RU2165831C2 - Plasma fusion method - Google Patents
Plasma fusion method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165831C2 RU2165831C2 RU99115201A RU99115201A RU2165831C2 RU 2165831 C2 RU2165831 C2 RU 2165831C2 RU 99115201 A RU99115201 A RU 99115201A RU 99115201 A RU99115201 A RU 99115201A RU 2165831 C2 RU2165831 C2 RU 2165831C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- current
- pulse
- electric current
- plasma
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к сварочной технике и может быть использовано при плазменной наплавке, преимущественно посадочной поверхности рабочей фаски выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания порошковыми сплавами с заданными свойствами в условиях машиностроительных и ремонтных предприятий различных отраслей промышленности. The invention relates to welding equipment and can be used for plasma surfacing, mainly the landing surface of the working facet of the exhaust valves of internal combustion engines with powder alloys with desired properties in engineering and repair enterprises of various industries.
В ряде случаев требуется увеличение ширины слоя, наплавленного за один проход. Для этого чаще всего применяют способы, связанные с увеличением диаметра плазмообразующего сопла или осуществлением поперечного колебания плазмотрона. Но эти способы не всегда целесообразно применять по следующим причинам: увеличение диаметра сопла уменьшает коэффициент сосредоточенности теплового источника и ведет к изменению распределения температур в сечении плазменной струи, что иногда не допускается, а применение устройства для управления дугой с помощью механического перемещения усложняет устройство оборудования, делает его более громоздким. In some cases, an increase in the width of the layer deposited in one pass is required. For this, methods are most often used that are associated with an increase in the diameter of the plasma-forming nozzle or the transverse oscillation of the plasma torch. But these methods are not always advisable to apply for the following reasons: increasing the diameter of the nozzle reduces the concentration coefficient of the heat source and leads to a change in the temperature distribution in the plasma jet cross section, which is sometimes not allowed, and the use of an arc control device by mechanical movement complicates the equipment’s construction, makes its more bulky.
При плазменной наплавке используют два вида энергии - тепловую и механическую. Основной составляющей механической энергии плазменной дуги является газокинетическое давление, а соотношение между тепловой и механической энергией дуги определяет качество и производительность процесса наплавки и требует целенаправленного регулирования. Управление же каждой из этих составляющих позволяет расширить диапазон регулирования параметров наплавленного слоя. In plasma surfacing, two types of energy are used - thermal and mechanical. The main component of the mechanical energy of the plasma arc is the gas kinetic pressure, and the ratio between the thermal and mechanical energy of the arc determines the quality and productivity of the surfacing process and requires targeted regulation. The control of each of these components allows you to expand the control range of the parameters of the deposited layer.
Известен способ наплавки клапанов, предусматривающий одновременное воздействие на расплав направленного магнитного поля и центробежной силы [1]. A known method of surfacing valves, providing for the simultaneous impact on the melt of a directed magnetic field and centrifugal force [1].
Этот способ удобен при индукционной наплавке, т.к. индуктор может формировать необходимое магнитное поле. При плазменной наплавке формирование магнитного поля требует дополнительных устройств, резко увеличивающих габаритные размеры плазмотрона, что недопустимо при наплавке клапанов малых размеров (практически всех автомобилей). This method is convenient for induction surfacing, because the inductor can generate the necessary magnetic field. In plasma surfacing, the formation of a magnetic field requires additional devices that dramatically increase the overall dimensions of the plasma torch, which is unacceptable when surfacing valves of small sizes (almost all cars).
Известен способ плазменной наплавки, предусматривающий воздействие дуги в присутствии присадочного материала на материал основы [2]. A known method of plasma surfacing, involving the action of an arc in the presence of filler material on the base material [2].
В этом способе используют источник тока с прямоугольной характеристикой "сварочный ток - напряжение", поддерживающий постоянное напряжение в диапазоне используемых значений сварочного тока, с целью повышения устойчивости горения дуги и стабилизации теплового воздействия на расплав, что в ряде случаев бывает недостаточно, так как данное решение не расширяет границ управления качеством и формой (шириной) наплавленного слоя. This method uses a current source with a rectangular characteristic "welding current - voltage" that maintains a constant voltage in the range of the used welding current values, in order to increase the stability of arc burning and stabilize the thermal effect on the melt, which in some cases is not enough, since this solution does not expand the boundaries of quality control and the shape (width) of the deposited layer.
Известен способ плазменной наплавки, взятый за прототип, предусматривающий воздействие импульсной дуги в присутствии присадочного материала на материал основы [3]. A known method of plasma surfacing, taken as a prototype, providing for the impact of a pulsed arc in the presence of filler material on the base material [3].
В этом способе импульсное изменение синхронизируют с изменением плазмообразующего газа, причем в период импульса тока расход этого газа уменьшают, а в период паузы тока - увеличивают. Этот способ частично решает поставленную задачу за счет увеличения теплового воздействия в момент импульса тока. Однако одновременное снижение расхода газа не позволяет в полной мере использовать возможности механического воздействия дуги на расплав металла для увеличения ширины слоя, наплавленного за один проход. In this method, the pulse change is synchronized with the change in the plasma-forming gas, and during the current pulse period, the gas flow rate is reduced, and during the current pause period it is increased. This method partially solves the problem by increasing the thermal effect at the time of the current pulse. However, a simultaneous decrease in gas consumption does not allow to fully use the possibilities of the mechanical action of the arc on the metal melt to increase the width of the layer deposited in one pass.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение ширины слоя, наплавленного за один проход, достигаемое без снижения качества наплавки. The problem to which the invention is directed, is to increase the width of the layer deposited in a single pass, achieved without compromising the quality of surfacing.
Она решается в способе плазменной наплавки, предусматривающем воздействие импульсной дуги в присутствии присадочного материала на материал основы, при котором параметры импульса тока выбирают из условия осуществления ускоренного нагрева расплава на заданной ширине разделки в период импульса тока, а в период паузы тока - ускоренного охлаждения расплавленного металла в разделке, при этом расход плазмообразующего газа в периоды импульса и паузы тока поддерживают постоянным. It is solved in a plasma surfacing method, which provides for the action of a pulsed arc in the presence of a filler material on the base material, in which the parameters of the current pulse are selected from the conditions for accelerated heating of the melt at a given cutting width during the current pulse, and during the pause of the current, accelerated cooling of the molten metal in cutting, while the flow rate of the plasma-forming gas during the periods of the pulse and pause current is kept constant.
Выбор параметров импульса тока из условия осуществления в период этого импульса ускоренного нагрева расплава на заданной ширине обеспечивает в момент нарастания тока резкое увеличение количества тепла, выделяемого на дуге, при одновременном повышении газокинетического давления плазменной струи и пульсации газодинамического напора этой струи, что в совокупности резко увеличивает силовое воздействие дуги на поверхность расплава, а вытеснение расплава к периферии образуемой сварочной ванны приводит к принудительному заполнению этим расплавом заранее подготовленной разделки, результирующим эффектом чего является увеличение ширины наплавляемого за один проход слоя без образования в нем дефектов, то есть повышается стабильность заполнения разделки под наплавку. The choice of the parameters of the current pulse from the conditions for the accelerated heating of the melt at a given width during the period of the pulse provides a sharp increase in the amount of heat released on the arc at the time of the current increase, while increasing the gas kinetic pressure of the plasma jet and the pulsation of the gas-dynamic pressure of this jet, which in aggregate sharply increases force action of the arc on the surface of the melt, and the displacement of the melt to the periphery of the formed weld pool leads to forced filling of this a melt of a pre-prepared groove, the resulting effect of which is to increase the width of the deposited in one pass layer without the formation of defects in it, that is, the stability of filling the groove for surfacing increases.
Осуществление удержания и ускоренного охлаждения расплавленного металла в разделке в период паузы тока препятствует перегреву металла основы и вытеканию расплавленного металла из разделки, а также способствует ускоренной кристаллизации наплавленного металла в малом объеме. В связи с этим снижается усадочная пористость в наплавленном слое, так как уменьшается объем расплава в сварочной ванне. The implementation of the retention and accelerated cooling of the molten metal in the groove during the period of the current pause prevents overheating of the base metal and leakage of molten metal from the groove, and also promotes accelerated crystallization of the weld metal in a small volume. In this regard, shrinkage porosity in the deposited layer is reduced, since the volume of the melt in the weld pool decreases.
Поддерживание постоянным расхода плазмообразующего газа в периоды импульса и паузы тока позволяет изменять суммарное силовое воздействие на расплав металла без дополнительного усложнения оборудования. Maintaining a constant flow of plasma-forming gas during periods of impulse and pause current allows you to change the total force impact on the molten metal without further complicating the equipment.
Таким образом, для увеличения ширины наплавляемого за один проход слоя применение предлагаемого способа плазменной наплавки не требует изменения диаметра сопла, применения механических устройств для поперечного перемещения плазмотрона и т.д. Thus, to increase the width of the deposited in a single pass layer, the application of the proposed method of plasma surfacing does not require changing the diameter of the nozzle, the use of mechanical devices for the transverse movement of the plasma torch, etc.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, представленными на фиг. 1-5. The proposed method is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-5.
На фиг. 1 изображена циклограмма тока импульсной плазменной дуги, где 1 - сварочный ток, A; t - время, с; tц - время осуществления цикла, с; tи- время осуществления импульса тока, с; tп - время осуществления паузы тока, с.In FIG. 1 shows a current waveform of a pulsed plasma arc, where 1 is the welding current, A; t is the time, s; t c - time cycle, s; t and - the time of the current pulse, s; t p - time pause current, sec.
На фиг. 2 - схема формирования сварочной ванны в период импульса тока, на которой обозначены: водоохлаждаемый подпятник 1, заготовка 2, расплав металла (сварочная ванна) 3, высокотемпературная зона дуги 4, защитный газ 5, плазмообразующее сопло 6 и электрод 7. In FIG. 2 is a diagram of the formation of a weld pool during a current pulse period, on which are indicated: water-cooled thrust bearing 1,
На фиг. 3 - схема формирования сварочной ванны в период паузы тока с теми же обозначениями, что и на фиг. 2. In FIG. 3 is a diagram of the formation of a weld pool during a pause of current with the same notation as in FIG. 2.
На фиг. 4 - контур сварочной ванны в период импульса тока, вид сверху. In FIG. 4 - contour of the weld pool during the current pulse, top view.
На фиг. 5 - контур сварочной ванны в период паузы тока, вид сверху. In FIG. 5 - contour of the weld pool during a pause of current, top view.
Способ осуществляют следующим образом. При наличии всех условий готовности установки к наплавке по команде оператора запускается автоматический цикл. Система распределения газов подает плазмообразующий, защитный и транспортирующий газы. Блок питания вспомогательной дуги формирует дежурную дугу косвенного действия, обеспечивающую стабильное возбуждение основной дуги после загрузки детали, подлежащей наплавке (например, детали вращения), и подогрев (плавление) порошка в процессе наплавки с целью снижения перегрева основного металла. Блок питания основной дуги формирует дугу прямого действия между электродом и изделием, дополнительно подогревая поверхность заготовки, подготавливая ее к наплавке. The method is as follows. In the presence of all conditions of the readiness of the installation for surfacing, an automatic cycle is started by the operator’s command. The gas distribution system delivers plasma-forming, protective and transporting gases. The auxiliary arc power supply unit forms an indirect arc on duty, providing stable excitation of the main arc after loading the part to be surfaced (for example, rotation part), and heating (melting) the powder during welding to reduce overheating of the base metal. The power supply unit of the main arc forms an arc of direct action between the electrode and the product, additionally heating the surface of the workpiece, preparing it for surfacing.
Затем в процессе наплавки производят периодическое изменение силового воздействия дуги на расплав за счет применения импульсного тока (фиг. 1). Then in the process of surfacing produce a periodic change in the force of the arc on the melt due to the use of pulsed current (Fig. 1).
В момент нарастания тока происходит увеличение количества тепла, выделяемого на дуге, при одновременном повышении газодинамического давления, при этом резко увеличивается силовое воздействие дуги на поверхность расплава (фиг. 2). At the time of increasing current there is an increase in the amount of heat released on the arc, while increasing gas-dynamic pressure, while the force effect of the arc on the surface of the melt sharply increases (Fig. 2).
Это комплексное воздействие в момент импульса тока вызывает увеличение температуры сварочной ванны при одновременном вытеснении расплава из центральной части ванны к ее периферии и принуждает к заполнению расплавом заранее подготовленной разделки. Ширина наплавленного за один проход слоя оказывается при этом увеличенной по сравнению с другими известными способами. This complex effect at the moment of a current pulse causes an increase in the temperature of the weld pool while simultaneously displacing the melt from the central part of the bath to its periphery and forces the previously prepared cutting to be filled with the melt. The width of the deposited in a single pass layer is thus increased compared with other known methods.
В период спада тока (паузы) сварочная ванна ускоренно охлаждается (фиг. 3), при этом металл основы не перегревается, а расплавленный металл из разделки не вытекает, что позволяет обеспечить высокое качество наплавленного слоя. During the current decline (pause), the weld pool is rapidly cooled (Fig. 3), while the base metal does not overheat, and the molten metal does not flow out from the groove, which ensures a high quality of the deposited layer.
Пример. Выполняли плазменную наплавку выпускного клапана ДВС из стали 55Х20Г9АН4 (ЭП303) с присадочным материалом, в качестве которого использовали порошок сложнолегированный на кобальтовой основе типа Stellite F, с гранулометрическим составом 50 - 160 мкм. В качестве плазмообразующего газа использовали аргон. Example. Plasma surfacing of the internal combustion engine exhaust valve was made of steel 55Kh20G9AN4 (EP303) with filler material, which was used as a complex alloyed cobalt-based powder of the Stellite F type, with a particle size distribution of 50-160 microns. Argon was used as the plasma gas.
Диаметр и длина канала сопла плазмотрона составляли соответственно 3 и 2,5 мм, а длина дуги - 8 мм. The diameter and channel length of the plasma torch nozzle were 3 and 2.5 mm, respectively, and the arc length was 8 mm.
Ток вспомогательной дуги - постоянный - 60 А, а ток основной дуги импульсный, со следующими параметрами: время цикла - tц = 0,04 с, время импульса - tи = 0,02 с, время паузы - tп = 0,02 с.The auxiliary arc current is constant - 60 A, and the main arc current is pulsed, with the following parameters: cycle time - t c = 0.04 s, pulse time - t and = 0.02 s, pause time - t p = 0.02 from.
Величина действующего значения тока: в импульсе - 110 А, в паузе - 80 А. The value of the current value of the current: in a pulse - 110 A, in a pause - 80 A.
Напряжение основной дуги (среднее значение) - 25 В, а вспомогательной (среднее значение) - 15 В. The voltage of the main arc (average value) is 25 V, and the auxiliary (average value) is 15 V.
Расход присадочного порошка (среднее значение) - 9 г/мин. The consumption of the additive powder (average value) is 9 g / min.
Скорость вращения заготовки - 4 об/мин, а угол наклона ее - 47o.The speed of rotation of the workpiece is 4 rpm, and its angle of inclination is 47 o .
Расходы газов (в период наплавки постоянные): плазмообразующего - 1,5 л/мин, транспортирующего - 2,5 л/мин, защитного - 6 л/мин. Gas consumption (constant during the surfacing period): plasma forming - 1.5 l / min, transporting - 2.5 l / min, protective - 6 l / min.
По окончании цикла наплавки проведен двухступенчатый контроль качества наплавленного слоя:
визуальный - показал хорошее формирование наплавленного валика, равномерность растекания расплава и заполнение им разделки;
металлографический - показал уменьшение размера пор с 60-80 мкм до 30-40 мкм, снижение размера зерен в зоне термического влияния с 300-350 мкм до 280-320 мкм.At the end of the deposition cycle, a two-stage quality control of the deposited layer was carried out:
visual - showed a good formation of the deposited bead, the uniformity of the spreading of the melt and filling it with a groove;
metallographic - showed a decrease in pore size from 60-80 microns to 30-40 microns, a decrease in grain size in the heat affected zone from 300-350 microns to 280-320 microns.
Ширина наплавленного за один проход валика с применением сопла диаметром 3 мм увеличилась с 4,5 мм до 7 мм. The width of the weld deposit in one pass using a nozzle with a diameter of 3 mm increased from 4.5 mm to 7 mm.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Авторское свидетельство СССР N 1540984, B 23 K 13/00, B 23 P 6/00, 1990 г.BIBLIOGRAPHY
1. USSR author's certificate N 1540984, B 23 K 13/00, B 23 P 6/00, 1990
2. Заявка Японии N 4-36787, кл. B 23 K 10/02, 1986 г. 2. Application of Japan N 4-36787, cl. B 23 K 10/02, 1986
3. Авторское свидетельство СССР N 1683927, B 23 K 10/00, 1991 г. 3. USSR author's certificate N 1683927, B 23 K 10/00, 1991
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115201A RU2165831C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | Plasma fusion method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115201A RU2165831C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | Plasma fusion method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2165831C2 true RU2165831C2 (en) | 2001-04-27 |
Family
ID=20222604
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99115201A RU2165831C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | Plasma fusion method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2165831C2 (en) |
-
1999
- 1999-07-14 RU RU99115201A patent/RU2165831C2/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10888944B2 (en) | Method and system of using consumable with weld puddle | |
US9782850B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
US9718147B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for root pass welding of the inner diameter of clad pipe | |
US8610031B2 (en) | Method of arc welding root pass | |
US10086461B2 (en) | Method and system to start and use combination filler wire feed and high intensity energy source for welding | |
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 | |
CN105555457B (en) | Metal heating and processing system and method with heating and/or cooling using induction heating head | |
US20130092667A1 (en) | Method and System to Start and Use Combination Filler Wire Feed and High Intensity Energy Source for Welding | |
US4551603A (en) | Device and method for surfacing a workpiece | |
JPS6216894A (en) | Padding method for aluminum base metal | |
CN86101470A (en) | Be used for the welding equipment of deposited wearing coat material and method thereof and have the substrate of welding bead on it | |
KR102015057B1 (en) | Short circuit welding method and device for performing such a short welding method | |
US7301120B2 (en) | Ion fusion formation process including precise heat input and temperature control | |
JP5461399B2 (en) | Short-time stud joining method in which an arc is generated by advancing the first workpiece in a plurality of stages in the direction of the second workpiece. | |
RU2165831C2 (en) | Plasma fusion method | |
JP3335447B2 (en) | Method of reloading parts by plasma transfer arc | |
US6313437B1 (en) | Method for arc welding with melting electrode | |
RU2431684C1 (en) | Procedure for surface hardening cylinder items of hardenable alloys | |
Zheng et al. | Parameters optimization for the generation of a keyhole weld pool during the start-up segment in variable-polarity plasma arc welding of aluminium alloys | |
RU2815965C1 (en) | Method of plasma surfacing and welding by combination of arcs | |
Poloskov et al. | Analysis of factors determining the formation of the weld pool in the orbital welding of non-rotating joints in pipes | |
JP2762165B2 (en) | Overlay welding method for titanium alloy engine valves | |
US20060006151A1 (en) | Extending the life of an amorphous hardface by introduction of pellets | |
JPH04135075A (en) | Plasma arc preheating mig welding method | |
JPS60208483A (en) | Method for repairing plating in bead cut part of electric welded and plated steel pipe |