RU2457929C1 - Method of centrifugal deposition by consumable electrode - Google Patents
Method of centrifugal deposition by consumable electrode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457929C1 RU2457929C1 RU2011115220/02A RU2011115220A RU2457929C1 RU 2457929 C1 RU2457929 C1 RU 2457929C1 RU 2011115220/02 A RU2011115220/02 A RU 2011115220/02A RU 2011115220 A RU2011115220 A RU 2011115220A RU 2457929 C1 RU2457929 C1 RU 2457929C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- electrode
- metal
- rotation
- welding torch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области дуговой сварки и наплавки тонких слоев металлов с температурой плавления, отличающейся от температуры плавления металла изделия, и может быть использовано при изготовлении и ремонте полых цилиндрических изделий с заданными физико-механическими свойствами внутренней поверхности.The invention relates to the field of arc welding and surfacing of thin layers of metals with a melting point different from the melting point of the metal of the product, and can be used in the manufacture and repair of hollow cylindrical products with specified physical and mechanical properties of the inner surface.
Известен способ центробежной наплавки [«Центробежная плазменная наплавка». Интернет-ресурс: http://www.plasma-master.com.ua/rus/sciense/sciense_pcs.htm/. Дата обращения 09.03.2011 15:19:53], при котором для наплавки на внутреннюю поверхность цилиндрических изделий тонких слоев материалов с особыми тепло-физическими свойствами в полость изделия перед наплавкой помещают наплавляемый материал, например шихту в виде стружки, гранул или другого вида измельчения, вращают изделие вокруг собственной оси с высокой скоростью и расплавляют порошок плазменной дугой прямого действия, горящей между изделием и невращающимся неплавящимся электродом. Вследствие непрерывного вращения изделия относительно неподвижного неплавящегося электрода на внутренней поверхности изделия образуется кольцевая сварочная ванна, по свободной поверхности которой перемещается с высокой скоростью сварочная дуга. Увеличение площади одновременного нагрева изделия приводит к рассредоточению теплового воздействия дуги, что, с одной стороны, вызывает необходимость повышения мощности источника теплоты для наплавки, а с другой, ограничивает максимальные массогабаритные характеристики наплавляемых изделий, внутренний диаметр и толщину стенки из-за необходимости прогрева на всю толщину до высокой температуры. Способ характеризуется низкой производительностью процесса наплавки и невозможностью наплавки металлов тонкими слоями, а также металлов с теплофизическими свойствами (температура плавления), отличающимися от основного металла.A known method of centrifugal surfacing ["Centrifugal plasma surfacing". Internet resource: http://www.plasma-master.com.ua/eng/sciense/sciense_pcs.htm/. Circulation date 03/09/2011 15:19:53], in which to deposit on the inner surface of cylindrical products thin layers of materials with special thermal and physical properties, a weldable material is placed in the cavity of the product before welding, for example, a mixture in the form of chips, granules or other type of grinding , rotate the product around its axis with high speed and melt the powder with a direct-acting plasma arc burning between the product and a non-rotating non-consumable electrode. Due to the continuous rotation of the product relative to the fixed non-consumable electrode, an annular weld pool is formed on the inner surface of the product, on the free surface of which the welding arc moves at high speed. The increase in the area of simultaneous heating of the product leads to the dispersion of the thermal effect of the arc, which, on the one hand, necessitates increasing the power of the heat source for surfacing, and on the other hand, limits the maximum weight and size characteristics of the deposited products, the inner diameter and wall thickness due to the need for heating throughout thickness to high temperature. The method is characterized by low productivity of the surfacing process and the impossibility of surfacing metals in thin layers, as well as metals with thermophysical properties (melting point) that differ from the base metal.
Известен способ центробежной наплавки [«Способ электродуговой центробежной наплавки». Интернет-ресурс: http//www.ideasandmoney.ru/Ntrr//Details//113585. Дата обращения 09.03.2011 15:20:56], который является наиболее близким к заявленному изобретению, в котором полое цилиндрическое изделие и находящаяся в полости сварочная горелка приводятся в согласное вращательное движение вокруг общей оси. В сварочную горелку подают проволочный электрод и возбуждают дугу между ним и наплавляемым изделием. Для формирования слоя наплавленного металла на внутренней поверхности с малым радиусом кривизны полое изделие вращают с угловой скоростью ωдет, обеспечивающей требуемую величину центробежных сил. Для устойчивого горения дуги в полости на быстро вращающемся изделии и обеспечения ее перемещения относительно наплавляемой поверхности со скоростью наплавки Vнапл сварочную горелку, через которую подается проволочный электрод, вращают в направлении вращения изделия с угловой скоростью ωгор. Алгебраическая разность угловых скоростей Δω сварочной горелки ωгор и наплавляемого изделия ωдет определяет величину и направление скорости наплавки Vнапл быстро вращающегося полого изделия:A known method of centrifugal surfacing ["Method of electric arc centrifugal surfacing". Internet resource: http // www.ideasandmoney.ru / Ntrr // Details // 113585. Date of treatment 09.03.2011 15:20:56], which is closest to the claimed invention, in which a hollow cylindrical product and a welding torch located in the cavity are brought into a consonant rotational movement around a common axis. A wire electrode is fed into the welding torch and an arc is excited between it and the weldable. To form a layer of deposited metal on the inner surface with a small radius of curvature, the hollow product is rotated with an angular velocity ω det , providing the required value of centrifugal forces. In order to sustainably burn the arc in the cavity on a rapidly rotating product and ensure its movement relative to the deposited surface with a surfacing speed V nap the welding torch through which the wire electrode is fed is rotated in the direction of rotation of the product with an angular velocity ω of mountains . The algebraic difference in the angular velocities Δω of the welding torch ω of the mountains and the deposited product ω det determines the magnitude and direction of the surfacing speed V npl of a rapidly rotating hollow product:
где R - расстояние от оси вращения сварочной горелки до наплавляемой поверхности полого изделия.where R is the distance from the axis of rotation of the welding torch to the deposited surface of the hollow product.
Продольное перемещение сварочной горелки в полости наплавляемого изделия и одновременно ее вращение с угловой скоростью, определяемой выражением (1), позволяют производить наплавку на внутреннюю цилиндрическую поверхность по винтовой линии. При этом формирование наплавленного металла на внутренней поверхности в поле центробежных сил позволяет получить наплавленный слой с ровной поверхностью и минимальным припуском на последующую механическую обработку.The longitudinal movement of the welding torch in the cavity of the deposited product and at the same time its rotation with the angular velocity defined by expression (1), allow welding on the inner cylindrical surface along a helical line. Moreover, the formation of deposited metal on the inner surface in the field of centrifugal forces allows you to get a deposited layer with a flat surface and minimal allowance for subsequent machining.
Главным недостатком известного способа центробежной наплавки является то, что при его осуществлении не учитывается различие теплофизических свойств материала изделия и плавящегося электрода. Например, при наплавке электродами из металлов, температура плавления которых отличается от температуры плавления основного металла, качество наплавленного металла снижается. Причиной этого является, с одной стороны, влияние центробежных сил на увеличение интенсивности процесса переноса электродного металла в сварочную ванну и локализацию на ее поверхности теплового и механического воздействий двухфазного газожидкостного потока с электрода, состоящего из высокотемпературного высокоскоростного газоплазменного потока и потока перегретого расплава электродного металла. С другой стороны, центробежные силы препятствуют механическому воздействию дуги на расплав в головной части сварочной ванны и вытеснению его в хвостовую часть. Вследствие указанных эффектов при наплавке, например, электродом из металла, температура плавления которого выше температуры плавления основного металла, в головной части сварочной ванны под дугой образуется большая по толщине перегретая до высокой температуры жидкая прослойка. При этом глубина проплавления основного металла чрезмерно возрастает и увеличивается коэффициент участия основного металла в наплавленном слое. Наоборот, при наплавке электродом из металла, температура плавления которого ниже температуры плавления основного металла, в сварочной ванне большая по толщине жидкая прослойка под дугой препятствует равномерному нагреву основного металла и его сплавлению с наплавленным слоем. В результате в том и в другом случае качество наплавленного слоя ухудшается.The main disadvantage of the known centrifugal surfacing method is that its implementation does not take into account the difference in the thermophysical properties of the product material and the melting electrode. For example, when surfacing with metal electrodes, the melting temperature of which differs from the melting temperature of the base metal, the quality of the deposited metal decreases. The reason for this is, on the one hand, the influence of centrifugal forces on increasing the intensity of the process of transferring the electrode metal into the weld pool and the localization on the surface of the thermal and mechanical effects of a two-phase gas-liquid stream from the electrode, consisting of a high-temperature high-speed gas-plasma stream and a stream of superheated molten electrode metal. On the other hand, centrifugal forces prevent the mechanical action of the arc on the melt in the head of the weld pool and its displacement into the tail. Due to these effects, when surfacing, for example, with an electrode made of metal, the melting temperature of which is higher than the melting temperature of the base metal, a large interlayer overheated to a high temperature is formed in the head of the weld pool under the arc. At the same time, the penetration depth of the base metal increases excessively and the participation coefficient of the base metal in the deposited layer increases. On the contrary, when welding with an electrode made of metal, the melting temperature of which is lower than the melting temperature of the base metal, in the weld pool, a thicker liquid layer under the arc prevents uniform heating of the base metal and its fusion with the deposited layer. As a result, in both cases, the quality of the deposited layer is deteriorating.
Другим недостатком известного способа является неравномерность проплавления основного металла по ширине наплавляемого валика. Как известно, вклад тепловой энергии капель перегретого электродного металла в сварочную ванну дополнительно к газоплазменному потоку дугового источника теплоты приводит к перегреву расплава в ее головной части на локальном участке их совместного воздействия. Причем тепловой эффект комбинированного воздействия на ванну двух потоков превосходит простую сумму тепловых эффектов дугового потока и потока капель источников теплоты, взятых по отдельности. Локальный вклад энергии в сварочную ванну двух потоков в пределах общей зоны нагрева вызывает местное углубление проплавления основного металла на участке падения капель в сварочную ванну. Кроме того, вытеснение расплава из головной части сварочной ванны в процессе наплавки приводит к вытеканию расплава за пределы ванны с образованием наплывов. Причиной вытекания расплава является изменение соотношения сил, действующих на расплав сварочной ванны при известном способе и преобладание центробежных сил над силами поверхностного натяжения перегретого металла. Для устранения наплывов требуется либо увеличивать скорость наплавки, либо снижать скорость подачи электродной проволоки. Однако простым увеличением скорости наплавки невозможно устранить локальное проплавление основного металла по оси наплавленного валика, а нижний предел скорости подачи электрода органичен возможным нарушением саморегулирования процесса плавления электрода.Another disadvantage of this method is the uneven penetration of the base metal across the width of the deposited bead. As is known, the contribution of the thermal energy of the droplets of the superheated electrode metal to the weld pool in addition to the gas-plasma flow of the arc heat source leads to overheating of the melt in its head on the local site of their joint action. Moreover, the thermal effect of the combined action of two streams on the bath exceeds the simple sum of the thermal effects of the arc stream and the stream of drops of heat sources taken separately. The local energy contribution to the weld pool of two streams within the common heating zone causes a local deepening of the penetration of the base metal in the area where the droplets fall into the weld pool. In addition, the displacement of the melt from the head of the weld pool during surfacing leads to leakage of the melt outside the bath with the formation of sag. The reason for the flow of the melt is a change in the ratio of forces acting on the melt of the weld pool with the known method and the predominance of centrifugal forces over the surface tension forces of an overheated metal. To eliminate the influx, you must either increase the surfacing speed or reduce the feed rate of the electrode wire. However, it is impossible to eliminate local penetration of the base metal along the axis of the deposited bead by a simple increase in the surfacing speed, and the lower limit of the electrode feed rate is organic by a possible violation of self-regulation of the electrode melting process.
Целью изобретения является повышение качества наплавленного слоя при наплавке металлов, температура плавления которых отличается от температуры плавления металла наплавляемого изделия, путем контролируемого перераспределения тепловой мощности дуги между тремя объектами ее воздействия: основной металл наплавляемого изделия, слой ранее наплавленного металла и сварочная ванна, за счет чередования импульсов силы тока дуги с импульсным увеличением скорости наплавки в период пауз импульсов тока, а также рассредоточения газодинамического воздействия газоплазменного потока столба дуги на сварочную ванную при возвратно-поступательных перемещениях дуги по поверхности ванны.The aim of the invention is to improve the quality of the deposited layer during surfacing of metals, the melting temperature of which differs from the melting temperature of the metal of the deposited product, by controlled redistribution of the thermal power of the arc between the three objects of its influence: the base metal of the deposited product, a layer of previously deposited metal and a weld pool, due to alternation pulses of current strength of the arc with a pulsed increase in the deposition rate during pauses of current pulses, as well as gas-dynamic dispersion the impact of the gas-plasma flow of the arc column on the weld pool during the reciprocating movement of the arc along the surface of the bath.
Поставленная цель достигается тем, что, в известном способе автоматической дуговой центробежной наплавки внутренней поверхности полых вращающихся цилиндрических изделий плавящимся электродом, при котором плавящийся электрод подают в полость наплавляемого изделия через направляющий канал вращающейся сварочной горелки, которой придают вращательное движение по окружности в плоскости вращения изделия и выбирают его такого направления, чтобы оно совпадало с направлением вращения изделия, и одновременно перемещают сварочную горелку вдоль оси вращения изделия для наплавки по винтовой линии, при этом скорость и направление наплавки устанавливают разностью Δω угловых скоростей сварочной горелки ωгор и детали ωдет, т.е. Δω=ωгор-ωдет, электрод перед наплавкой устанавливают с угловым отклонением в диапазоне 15-75° от оси вращения сварочной горелки, а ось вращения сварочной горелки смещают в радиальном направлении в сторону от оси вращения изделия параллельно ей на расстояние eсм, которое определяют по формулеThis goal is achieved by the fact that, in the known method for automatic centrifugal arc surfacing of the inner surface of hollow rotating cylindrical products with a consumable electrode, in which the consumable electrode is fed into the cavity of the deposited product through the guiding channel of a rotating welding torch, which is rotationally rotated around the circle in the plane of rotation of the product and choose it in such a direction that it coincides with the direction of rotation of the product, and at the same time move the welding torch in the axis of rotation of the product for surfacing along a helix, while the speed and direction of surfacing are set by the difference Δω of the angular velocities of the welding torch ω of the mountains and the part ω det , i.e. Δω = ω gor -ω det , the electrode before surfacing is set with an angular deviation in the range of 15-75 ° from the axis of rotation of the welding torch, and the axis of rotation of the welding torch is shifted in the radial direction away from the axis of rotation of the product parallel to it by a distance of e cm , which determined by the formula
где Dk - диаметр капли электродного металла на конце электрода, Iд.max - «разрывная» длина дуги, т.е. длина, при превышении которой дуга естественным образом обрывается, причем в процессе наплавки электродом из металла с температурой плавления, меньшей или равной температуре плавления металла изделия, сварочную горелку вращают с угловой скоростью, меньшей угловой скорости изделия, т.е. Δω<0, и вдвигают в полость наплавляемого изделия, а в процессе наплавки электродом из металла с температурой плавления, большей температуры плавления металла изделия, сварочную горелку вращают с угловой скоростью, большей угловой скорости изделия, т.е. Δω>0, и выдвигают из полости наплавляемого изделия.where D k is the diameter of the drop of electrode metal at the end of the electrode, I d.max is the “breaking” length of the arc, i.e. the length above which the arc naturally breaks off, and during welding with an electrode made of metal with a melting point less than or equal to the melting point of the product metal, the welding torch is rotated at an angular speed less than the angular velocity of the product, i.e. Δω <0, and slide into the cavity of the deposited product, and in the process of surfacing with an electrode made of metal with a melting point greater than the melting point of the product metal, the welding torch is rotated with an angular velocity greater than the angular velocity of the product, i.e. Δω> 0, and put forward from the cavity of the deposited product.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ наплавки отличается наличием новых признаков: наклон плавящегося электрода к оси вращения сварочной горелки, смещение оси вращения сварочной горелки относительно оси вращения изделия, изменение скорости вращения сварочной горелки и направления ее подачи в функции температуры плавления наплавляемого металла. Эти признаки обеспечивают соответствие заявляемого технического решения критерию «новизна».Comparative analysis with the prototype shows that the inventive method of surfacing is characterized by the presence of new features: the inclination of the consumable electrode to the axis of rotation of the welding torch, the shift of the axis of rotation of the welding torch relative to the axis of rotation of the product, the change in the rotation speed of the welding torch and the direction of its feed as a function of the melting temperature of the deposited metal. These features ensure compliance of the claimed technical solution to the criterion of "novelty."
Сравнение заявляемого технического решения в способе с прототипом и с другими известными решениями в области сварки и смежных областях техники (электротехника, электромеханика, энергетика и др.) не выявило решение, обладающее сходными признаками: наклон плавящегося электрода под углом к оси вращения сварочной горелки, вращение сварочной горелки вокруг оси, сдвинутой в радиальном направлении в сторону от оси вращения изделия параллельно ей, вращение сварочной горелки с угловой скоростью, меньшей или большей угловой скорости вращения изделия, и изменение направления ее продольного движения в полости наплавляемой детали в зависимости от температуры плавления металла наплавляемого электрода. Новое свойство совокупности указанных признаков, не повторяющее известные свойства отличительных признаков, известных из других решений, заключается в том, что при постоянной скорости подачи электрода в полости наплавляемого изделия во время каждого оборота сварочной горелки дуга между вращающимися наклонным электродом и наплавляемым изделием получает ускоренные периодические следующие друг за другом кратковременные укорочения и удлинения, вызывающие импульсы и спады тока наплавки, т.е. модуляцию по отношению к току для данного электрода в непрерывном режиме, при этом одновременно перемещается возвратно-поступательно по поверхности ванны в направлении, перпендикулярном направлению наплавки по винтовой линии. Регулирование амплитуды пульсаций тока дуги осуществляют в функции величины смещения оси вращения сварочной горелки по отношению к оси вращения изделия. Сочетание нового свойства в совокупности с возможностью регулирования проплавления основного металла путем контролируемого перераспределения тепловой мощности дуги по поверхности сварочной ванны, разделения при наплавке наклонным электродом в поле центробежных сил теплового и механического воздействий на ванну двухфазного газожидкостного потока с электрода на два однофазных потока (газового и жидкостного), а также управления скоростью вращения сварочной горелки и согласованным ее перемещением вдоль оси в полости наплавляемого изделия в зависимости от теплофизических свойств наплавляемого материала позволяет повысить качество наплавленного слоя разнородных металлов. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».Comparison of the claimed technical solution in the method with the prototype and with other known solutions in the field of welding and related fields of technology (electrical engineering, electromechanics, energy, etc.) did not reveal a solution that has similar characteristics: the inclination of the melting electrode at an angle to the axis of rotation of the welding torch, rotation welding torch around an axis radially shifted away from the axis of rotation of the product parallel to it, rotation of the welding torch with an angular velocity less than or greater than the angular velocity of rotation from Elia, and changing the direction of its longitudinal movement in the cavity of the deposited items depending on the melting point of the deposited metal electrode. A new property of the totality of these features, which does not repeat the known properties of the distinguishing features known from other solutions, is that at a constant feed rate of the electrode in the cavity of the deposited product during each revolution of the welding torch, the arc between the rotating inclined electrode and the deposited product receives accelerated periodic following short-term shortening and elongation one after another, causing pulses and drops in the surfacing current, i.e. modulation with respect to the current for a given electrode in a continuous mode, while simultaneously moving back and forth along the surface of the bath in a direction perpendicular to the direction of surfacing along the helix. The amplitude regulation of the pulsations of the arc current is carried out as a function of the displacement of the axis of rotation of the welding torch relative to the axis of rotation of the product. The combination of a new property in combination with the possibility of regulating the penetration of the base metal by controlled redistribution of the arc heat power over the surface of the weld pool, separation of the two-phase gas-liquid flow from the electrode into two single-phase flows (gas and liquid) during the surfacing by an inclined electrode in the field of centrifugal forces ), as well as controlling the rotation speed of the welding torch and its coordinated movement along the axis in the cavity of the weld depending on the thermophysical properties of the deposited material can improve the quality of the deposited layer of dissimilar metals. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Сущность предлагаемого способа поясняют фиг.1-6.The essence of the proposed method is illustrated in figures 1-6.
На фиг.1 показана схема наплавки по предлагаемому способу. Фиг.2 поясняет влияние переноса капель в поле центробежных сил на характер формирования наплавленного слоя и форму проплавления в его поперечном сечении на примере наплавки одиночного валика по предлагаемому способу. Фиг.3 поясняет влияние сдвига оси вращения сварочной горелки относительно оси вращения изделия на пульсации силы тока дуги в процессе наплавки. Фиг.4 показывает связь амплитуды возвратно-поступательных перемещений дуги по поверхности ванны с величиной углового отклонения электрода от оси вращения сварочной горелки. Фиг.5 и 6 поясняют схему наплавки «легкоплавких» и «тугоплавких» (в сравнении с металлом наплавляемого изделия) материалов, соответственно. На фиг.7-9 приведены образцы изделий, наплавленные предлагаемым способом.Figure 1 shows the deposition scheme for the proposed method. Figure 2 explains the effect of droplet transfer in the field of centrifugal forces on the nature of the formation of the deposited layer and the shape of the penetration in its cross section on the example of surfacing a single roller according to the proposed method. Figure 3 explains the effect of the shift of the axis of rotation of the welding torch relative to the axis of rotation of the product on the ripple of the arc current during surfacing. Figure 4 shows the relationship of the amplitude of the reciprocating movement of the arc along the surface of the bath with the magnitude of the angular deviation of the electrode from the axis of rotation of the welding torch. Figures 5 and 6 explain the deposition scheme of "fusible" and "refractory" (in comparison with the metal of the deposited product) materials, respectively. 7-9 shows samples of products deposited by the proposed method.
Для наплавки по предлагаемому способу полое цилиндрическое изделия 1 вращают вокруг оси 5 (фиг.1). В полость изделия вводят сварочную горелку 2 и вращают вокруг оси 4. Перед наплавкой через направляющий канал сварочной горелки 2 подают плавящийся электрод 3 и устанавливают под углом α к оси вращения сварочной горелки. Ось вращения 4 сварочной горелки 2 смещают в радиальном направлении в сторону от оси 5 вращения изделия 1 параллельно ей на расстояние eсм, которое определяют по формулеFor surfacing by the proposed method, the hollow
где Dk - диаметр капли электродного металла на конце электрода, Iд.max - «разрывная» длина дуги, т.е. длина, при превышении которой дуга естественным образом обрывается. Сварочную горелку 2 и изделие 1 приводят в согласное вращательное движение с разными угловыми скоростями ωгор и ωдет, соответственно, и задают их разностью Δω=ωгор-ωдет направление и величину окружной скорости наплавки Vнапл на внутреннюю поверхность изделия в зависимости от теплофизических свойств наплавляемого материала. В процессе наплавки сварочную горелку одновременно с вращением перемещают вдоль оси изделия со скоростью подачи Vподача, направлением которой задают направление винтовой линии наплавки внутренней поверхности изделия.where D k is the diameter of the drop of electrode metal at the end of the electrode, I d.max is the “breaking” length of the arc, i.e. the length above which the arc breaks naturally. Welding torch 2 and
Известно, что плотность фаз двухфазного газожидкостного потока в дуге различна: плотность нагретого газа до высокой температуры составляет величину порядка (10÷50)·10-3 кг/м3, а плотность расплавленного электродного металла составляет величину порядка 10 кг/м3. В силу значительного различия плотности центробежные силы по-разному влияют на газоплазменный поток и поток расплава с электрода: в большей степени оказывают влияние на расплав, в меньшей - на газ. Поэтому под действием центробежных сил появляется эффект отклонения жидкостного капельного потока от направления газоплазменного потока, соосного с электродом. Каждый из этих потоков обладает значительной тепловой мощностью и оказывает существенное влияние на тепловой баланс сварочной ванны. В предлагаемом способе наплавки газоплазменный поток с электрода управляется наклоном электрода. При наклоне электрода в известных пределах соответственно наклоняется столб дуги в результате действия электромагнитных сил. Поэтому с целью снижения теплового воздействия на расплав в головной части ванны наклоном электрода газоплазменный поток может быть направлен на хвостовую часть сварочной ванны, на участки наплавляемой поверхности за пределами сварочной ванны или на поверхность ранее наплавленного слоя. Жидкостный капельный поток с электрода управляется направлением и величиной скорости вращения сварочной горелки по отношению к направлению и величине скорости вращения наплавляемого изделия. При согласном вращении сварочной горелки и наплавляемого изделия в том случае, если скорость вращения сварочной горелки больше скорости вращения изделия и наплавка валика на вращающееся изделие производится по направлению вращения изделия, поток капель направляется в головную часть сварочной ванны перед дугой. Наоборот, при согласном вращении сварочной горелки и наплавляемого изделия в том случае, если скорость вращения электрода меньше скорости вращения изделия и наплавка валика на вращающееся изделие производится по направлению против направления вращения изделия, поток капель направляется в хвостовую часть сварочной ванны позади дуги. Выбор направления отрыва жидкостного капельного потока с электрода определяется с учетом температуры плавления наплавляемого металла.It is known that the phase density of a two-phase gas-liquid flow in an arc is different: the density of the heated gas to a high temperature is of the order of (10 ÷ 50) · 10 -3 kg / m 3 and the density of the molten electrode metal is of the order of 10 kg / m 3 . Due to a significant difference in density, centrifugal forces have a different effect on the gas-plasma flow and the flow of the melt from the electrode: they have a greater effect on the melt, and to a lesser extent on the gas. Therefore, under the action of centrifugal forces, the effect of deviation of the liquid droplet stream from the direction of the gas-plasma stream coaxial with the electrode appears. Each of these flows has significant thermal power and has a significant effect on the heat balance of the weld pool. In the proposed method of surfacing, the gas-plasma flow from the electrode is controlled by the inclination of the electrode. When the electrode is tilted within certain limits, the arc column tilts accordingly as a result of the action of electromagnetic forces. Therefore, in order to reduce the thermal effect on the melt in the head of the bath by tilting the electrode, the gas-plasma flow can be directed to the tail of the weld pool, to the areas of the deposited surface outside the weld pool or to the surface of the previously deposited layer. The liquid droplet flow from the electrode is controlled by the direction and magnitude of the rotation speed of the welding torch with respect to the direction and magnitude of the rotation speed of the deposited product. With a consonant rotation of the welding torch and the deposited product, if the rotation speed of the welding torch is greater than the rotation speed of the product and the bead is deposited onto the rotating product in the direction of rotation of the product, the droplet flow is directed to the head of the weld pool in front of the arc. Conversely, with a consonant rotation of the welding torch and the deposited product, if the electrode rotation speed is lower than the product rotation speed and the bead is deposited onto the rotating product in the opposite direction to the product rotation direction, the droplet flow is directed to the tail of the weld pool behind the arc. The choice of the direction of separation of the liquid droplet stream from the electrode is determined taking into account the melting temperature of the deposited metal.
Влияние переноса капель в поле центробежных сил на характер формирования наплавленного слоя и форму проплавления в его поперечном сечении поясняется на примере наплавки одиночного валика по предлагаемому способу (фиг.2).The effect of the transfer of droplets in the field of centrifugal forces on the nature of the formation of the deposited layer and the shape of the penetration in its cross section is illustrated by the example of surfacing a single roller according to the proposed method (figure 2).
Для наплавки одиночных валиков по предлагаемому способу сварочная горелка и изделие вращались согласно в направлении против часовой стрелки с одинаковой скоростью, т.е. Δω=ωгор-ωдет=0 (на фиг.2 направление вращения указано стрелками). Положение оси плавящегося сварочного электрода в процессе наплавки относительно продольного сечения наплавляемого валика обозначено штрихпунктирной линией на фиг.2 и не изменялось. Для сравнения на фиг.2, а приведено поперечное сечение валика, выполненного на аналогичном режиме в нижнем положении без вращения изделия. Форма проплавления при наплавке неподвижного изделия обладает явно выраженной симметрией в отличие от формы проплавления на вращающемся изделии. Из сравнения видно влияние вращения изделия на форму зоны проплавления основного металла: несимметричность расположения наплавленного металла относительно расположения оси электрода, существенное снижение глубины проплавления основного металла в месте расположения дуги на поверхности сварочной ванны, равномерная глубина проплавления в местах, недоступных воздействию газоплазменных потоков дуги. Асимметричная форма проплавления основного металла и наплыв наплавленного металла с правой стороны от оси электрода подтверждает влияние центробежных сил на отрыв капель и характер их переноса в ванну. Очевидно, что оторвавшиеся от электрода под действием центробежных сил капли продолжают свое движение по инерции в направлении линейной окружной скорости конца электрода и попадают на изделие справа от оси электрода, создавая участок сварочной ванны с «холодным» расплавом. Далее расплав из правой части перетекает под действием центробежных сил в центральную часть ванны, формируя плоскую поверхность валика.For the deposition of single rollers according to the proposed method, the welding torch and the product rotated in the counterclockwise direction at the same speed, i.e. Δω = ω mountains -ω det = 0 (in Fig.2, the direction of rotation is indicated by arrows). The position of the axis of the consumable welding electrode during the surfacing process relative to the longitudinal section of the weld bead is indicated by the dot-and-dot line in FIG. 2 and has not been changed. For comparison, figure 2, a shows a cross section of a roller made in the same mode in the lower position without rotating the product. The form of penetration during surfacing of a stationary product has a pronounced symmetry in contrast to the form of penetration on a rotating product. The comparison shows the effect of product rotation on the shape of the base metal penetration zone: the asymmetry of the location of the deposited metal relative to the location of the axis of the electrode, a significant decrease in the depth of penetration of the base metal at the location of the arc on the surface of the weld pool, a uniform penetration depth in places inaccessible to the effects of gas-plasma arc flows. The asymmetric form of penetration of the base metal and the influx of deposited metal on the right side of the electrode axis confirms the influence of centrifugal forces on the separation of droplets and the nature of their transfer to the bath. It is obvious that droplets detached from the electrode under the action of centrifugal forces continue their inertia in the direction of the linear peripheral speed of the electrode end and fall on the product to the right of the electrode axis, creating a section of the weld pool with a “cold” melt. Further, the melt flows from the right side under the action of centrifugal forces into the central part of the bath, forming a flat surface of the roller.
Таким образом, особенностью предлагаемого способа наплавки является разнонаправленное движение газоплазменного потока и потока расплава с электрода. Газоплазменный поток с электрода направлен перпендикулярно его торцевой поверхности. Малые размеры отрывающихся капель в поле центробежных сил оказывают слабое возмущающее действие на направление этого потока. Направление потока отрывающихся капель расплавленного металла электрода определяется направлением окружной скорости конца электрода.Thus, a feature of the proposed method of surfacing is the multidirectional movement of the gas-plasma flow and the flow of the melt from the electrode. The gas-plasma flow from the electrode is directed perpendicular to its end surface. The small size of the dropping drops in the field of centrifugal forces have a weak perturbing effect on the direction of this flow. The flow direction of the dropping drops of molten metal of the electrode is determined by the direction of the peripheral speed of the end of the electrode.
Технический эффект заключается в достижении равномерного проплавления основного металла в поперечном сечении каждого наплавленного валика при наплавке металлов с температурой плавления, отличающейся от температуры плавления основного металла изделия за счет рассредоточения газодинамического воздействия дуги на сварочную ванну и перераспределения тепловой мощности дуги между тремя объектами ее воздействия: наплавляемое изделие, слой ранее наплавленного металла, сварочная ванна, а также изменения гидродинамики течения жидкого металла ванны путем чередования пульсаций силы тока с импульсным увеличением скорости наплавки в период пауз тока.The technical effect consists in achieving uniform penetration of the base metal in the cross section of each weld bead during metal surfacing with a melting point different from the melting temperature of the base metal of the product due to the dispersion of the gas-dynamic effect of the arc on the weld pool and the redistribution of the thermal power of the arc between three objects of its influence: product, layer of previously deposited metal, weld pool, as well as changes in the hydrodynamics of the flow of liquid metal alla baths by alternating ripples of current strength with a pulsed increase in the surfacing speed during the period of current pauses.
Предлагаемый способ наплавки создает другие технические эффекты, неизвестные (недостижимые) при наплавке способом, взятым за прототип. При вращении сварочной горелки 3 конец электрода 5 описывает окружность с центром в точке 2, а опорное пятно сварочной дуги 6, горящей между электродом и внутренней поверхностью наплавляемого изделия 1, перемещается по окружности с центром в точке 4 (фиг.3). Так как центры окружностей не совпадают на величину eсм, то в процессе вращения сварочной горелки и изделия длина дуги будет периодически изменяться с частотой вращения горелки от минимальной lд.min, равной Dk, до максимальной, равной lд.max. Диапазон изменения определяется обеспечением условий устойчивого горения дуги без перерывов на короткие замыкания и без нарушения саморегулирования процесса плавления проволочного электрода из-за обрыва дуги.The proposed method of surfacing creates other technical effects that are unknown (unattainable) when surfacing by the method taken as a prototype. When the
Как известно, под саморегулированием процесса плавления проволочного электрода понимается такой процесс дуговой сварки, при котором проволочный электрод подают с постоянной скоростью, а средняя за период скорость его плавления, колеблясь с колебаниями длины дуги, сохраняется постоянной благодаря реакции источника питания. Уменьшение длины межэлектродного промежутка вызывает автоматическое увеличение сварочного тока, вследствие чего возрастает скорость плавления электрода и длина межэлектродного промежутка восстанавливается. При увеличении длины дуги происходят обратные процессы, что также приводит к восстановлению длины дуги. В этом заключается известный принцип «статического» саморегулирования скорости плавления электрода, который лежит в основе технического решения.As you know, the self-regulation of the melting process of a wire electrode is understood to mean such an arc welding process in which the wire electrode is supplied at a constant speed, and its average melting rate over a period, fluctuating with fluctuations in the length of the arc, remains constant due to the reaction of the power source. Reducing the length of the interelectrode gap causes an automatic increase in the welding current, as a result of which the melting rate of the electrode increases and the length of the interelectrode gap is restored. With increasing arc length, reverse processes occur, which also leads to restoration of the arc length. This is the well-known principle of "static" self-regulation of the melting rate of the electrode, which underlies the technical solution.
При нижней предельной длине межэлектродного промежутка, меньшей диаметра Dk капли на конце электрода, в процессе наплавки возможно наступление фазы короткого замыкания и дуга гаснет. При максимальной предельной длине межэлектродного промежутка, большей lд.max, дуга естественным образом обрывается. И в том, и в другом случае течение процесса плавления электродной проволоки нарушается, что дестабилизирует процесс наплавки и ухудшает качество наплавленного слоя.When the lower limit length of the interelectrode gap is smaller than the droplet diameter D k at the end of the electrode, a short circuit phase may occur during surfacing and the arc goes out. At the maximum limit length of the interelectrode gap, greater than l d.max , the arc naturally breaks. In both cases, the flow of the electrode wire melting process is disrupted, which destabilizes the surfacing process and degrades the quality of the deposited layer.
При постоянной скорости подачи плавящегося электрода и вращении сварочной горелки электрод и наплавляемое изделие периодически сближаются друг с другом, а затем удаляются друг от друга (фиг.4). В периоды их сближения с частотой вращения горелки происходит кратковременное укорочение длины дуги и возрастание силы сварочного тока. Скорость плавления электрода и частота переноса капель увеличиваются, а размер отрывающихся с электрода капель уменьшается. В этот период укорочения дуги ее опорное пятно перемещается по поверхности ванны в направлении торца электрода. В период удаления электрода и изделия друг от друга длина дуги увеличивается, а сила сварочного тока снижается. Скорость плавления электрода замедляется, процесс каплеобразования приостанавливается и опорное пятно дуги на ванне удаляется от торца электрода. При удлинении дуги и замедлении плавления электрод продвигается вперед к ванне на величину выбега (фиг.4) и восстанавливает положение зоны контактирования опорного пятна на ванне при оптимальной длине дуги. Расстояние между концом электрода и поверхностью наплавляемого изделия в процессе наплавки устанавливается определенным и автоматически поддерживается неизменным за счет комплексного действия геометрических и электрических параметров процесса, вследствие чего обеспечивается высокая стабильность процесса наплавки. Благодаря постоянству длины дуги ее опорное пятно совершает по поверхности ванны возвратно-поступательные перемещения размахом ΔL с частотой, определяемой частотой вращения сварочной горелки по окружности. Тем самым обеспечивается рассредоточение теплового воздействия газоплазменного и капельного потоков на ванну. Амплитуда (размах) поперечных колебаний дуги на ванне определяется величиной угла α отклонения электрода от оси вращения горелки и величиной сдвига eсм оси вращения сварочной горелки от оси вращения деталиAt a constant feed rate of the consumable electrode and the rotation of the welding torch, the electrode and the deposited product periodically approach each other, and then move away from each other (Fig. 4). During periods of their convergence with the torch rotation frequency, a short-term shortening of the arc length and an increase in the welding current strength occur. The melting rate of the electrode and the droplet transfer frequency increase, and the size of droplets detached from the electrode decreases. During this period of arc shortening, its supporting spot moves along the surface of the bath in the direction of the end of the electrode. During the period of removal of the electrode and the product from each other, the length of the arc increases, and the strength of the welding current decreases. The melting rate of the electrode slows down, the droplet formation process is suspended, and the reference spot of the arc on the bath is removed from the end of the electrode. When the arc lengthens and the melting slows down, the electrode advances forward to the bath by the run-out value (Fig. 4) and restores the position of the contact zone of the reference spot on the bath with the optimal arc length. The distance between the end of the electrode and the surface of the deposited product during the surfacing process is determined and automatically maintained constant due to the integrated action of the geometric and electrical parameters of the process, which ensures high stability of the welding process. Due to the constancy of the arc length, its supporting spot makes reciprocating movements along the bath surface with a swing ΔL with a frequency determined by the frequency of rotation of the welding torch around the circumference. This ensures the dispersal of the thermal effects of the gas-plasma and droplet flows on the bath. The amplitude (range) of the transverse oscillations of the arc on the bath is determined by the angle α of the electrode deflection from the axis of rotation of the torch and the amount of shift e cm of the axis of rotation of the welding torch from the axis of rotation of the part
ΔL=2·eсм·tgα.ΔL = 2 · e cm · tgα.
Благоприятная форма наплавленного валика получается в диапазоне углов 15-75 градусов. При больших углах наклона получается непровар. При меньших углах наклона существенно уменьшается амплитуда ΔL колебаний электрода поперек сварочной ванны и снижается, соответственно, ширина наплавленного валика. При этом возможно появление наплывов. При углах наклона более 75 градусов из-за чрезмерной амплитуды колебаний нарушается формирование наплавленного слоя. Наилучшие результаты получаются при угле наклона 30-50 градусов.The favorable shape of the weld bead is obtained in the range of angles 15-75 degrees. At large angles of inclination, lack of fusion is obtained. At smaller angles of inclination, the amplitude ΔL of the electrode vibrations across the weld pool is substantially reduced and, accordingly, the width of the deposited bead decreases. In this case, the appearance of sagging. At tilt angles of more than 75 degrees, the formation of a deposited layer is disturbed due to the excessive amplitude of the oscillations. The best results are obtained with an inclination angle of 30-50 degrees.
Кроме того, согласно предлагаемому способу в процессе перемещения конца электрода по дуге окружности с постоянной скоростью вращения сварочной горелки и изделия скорость наплавки Vнапл=Δω·Rэл изменяется пропорционально расстоянию Rэл до наплавляемой поверхности детали от оси вращения сварочной горелки. В процессе вращения сварочной горелки это расстояние Rэл уменьшается до минимального в направлении смещения горелки и увеличивается до максимального в диаметрально противоположном направлении. Модуляция силы тока позволяет в период пульсации тока сформировать капли существенно меньшей массы, образовать сварочную ванну определенного объема, а за время паузы провести ее частичную кристаллизацию и быстро перевести электрод по направлению наплавки на новое место образования ванны.In addition, according to the proposed method, in the process of moving the end of the electrode along an arc of a circle with a constant speed of rotation of the welding torch and product, the surfacing speed V overlap = Δω · R el changes in proportion to the distance R el to the weld surface of the part from the axis of rotation of the welding torch. During the rotation of the welding torch, this distance R el decreases to the minimum in the direction of the torch displacement and increases to the maximum in the diametrically opposite direction. Modulation of the current strength allows, during the period of current ripple, to form droplets of substantially lower mass, form a weld pool of a certain volume, and during the pause, conduct its partial crystallization and quickly transfer the electrode in the direction of surfacing to a new bath formation site.
Таким образом, во время ведения процесса конец электрода перемещается относительно сварочной ванны одновременно в пяти направлениях. Во-первых, он подается в дугу вдоль оси электрода, поддерживая оптимальную в зависимости от скорости плавления электрода длину дуги. Во-вторых, электрод вращается совместно со сварочной горелкой по окружности. В-третьих, электрод перемещается относительно наплавляемого изделия в направлении окружной скорости наплавки для получения непрерывного наплавленного валика. В-четвертых, электрод перемещается вдоль оси наплавляемого изделия поступательно со скоростью подачи горелки для наплавки внутренней поверхности изделия по винтовой линии. В-пятых, электрод совершает в радиальном направлении возвратно-поступательные перемещения относительно ванны при своем вращении совместно со сварочной горелкой вокруг оси, сдвинутой относительно оси вращения наплавляемого изделия.Thus, during the process, the end of the electrode moves relative to the weld pool simultaneously in five directions. Firstly, it is fed into the arc along the axis of the electrode, maintaining an optimal arc length depending on the melting speed of the electrode. Secondly, the electrode rotates together with the welding torch around the circumference. Thirdly, the electrode moves relative to the deposited product in the direction of the peripheral speed of surfacing to obtain a continuous weld bead. Fourth, the electrode moves along the axis of the deposited product progressively with the feed rate of the burner for surfacing the inner surface of the product along a helix. Fifthly, the electrode radially reciprocates relative to the bath during its rotation together with the welding torch around an axis shifted relative to the axis of rotation of the deposited product.
Геометрическая согласованность одновременно выполняемых движений электрода в процессе автоматической центробежной наплавки внутренней поверхности вращающегося изделия по предлагаемому способу, невозможная при других известных способах наплавки, совместно с наклоном электрода под углом к оси вращения сварочной горелки обеспечивает возможность сварочной дуге в процессе наплавки перемещаться возвратно-поступательно по поверхности ванны в поперечном направлении наплавки. Все пять перемещений создают особые условия, способствующие формированию ровного тонкого качественного наплавленного слоя с плоской поверхностью равномерного сечения и равномерным проплавлением основного металла по ширине валика. Процесс идет с гораздо меньшими затратами тепла на плавление электрода, значительно более низким тепловложением в основной металл. Модулирование силы тока позволяет уменьшить размер капель, тем самым уменьшить влияние переноса капель на стабильность горения наклонной дуги, повысить производительность плавления электрода, сократить время пребывания капель на электроде, а, следовательно, температуру ее нагрева, увеличить частоту переноса капель, уменьшить энергию удара капли о ванну, снизить возмущающее воздействие удара капли о ванну.The geometric consistency of simultaneously performed electrode movements in the process of automatic centrifugal surfacing of the inner surface of a rotating product by the proposed method, impossible with other known welding methods, together with the electrode tilted at an angle to the axis of rotation of the welding torch, allows the welding arc to move back and forth along the surface during welding. baths in the transverse direction of surfacing. All five movements create special conditions that contribute to the formation of an even thin high-quality deposited layer with a flat surface of uniform cross section and uniform penetration of the base metal across the width of the roller. The process proceeds with much lower heat consumption for melting the electrode, and significantly lower heat input into the base metal. The modulation of the current strength allows one to reduce the size of the droplets, thereby reducing the effect of droplet transfer on the stability of combustion of the inclined arc, to increase the melting performance of the electrode, to reduce the residence time of droplets on the electrode, and therefore its heating temperature, to increase the frequency of droplet transfer, and to reduce the drop impact energy o bath, reduce the disturbing effect of a drop dropping on the bath.
На фиг.5 приведен вариант наплавки «легкоплавкого» металла. При наплавке предлагаемым способом электродом из металла с температурой плавления, меньшей или равной температуре плавления металла изделия, сварочную горелку вращают с угловой скоростью, меньшей угловой скорости изделия, т.е. Δω=ωгор-ωдет<0, и вдвигают в полость наплавляемого изделия. Сварочная ванна перемещается по наплавляемой поверхности навстречу вращению изделия со скоростью наплавки, а поток капель с электрода, отделяющихся в направлении вращения электрода, направляется в хвостовую часть сварочной ванны. Высокотемпературный поток газа дуги наклоном электрода направлен на поверхность наплавляемого изделия, нагревает и оплавляет ее. В головной части сварочной ванны под дугой жидкий прослой утончается и не препятствует передаче тепла дуги основному металла. Возрастает эффективность передачи теплоты от дуги основному металлу и повышается температура его нагрева. Осуществление наплавки в направлении снаружи внутрь наплавляемого изделия обеспечивает направление высокотемпературного газоплазменного потока с наклонного электрода преимущественно в сторону поверхности основного металла (фиг.5). В результате происходит нагрев и расплавление основного металла. Расплавленный металл из хвостовой части сварочной ванны центробежными силами вытесняется в головную часть, натекает на оплавленную поверхность детали и сплавляется с ней с минимальным перемешиванием. Сплавление наплавленного электродного и основного металлов происходит преимущественно за счет теплоты, накопленной основным металлом от воздействия дуги.Figure 5 shows a variant of surfacing "fusible" metal. When surfacing by the proposed method with an electrode made of metal with a melting point less than or equal to the melting point of the metal of the product, the welding torch is rotated with an angular velocity less than the angular velocity of the product, i.e. Δω = ω mountains -ω det <0, and slide into the cavity of the deposited product. The weld pool moves along the weld surface towards the rotation of the product with the surfacing speed, and the flow of droplets from the electrode, separated in the direction of rotation of the electrode, is directed to the tail of the weld pool. The high-temperature gas flow of the arc by tilting the electrode is directed to the surface of the deposited product, heats and melts it. In the head of the weld pool under the arc, the liquid layer becomes thinner and does not interfere with the transfer of arc heat to the base metal. The efficiency of heat transfer from the arc to the base metal increases and the temperature of its heating rises. The implementation of surfacing in the direction from the outside to the inside of the deposited product provides the direction of the high-temperature gas-plasma flow from the inclined electrode mainly towards the surface of the base metal (Fig. 5). The result is heating and melting of the base metal. The molten metal from the tail of the weld pool is forced by centrifugal forces into the head, flows onto the molten surface of the part and is fused with it with minimal mixing. The fusion of the deposited electrode and base metals occurs mainly due to the heat accumulated by the base metal from the action of the arc.
На фиг.6 приведен случай наплавки «тугоплавкого» металла. При наплавке электродом из металла с температурой плавления, большей температуры плавления металла изделия, сварочную горелку вращают с угловой скоростью, большей угловой скорости изделия, т.е. Δω=ωгор-ωдет>0, и выдвигают из полости наплавляемого изделия. Сварочная ванна перемещается по наплавляемой поверхности в направлении вращения изделия со скоростью наплавки, а поток капель с электрода, отделяющихся в направлении вращения электрода, направляется в головную часть сварочной ванны. Высокотемпературный поток газа с электрода преимущественно направлен в сторону поверхности ранее наплавленного валика, тем самым экранируется его тепловое воздействие на основной металл. В результате перегрев расплава ванны снижается. Капли с электрода центробежными силами направляются в головную часть сварочной ванны. Теплосодержание отрывающихся с электрода капель существенно ниже из-за кратковременности их пребывания на конце электрода. Сплавление электродного металла с основным металлом происходит преимущественно за счет теплоты, накопленной в каплях.Figure 6 shows the case of surfacing "refractory" metal. When surfacing with a metal electrode with a melting point greater than the melting point of the product metal, the welding torch is rotated with an angular velocity greater than the angular velocity of the product, i.e. Δω = ω mountains -ω det > 0, and put forward from the cavity of the deposited product. The weld pool moves along the weld surface in the direction of rotation of the product with a deposition speed, and a stream of droplets from the electrode, separated in the direction of rotation of the electrode, is directed to the head of the weld pool. The high-temperature gas flow from the electrode is mainly directed towards the surface of the previously deposited bead, thereby screening its thermal effect on the base metal. As a result, overheating of the molten bath is reduced. Drops from the electrode are sent by centrifugal forces to the head of the weld pool. The heat content of droplets coming off the electrode is significantly lower due to the short duration of their stay at the end of the electrode. The fusion of the electrode metal with the base metal occurs mainly due to the heat accumulated in the drops.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.
Наплавляемое полое изделие закрепляли в патроне узла вращения наплавочной установки. В полость изделия вводили сварочную горелку. Через направляющий канал сварочной горелки в полость наплавляемого изделия подавали плавящийся электрод и устанавливали под углом 45 градусов к оси вращения сварочной горелки. Ось вращения сварочной горелки сдвигали в радиальном направлении в сторону от оси вращения изделия параллельно ей. Горелке придавали вращательное движение по окружности в плоскости вращения изделия и выбирали такое направление, чтобы оно совпадало с направлением вращения изделия. Включали подачу плавящегося электрода, в полости наплавляемого изделия возбуждали дугу и перемещали сварочную горелку вдоль оси вращения изделия для наплавки по винтовой линии.The deposited hollow product was fixed in the cartridge of the rotation unit of the surfacing unit. A welding torch was introduced into the cavity of the product. A melting electrode was fed through the guide channel of the welding torch into the cavity of the deposited product and installed at an angle of 45 degrees to the axis of rotation of the welding torch. The axis of rotation of the welding torch was shifted in the radial direction away from the axis of rotation of the product parallel to it. The burner was given a rotational movement around the circumference in the plane of rotation of the product and the direction was chosen so that it coincided with the direction of rotation of the product. The supply of the consumable electrode was turned on, an arc was excited in the cavity of the deposited product and the welding torch was moved along the axis of rotation of the product for surfacing along a helix.
Угловую скорость наплавляемого изделия назначали из условия трехкратного превышения угловой скорости, при которой обеспечивается равновесие сварочной ванны в потолочном положении под действием центробежной силы и силы тяжести в полости минимального диаметраThe angular velocity of the deposited product was prescribed from the condition of tripling the angular velocity at which the weld pool is balanced in the ceiling position under the action of centrifugal force and gravity in the cavity of minimum diameter
Ось вращения сварочной горелки сдвигали в направлении действия силы тяжести с тем, чтобы отрыв капель от электрода происходил под суммарным действием силы тяжести и центробежной силы.The axis of rotation of the welding torch was shifted in the direction of gravity so that the separation of droplets from the electrode occurred under the combined action of gravity and centrifugal force.
Расстояние, на которое перед наплавкой сдвигали ось вращения сварочной горелки, определяли исходя из обеспечения стабильного горения дуги без периодов короткого замыкания и чрезмерного удлинения дуги и обрывов. Граничными условиями такого диапазона режима являются: с одной стороны, минимальная длина дуги должна быть больше диаметра электродных капель (обычно 0,5…1,5 мм в зависимости от параметров режима); с другой стороны, максимальная длина дуги не должна быть свыше «разрывной» длины дуги (обычно 5…10 мм и определяется настройкой источника питания). При этом параметры источника питания отвечали условию, чтобы скорость плавления проволочного электрода в период импульса тока превышала ее скорость подачи.The distance by which the axis of rotation of the welding torch was shifted before welding was determined on the basis of ensuring stable arc burning without periods of short circuit and excessive elongation of the arc and breaks. The boundary conditions of this mode range are: on the one hand, the minimum arc length should be greater than the diameter of the electrode droplets (usually 0.5 ... 1.5 mm, depending on the parameters of the mode); on the other hand, the maximum arc length must not exceed the “discontinuous” arc length (usually 5 ... 10 mm and is determined by the power supply setting). In this case, the parameters of the power source met the condition that the melting rate of the wire electrode during the period of the current pulse exceed its feed rate.
Выполняли автоматическую наплавку в среде нейтрального защитного газа с применением сварочного выпрямителя, настроенного на падающую вольт-амперную характеристику. Наплавляли полые цилиндрические изделия наружным диаметром 155 мм и толщиной стенки 10 мм, а также втулки наружным диаметров 61 мм с толщиной стенки 0,5 мм. Материал наплавляемых изделий: углеродистая сталь с температурой плавления 1500°С и бронза с температурой плавления 980°С. Для наплавки использовали электроды из аустенитной стали с температурой плавления 1350°С и бронзы с температурой плавления 980°С.Automatic deposition was performed in a neutral shielding gas using a welding rectifier tuned to a falling current-voltage characteristic. Hollow cylindrical articles were melted with an outer diameter of 155 mm and a wall thickness of 10 mm, as well as bushings with an outer diameter of 61 mm and a wall thickness of 0.5 mm. Material of deposited products: carbon steel with a melting point of 1500 ° C and bronze with a melting point of 980 ° C. For surfacing, electrodes made of austenitic steel with a melting point of 1350 ° C and bronze with a melting point of 980 ° C were used.
Угловую скорость сварочной горелки назначали из условия наплавки внутренней поверхности полого изделия по винтовой линии со скоростью Vнапл=100 м/ч, т.е. по формулеThe angular velocity of the welding torch was determined from the condition of surfacing the inner surface of the hollow product along a helical line with a speed of V nap = 100 m / h, i.e. according to the formula
При наплавке изделия из углеродистой стали электродом из нержавеющей стали и бронзы скорость вращения сварочной горелки определяли по формулеWhen welding a carbon steel product with a stainless steel and bronze electrode, the rotation speed of the welding torch was determined by the formula
т.е. Δω=ωгор-ωдет<0. Тем самым обеспечивали наплавку валиков в направлении, противоположном направлению вращения изделия.those. Δω = ω mountains -ω det <0. Thus, the welding of the rollers in the direction opposite to the direction of rotation of the product was ensured.
При наплавке изделия из бронзы электродом из углеродистой стали скорость вращения сварочной горелки определяли по формулеWhen welding a bronze product with a carbon steel electrode, the rotation speed of the welding torch was determined by the formula
т.е. Δω=ωгор-ωдет>0. Тем самым обеспечивали наплавку валиков в направлении, совпадающем с направлением вращения изделия.those. Δω = ω mountains -ω det > 0. Thereby, the bead surfacing was provided in the direction coinciding with the direction of rotation of the product.
В процессе наплавки сварочную горелку перемещали вдоль оси наплавляемого изделия, вдвигая ее в полость наплавляемого изделия из металла углеродистой стали, и выдвигая ее из полости наплавляемого изделия из металла бронзы.In the process of surfacing, the welding torch was moved along the axis of the deposited product, sliding it into the cavity of the deposited product of carbon steel, and pushing it out of the cavity of the deposited product of bronze metal.
Процесс наплавки протекал устойчиво. Результаты эксперимента представлены на фиг.7, фиг.8 и фиг.9. Глубина проплавления основного металла на образцах составила менее 0,1 мм. На фиг.7 приведена биметаллическая втулка из углеродистой стали наружным диаметром 61 мм и толщиной стенки 0,5 мм. На внутреннюю поверхность наплавлен слой бронзы толщиной 2 мм. На фиг.8 приведена триметаллическая втулка с наружной оболочкой из углеродистой стали наружным диаметром 61 мм и толщиной стенки 1 мм, сваренной посередине кольцевым швом изнутри с термически обработанной стальной втулкой толщиной стенки 1 мм, наплавленной после сварки слоем бронзы толщиной 0,35 мм. На фиг.9 приведено трубчатое изделие наружным диаметром 155 мм и толщиной стенки 10 мм, наплавленное слоем нержавеющей стали толщиной 0,8 мм. На фиг.9,а представлен образец наплавки в поперечном сечении, на фиг.9,б показан продольный разрез образца. Как видно, предлагаемый способ обеспечивает возможность улучшения качества наплавленного слоя в условиях автоматической центробежной наплавки, позволяя одновременно повысить производительность процесса наплавки.The surfacing process proceeded steadily. The results of the experiment are presented in Fig.7, Fig.8 and Fig.9. The penetration depth of the base metal on the samples was less than 0.1 mm. 7 shows a bimetallic sleeve made of carbon steel with an outer diameter of 61 mm and a wall thickness of 0.5 mm. A 2 mm thick bronze layer is deposited on the inner surface. Fig. 8 shows a trimetallic sleeve with an outer shell of carbon steel with an outer diameter of 61 mm and a wall thickness of 1 mm, welded in the middle with an annular seam from the inside with heat treated steel sleeve with a wall thickness of 1 mm, deposited after welding with a 0.35 mm thick bronze layer. Figure 9 shows a tubular product with an outer diameter of 155 mm and a wall thickness of 10 mm, deposited with a 0.8 mm thick stainless steel layer. Figure 9, a presents a sample of surfacing in cross section, figure 9, b shows a longitudinal section of the sample. As you can see, the proposed method provides the opportunity to improve the quality of the deposited layer in an automatic centrifugal surfacing, while simultaneously increasing the productivity of the welding process.
Наличие модуляции длины дуги обеспечивает повышение производительности и улучшение качества сварки и наплавки, поскольку вызываемое модуляцией изменение сварочного тока меняет характер процессов, происходящих в процессе наплавки. В частности, осуществляется мелкокапельный перенос электродного металла на поверхность ванны при меньших значениях сварочного тока, измельчается структура металла шва. Этому же способствует и механическое воздействие на отрыв капель расплавленного металла с электродной проволоки под суммарным действием центробежных сил и сил тяжести. Предлагаемый способ наплавки по сравнению с прототипом позволяет уменьшить глубину проплавления основного металла без уменьшения количества наплавленного электродного металла, что улучшает качество наплавленных деталей. Кроме того, предлагаемый способ наплавки позволяет уменьшить потери легирующих элементов на выгорание и оказывает модифицирующее действие на процесс кристаллизации. Также известно, что уменьшение размера капель и повышение частоты переноса капель позволяет увеличить производительность плавления электрода, т.е. производительность наплавки, и значительно уменьшить тепловложение в наплавляемое изделие.The presence of modulation of the arc length provides an increase in productivity and an improvement in the quality of welding and surfacing, since the change in the welding current caused by modulation changes the nature of the processes occurring in the surfacing process. In particular, the droplet transfer of electrode metal to the surface of the bath is carried out at lower values of the welding current, the structure of the weld metal is crushed. The mechanical effect on the separation of droplets of molten metal from the electrode wire under the combined action of centrifugal forces and gravity also contributes to this. The proposed method of surfacing in comparison with the prototype allows to reduce the penetration depth of the base metal without reducing the amount of deposited electrode metal, which improves the quality of the deposited parts. In addition, the proposed method of surfacing can reduce the loss of alloying elements on burnout and has a modifying effect on the crystallization process. It is also known that reducing the size of the droplets and increasing the frequency of transfer of droplets can increase the melting performance of the electrode, i.e. deposition performance, and significantly reduce heat input in the deposited product.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115220/02A RU2457929C1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Method of centrifugal deposition by consumable electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011115220/02A RU2457929C1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Method of centrifugal deposition by consumable electrode |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457929C1 true RU2457929C1 (en) | 2012-08-10 |
Family
ID=46849537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011115220/02A RU2457929C1 (en) | 2011-04-18 | 2011-04-18 | Method of centrifugal deposition by consumable electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457929C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530977C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им Н.Э. Баумана) | Method of wear-resistant lay-by-layer building-up welding of steel bearing races of rotary supports of jib cranes |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3022099A1 (en) * | 1980-06-12 | 1981-12-17 | Ural'skij naučno-issledovatel'skij institut trubnoj promyšlennosti, Čeljabinsk | Deposition welding on cylindrical bore of workpieces - using centrifugal force to hold filler powder in bore, and pyrometer for automatic process control |
| RU96104763A (en) * | 1996-03-12 | 1998-05-27 | Л.С. Волковичер | CENTRIFUGAL CASTING INSTALLATION FOR INTERNAL CYLINDRICAL SURFACES OF PARTS |
| CN101628355B (en) * | 2009-08-12 | 2011-01-26 | 西安向阳航天材料股份有限公司 | Sealing method for tube end of carbon steel/stainless steel composited tube |
-
2011
- 2011-04-18 RU RU2011115220/02A patent/RU2457929C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3022099A1 (en) * | 1980-06-12 | 1981-12-17 | Ural'skij naučno-issledovatel'skij institut trubnoj promyšlennosti, Čeljabinsk | Deposition welding on cylindrical bore of workpieces - using centrifugal force to hold filler powder in bore, and pyrometer for automatic process control |
| RU96104763A (en) * | 1996-03-12 | 1998-05-27 | Л.С. Волковичер | CENTRIFUGAL CASTING INSTALLATION FOR INTERNAL CYLINDRICAL SURFACES OF PARTS |
| RU2173244C2 (en) * | 1999-01-05 | 2001-09-10 | Инженерный центр "Сплав" | Method of and installation for inductive centrifugal surfacing of inner surfaces of cylindrical articles |
| CN101628355B (en) * | 2009-08-12 | 2011-01-26 | 西安向阳航天材料股份有限公司 | Sealing method for tube end of carbon steel/stainless steel composited tube |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| «Способ электродуговой центробежной наплавки», 24.11.1999, <http//www.ideasandmoney.ru/Ntrr//Details//113585>. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530977C1 (en) * | 2013-04-19 | 2014-10-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им Н.Э. Баумана) | Method of wear-resistant lay-by-layer building-up welding of steel bearing races of rotary supports of jib cranes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9683682B2 (en) | Methods and systems of joining pipes | |
| EP3132877B1 (en) | System and method for additive manufacturing using a mechanical oscillation system | |
| US5281789A (en) | Method and apparatus for depositing molten metal | |
| JPH0434627B2 (en) | ||
| US20150028011A1 (en) | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications | |
| US20150028010A1 (en) | System and method of controlling heat input in tandem hot-wire applications | |
| KR20150037981A (en) | Method of and system for using moving consumable wire with weld puddle | |
| RU2457929C1 (en) | Method of centrifugal deposition by consumable electrode | |
| Yang et al. | The mechanisms of arc coupling and rotation in cable-type welding wire CO2 welding | |
| CN110977109B (en) | GTAW welding system and method suitable for ultra-narrow gap | |
| Ivanov et al. | Development of the device for two-strip cladding with controlled mechanical transfer | |
| RU2651551C1 (en) | Method for surfacing items using flammable electrode with feeding welding wire into welding bath | |
| RU2668625C1 (en) | Formulated pipe stock butt joint laser-arc welding with consumable electrode method in an atmosphere of shielding gas | |
| RU2754226C1 (en) | Method for obtaining fine metal powder | |
| RU2410215C1 (en) | Procedure for automatic electric-arc hidden pad-weld of external or internal surfaces of rotary bodies | |
| RU2618013C1 (en) | Method of laser welding of metal coatings | |
| CN107000093B (en) | Build-up welding apparatus | |
| RU2356708C1 (en) | Method for high speed argon-arc welding of cylindrical parts | |
| RU2593244C1 (en) | Method for two-side arc welding of tee joints | |
| RU2074071C1 (en) | Method of and device for arc welding with nonconsuming electrode and feeding of filler wire | |
| RU2069614C1 (en) | Method of electroslag surfacing | |
| RU2792246C1 (en) | Method and system of consumable electrode plasma welding | |
| RU2431684C1 (en) | Procedure for surface hardening cylinder items of hardenable alloys | |
| RU2316695C1 (en) | Torch for welding by non-consumable immersible electrode | |
| RU2815524C1 (en) | Method of plasma welding and surfacing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170419 |