения.If accept
g = g '+ g'', (3)
Figure 00000005

in plasma powder surfacing
Figure 00000006

where g 'is the effective thermal power needed to melt the powder;
g '' is the effective thermal power required to melt (heat) the surface of the substrate to the width of the weld bead;
B is the width of the weld bead;
V is the deposition rate;
T PL - the melting temperature of the base material;
T 0 - the initial temperature of the part;
T f - temperature limit heat saturation along the front of the surfacing;
θ f is the relative temperature of the limiting heat saturation.

Последовательность расчета:
1) определение θф по предельному значению (1) или (2);
2) определение g'' по (6);
3) определение g по (3);
4) определение Тф по (5);
5) определение продолжительности предварительного подогрева (количества поперечных проходов) по (1) или (2) при шаге наплавки, равном нулю.
Calculation Sequence:
1) determination of θ f from the limit value (1) or (2);
2) the definition of g '' by (6);
3) the definition of g according to (3);
4) the definition of T f according to (5);
5) determination of the duration of preheating (the number of transverse passages) according to (1) or (2) with a surfacing step equal to zero.

В таблице показана распечатка на дисплее ПЭВМ результатов расчета режима плазменно-порошковой наплавки с гармоническими (синусоидальными) колебаниями плазмотрона. Первые две строчки - заданные параметры наплавки, вводимые оператором, остальные параметры - расчетные. Расчетный режим обеспечивает не только стабильные формирования наплавочных валиков и однородность покрытия, но и наибольший термический КПД наплавки при заданных параметрах. The table shows the printout on the PC display of the results of the calculation of the regime of plasma-powder surfacing with harmonic (sinusoidal) oscillations of the plasma torch. The first two lines are the specified surfacing parameters entered by the operator, the remaining parameters are calculated. The design mode provides not only stable formation of surfacing rollers and uniformity of coating, but also the highest thermal efficiency of surfacing at specified parameters.

Claims (1)

Способ механизированной плазменной наплавки деталей, при котором процесс осуществляют с поперечными колебаниями плазмотрона, отличающийся тем, что наплавку ведут в режиме предельного теплового насыщения, для чего поверхность детали в зоне первого поперечного валика предварительно нагревают плазменной дугой до температуры Тф предельного теплового насыщения, которую определяют в зависимости от режимных параметров
Tф= f(v,B,Tпл,q′,cρ,N),
где v - скорость перемещения плазмотрона;
В - ширина наплавочного валика;
Тпл - температура плавления основы или наплавляемого материала;
q' - эффективная тепловая мощность, необходимая для расплавления наплавляемого порошка;
cρ - удельная объемная теплоемкость материала основы;
N - частота колебаний плазмотрона.
The method of mechanized plasma surfacing of parts, in which the process is carried out with transverse oscillations of the plasma torch, characterized in that the surfacing is carried out in the mode of maximum heat saturation, for which the surface of the part in the area of the first transverse roller is preheated by a plasma arc to a temperature T f of maximum heat saturation, which is determined depending on operational parameters
T f = f (v, B, T pl , q ′, cρ, N),
where v is the velocity of the plasma torch;
B is the width of the weld bead;
T PL - the melting temperature of the base or deposited material;
q 'is the effective thermal power required to melt the deposited powder;
cρ is the specific volumetric heat capacity of the base material;
N is the oscillation frequency of the plasma torch.
RU97120786A 1997-11-28 1997-11-28 Process of mechanized plasma surfacing of parts RU2129937C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97120786A RU2129937C1 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Process of mechanized plasma surfacing of parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97120786A RU2129937C1 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Process of mechanized plasma surfacing of parts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2129937C1 true RU2129937C1 (en) 1999-05-10

Family

ID=20200031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97120786A RU2129937C1 (en) 1997-11-28 1997-11-28 Process of mechanized plasma surfacing of parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2129937C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сидоров А.И. Восстановление деталей машин напылением и наплавкой. - М.: Машиностроение, 1987, с.57. Нефедов Б.Б. и др. Расчет режима плазменно-порошковой наплавки валов. - Сварочное производство N 3, 1993, с.7 - 9. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0173654B1 (en) Method of carrying out a treatment on metal pieces with the addition of an added material and with the use of a power laser
US5847357A (en) Laser-assisted material spray processing
CA1093433A (en) Surface alloying and heat treating processes
US20100080982A1 (en) Thermal spray coating application
JP3034079B2 (en) Method and apparatus for forming a surface layer on a workpiece that can be induction heated
RU2129937C1 (en) Process of mechanized plasma surfacing of parts
US8853594B2 (en) Welding method and apparatus therefor
RU2032512C1 (en) Laser surfacing technique
US8816239B2 (en) Method of manufacturing a component
JPS57177926A (en) Method and device for hardening of sliding surface of cam
RU2735688C1 (en) Method of forming coating on metal with electron-beam surfacing of ceramic powder
RU2047435C1 (en) Method of arc welding accomplished with vibrations of electrode
RU2087281C1 (en) Method of plasma jet hard-facing with constant width of deposited bead
JPS5947369A (en) Remelting method of melt-sprayed film
RU2777087C1 (en) Method for hardening steel surface
RU2087280C1 (en) Method of isothermic plasma-jet hard-facing of shafts
Tyralla et al. Laser Hot Wire Cladding (LHWC) with Single and Multiple Wires for High Deposition Rates and Low Dilution
SU1204327A1 (en) Method of machining with heating of the cut-off layer
JPS6092074A (en) Method of pre-processing of metal
JPS63165074A (en) Build-up welding method for wear resistant metal
RU2645421C1 (en) Method of application of metallic powder coating to the surface of metal constructions
WO2022035350A1 (en) Method for laser-arc cladding using a consumable electrode in a protective gas environment
SU893462A1 (en) High-frequency butt welding method
JPS583663A (en) Barrel for explosive coating apparatus
JPH01249666A (en) Method for bonding ceramic by thermal spraying