RU2477208C2

RU2477208C2 - Device for repairing parts with exposed surface defects

Info

Publication number: RU2477208C2
Application number: RU2011113598/02A
Authority: RU
Inventors: Наталья Николаевна Кувшинова; Юрий Васильевич Казаков; Александр Сергеевич Лапшин
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2013-03-10
Also published as: RU2011113598A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention may be used for repair of part with exposed surface defects, e.g. blisters, cracks, burnouts. Guard is made from heat resistant material with ellipse-like cross-section to follow the defect outline on part surface and provided with cover with central opening to ignite thermit mix. Guard cavity is filled with exothermal mix with binder. Partition from heat resistant material with central opening is arranged atop the guard, right ahead of aforesaid cover. Besides, said partition has equal-diameter holes arranged around central opening, their diameter being equal to cover opening to facilitate uniform distribution of pressure in cover cavity and to reduce escaping flow energy.

EFFECT: higher safety.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для ремонта литых деталей из черных и цветных металлов, имеющих поверхностные дефекты типа открытых раковин, а также деталей, изношенных при эксплуатации и имеющих открытые дефекты типа выбоин, трещин, прогаров.The invention relates to mechanical engineering and can be used to repair cast parts made of ferrous and non-ferrous metals having surface defects such as open shells, as well as parts worn during operation and having open defects such as potholes, cracks, burnouts.

Известен способ ремонта изделий с открытыми дефектами поверхности (авторское свидетельство СССР №1727969 от 06.12.1989 г.). Известный способ осуществляют с помощью устройства, представляющего собой кожух, заполненный экзотермической смесью. Объем смеси V, необходимый для ремонта дефекта, и высота Н кожуха определены из соотношений:A known method of repairing products with open surface defects (USSR author's certificate No. 1727969 from 12/06/1989). The known method is carried out using a device representing a casing filled with an exothermic mixture. The volume of the mixture V required to repair the defect, and the height H of the casing are determined from the ratios:

где P - плотность сплава, кг/м³, m - масса металла, образующегося из 1 м³ смеси, кг, V_g - объем дефекта, м³, S_g - площадь дефекта, м². Кожух выполнен из отдельных чугунных элементов, имеющих форму прямоугольных параллелепипедов, установленных по контуру дефекта вплотную друг к другу. При этом шлак, защищающий наплавляемый металл, остается до конца процесса, качество наплавки повышается. Однако в процессе заварки дефекта из верхней части кожуха происходит интенсивное разбрызгивание металла и шлака, что ухудшает условия труда.where P is the density of the alloy, kg / m ³ , m is the mass of the metal formed from 1 m ^{3 of the} mixture, kg, V _g is the defect volume, m ³ , S _g is the defect area, m ² . The casing is made of individual cast-iron elements having the shape of rectangular parallelepipeds mounted along the contour of the defect close to each other. In this case, the slag that protects the weld metal remains until the end of the process, the quality of surfacing increases. However, in the process of welding the defect from the upper part of the casing, intense spraying of metal and slag occurs, which worsens the working conditions.

Известен также способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами, защищенный патентом РФ №2182063 от 11.11.1999 г., который принят за прототип. Устройство для осуществления этого способа принято за прототип. По прототипу применяют ограждение, в котором размещена экзотермическая смесь со связующим. Ограждение выполнено из термостойкого материала в виде цилиндра с поперечным сечением в форме эллипса, описывающего контур дефекта на поверхности изделия, и снабжено крышкой с центральным отверстием для поджигания термитной смеси. Такое выполнение устройства обеспечивает возможность качественной заварки малых поверхностных дефектов металлических изделий. Наличие крышки на ограждении позволяет также уменьшить разбрызгивание металла и шлака в процессе экзотермической реакции. Однако полностью устранить это разбрызгивание с помощью прототипа не удается, остается высокой вероятность ожогов рабочих, что существенно ухудшает условия труда.There is also a method of repairing parts with open surface defects, protected by RF patent No. 2182063 from 11.11.1999, which is adopted as a prototype. A device for implementing this method is taken as a prototype. According to the prototype, a fence is used in which an exothermic mixture with a binder is placed. The fence is made of heat-resistant material in the form of a cylinder with a cross-section in the form of an ellipse that describes the contour of the defect on the surface of the product, and is equipped with a lid with a central hole for igniting the thermite mixture. This embodiment of the device allows high-quality welding of small surface defects of metal products. The presence of a lid on the fence also reduces spatter of metal and slag during the exothermic reaction. However, it is not possible to completely eliminate this spraying using the prototype, the probability of burns to workers remains high, which significantly worsens working conditions.

Технический результат предлагаемой конструкции устройства - улучшение условий труда за счет устранения опасного разбрызгивания шлака в процессе экзотермической заварки поверхностных дефектов.The technical result of the proposed design of the device is the improvement of working conditions by eliminating the dangerous splashing of slag in the process of exothermic welding of surface defects.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство содержит ограждение, выполненное из термостойкого материала в виде цилиндра с поперечным сечением в форме эллипса, описывающего контур дефекта на поверхности изделия. Ограждение снабжено крышкой с центральным отверстием для поджигания экзотермической смеси. Полость ограждения заполнена экзотермической смесью со связующим. В отличие от прототипа, в верхней части ограждения перед крышкой установлена перегородка из термостойкого материала, в центре которого выполнено отверстие. Кроме того, в перегородке выполнены несколько отверстий, которые расположены вокруг центрального отверстия. Диаметр всех отверстий в перегородке одинаков и равен диаметру отверстия в крышке.The essence of the invention lies in the fact that the proposed device contains a fence made of heat-resistant material in the form of a cylinder with a cross section in the form of an ellipse that describes the contour of the defect on the surface of the product. The guard is equipped with a lid with a central hole for igniting the exothermic mixture. The cavity of the fence is filled with an exothermic mixture with a binder. Unlike the prototype, in the upper part of the fence in front of the lid there is a partition made of heat-resistant material, in the center of which a hole is made. In addition, several holes are made in the partition that are located around the central hole. The diameter of all the holes in the partition is the same and equal to the diameter of the holes in the cover.

Такое выполнение устройства ограничивает выплески реагирующих в процессе наплавки компонентов экзотермической смеси. Центральное отверстие в перегородке обеспечивает возможность поджигания смеси. Отверстия в перегородке, окружающие центральное отверстие, позволяют уменьшить давление в полости ограждения, увеличивающееся по мере сгорания смеси. В результате разбрызгивание шлака и металла при экзотермической реакции в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом уменьшается, что улучшает условия труда рабочих, выполняющих заварку дефектов.This embodiment of the device limits the bursts of the components of the exothermic mixture that are reacting during the surfacing process. The central hole in the partition allows the mixture to be ignited. The holes in the partition surrounding the Central hole, can reduce the pressure in the cavity of the enclosure, which increases as the mixture burns. As a result, the spraying of slag and metal during an exothermic reaction in the proposed device compared with the prototype decreases, which improves the working conditions of workers performing welding defects.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в продольном разрезе, а на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the proposed device in longitudinal section, and figure 2 - section aa in figure 1.

Предлагаемое устройство содержит ограждение 1 из термостойкого материала. Ограждение 1 имеет поперечное сечением в виде эллипса, описывающего контур дефекта 4 на поверхности обрабатываемого изделия 3. Полость ограждения 1 заполнена экзотермической смесью 2 со связующим. На верхнем торце ограждения 1 установлена крышка 5. В верхней части крышки 5 имеется центральное отверстие 6, которое служит для поджигания экзотермической смеси. В верхней части ограждения 1 под крышкой 5 установлена перегородка 9, выполненная из термостойкого материала. В центре перегородки 9 имеется отверстие 8, диаметр которого равен диаметру отверстия 6 в крышке 5. Кроме того, вокруг центрального отверстия 8 в перегородке 9 расположены несколько дополнительных отверстий 7, имеющих такой же диаметр, как и отверстия 6 и 8.The proposed device contains a fence 1 made of heat-resistant material. The guard 1 has a cross-section in the form of an ellipse describing the contour of the defect 4 on the surface of the workpiece 3. The cavity of the guard 1 is filled with an exothermic mixture 2 with a binder. A cover 5 is mounted on the upper end of the guard 1. In the upper part of the cover 5 there is a central hole 6, which serves to ignite the exothermic mixture. In the upper part of the fence 1, under the cover 5, a partition 9 is installed, made of heat-resistant material. In the center of the partition 9 there is a hole 8, the diameter of which is equal to the diameter of the hole 6 in the cover 5. In addition, around the central hole 8 in the partition 9 there are several additional holes 7 having the same diameter as the holes 6 and 8.

Такое выполнение устройства обеспечивает достижение технического результата, поскольку перегородка 9 закрывает помещенную в ограждение 1 экзотермическую смесь 2 и не позволяет нагретым частицам шлака и металла выходить сосредоточенным потоком через отверстие 6 в крышке 5. Основная часть этих частиц, выходя вместе с газами через отверстия 7 в перегородке 9 в полость крышки 5, отражается внутренней поверхностью крышки 5 и теряет часть своей кинетической энергии. В результате уменьшается давление в полости крышки 5. Лишь небольшая часть этих частиц может выходить за пределы предлагаемого устройства через центральное отверстие 8 в перегородке и отверстие 6 в крышке. Но и эти частицы вследствие понижения давления в полости крышки 5 будут обладать малой кинетической энергией. В результате разбрызгивание шлака и металла при экзотермической реакции в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом уменьшится. Это существенно улучшит условия труда рабочих при выполнении операций по заварке дефектов.This embodiment of the device ensures the achievement of a technical result, since the partition 9 closes the exothermic mixture 2 placed in the enclosure 1 and does not allow the heated particles of slag and metal to exit in a concentrated stream through the opening 6 in the lid 5. The bulk of these particles leaving the gases through the openings 7 in the partition 9 into the cavity of the lid 5 is reflected by the inner surface of the lid 5 and loses part of its kinetic energy. As a result, the pressure in the cavity of the lid 5 decreases. Only a small part of these particles can go beyond the limits of the proposed device through the central hole 8 in the partition and the hole 6 in the lid. But even these particles, due to a decrease in pressure in the cavity of the lid 5, will have low kinetic energy. As a result, the spraying of slag and metal during an exothermic reaction in the proposed device in comparison with the prototype will decrease. This will significantly improve the working conditions of workers when performing operations for welding defects.

Соосность отверстий 6 в крышке 5 и 8 в перегородке 9 обеспечивает возможность поджигания экзотермической смеси 2 в начале процесса. Расположение отверстий 7 вокруг центрального отверстия 8 в перегородке 9 способствует разбиванию общего потока продуктов горения на несколько локальных потоков. Равенство диаметров отверстий 7 и 8 выравнивает энергию каждого из локальных потоков. Все это способствует более равномерному распределению давления в полости крышки и уменьшает энергию потока, выходящего через отверстие 6 в крышке. В результате по сравнению с прототипом обеспечивается более спокойный выброс продуктов горения термитной смеси в атмосферу, что подтвердилось при экспериментальной проверке предлагаемого устройства.The alignment of the holes 6 in the cover 5 and 8 in the partition 9 provides the possibility of igniting the exothermic mixture 2 at the beginning of the process. The location of the holes 7 around the Central hole 8 in the partition 9 contributes to the breakdown of the total flow of combustion products into several local flows. Equal diameters of holes 7 and 8 equalize the energy of each of the local flows. All this contributes to a more uniform distribution of pressure in the cavity of the lid and reduces the energy of the stream exiting through the hole 6 in the lid. As a result, in comparison with the prototype, a more calm release of the combustion products of the thermite mixture into the atmosphere is ensured, which was confirmed by experimental verification of the proposed device.

Примером применения предлагаемого устройства может служить процесс заварки поверхностного дефекта на стальной детали. Для проверки эффективности предлагаемого устройства применяли цилиндрические образцы имитаторы изделия 3 (фиг.1) из стали Ст.45 диаметром 120 мм высотой 50 мм. На торце образца 3 газовым резаком выплавляли имитатор дефекта 4, который представлял собой лунку диаметром 40…50 мм и глубиной 15…20 мм.An example of the application of the proposed device can serve as the process of welding a surface defect on a steel part. To test the effectiveness of the proposed device, cylindrical samples of product simulators 3 (Fig. 1) made of steel St.45 with a diameter of 120 mm and a height of 50 mm were used. At the end of sample 3, a simulator of defect 4 was melted with a gas cutter, which was a hole with a diameter of 40 ... 50 mm and a depth of 15 ... 20 mm.

Были изготовлены 5 устройств по прототипу, состоящих из ограждения 1 и крышки 5 без перегородки 9 и 5 предлагаемых устройств с перегородкой 9, в которой были выполнены одно центральное отверстие 8 и четыре отверстия 7. В обоих случаях в крышках 5 были выполнены отверстия 6. Все отверстия имели диаметр 5 мм. Ограждения 1, крышки 5 и перегородки 9 были сделаны из формовочной земли, применяемой в литейном производстве. Ограждение 1 наполняли термитной шихтой, замешанной на жидком натриевом стекле и состоящей из алюминиевого порошка АПВ-4 (30%) и железной окалины после дробеметной очистки термообработанных стальных деталей (70%). Масса шихты во всех случаях составляла 0,2 кг.5 devices were made according to the prototype, consisting of a fence 1 and a cover 5 without a partition 9 and 5 of the proposed devices with a partition 9, in which one central hole 8 and four holes 7 were made. In both cases, holes 6 were made in the covers 5. All the holes had a diameter of 5 mm. Fences 1, covers 5 and partitions 9 were made of molding earth used in foundry. Fencing 1 was filled with a termite charge kneaded on liquid sodium glass and consisting of APV-4 aluminum powder (30%) and iron oxide after shot blasting of heat-treated steel parts (70%). The charge weight in all cases was 0.2 kg.

Каждый образец с имитатором дефекта и поставленным на дефект устройством с шихтой устанавливали на шамотовый кирпич и подогревали газопламенной горелкой до 900°C. Затем той же горелкой через отверстие 6 в крышке поджигали термитную смесь. В процессе горения смеси замеряли время горения и расстояние, на которое разлетались брызги, образующиеся в результате экзотермической реакции. После окончания процесса горения смеси и охлаждения образца разбивали молотком шлаковый каркас и производили визуальный контроль качества формирования наплавленного металла. Как с устройством по прототипу, так и с применением предлагаемого устройства формирование наплавленного металла было удовлетворительным, имитатор дефекта заполнялся металлом полностью, видимых дефектов не было.Each sample with a defect simulator and a defect device with a charge was mounted on chamotte brick and heated with a gas-flame burner to 900 ° C. Then the thermite mixture was ignited through the hole 6 in the lid with the same burner. During the combustion of the mixture, the burning time and the distance over which the spray formed as a result of the exothermic reaction were scattered were measured. After the process of burning the mixture and cooling the sample, the slag casing was broken with a hammer and visual control of the quality of the formation of the deposited metal was performed. Both with the prototype device and with the use of the proposed device, the formation of deposited metal was satisfactory, the defect simulator was completely filled with metal, there were no visible defects.

В процессе экзотермической реакции с устройством по прототипу термитная смесь вспыхивала в течение 2…3 с и полностью сгорала за 18…20 с. В процессе горения четко выделялись три стадии. Первая стадия длилась с момента воспламенения смеси в течение 5…7 с. Горение в этой стадии было бурным, наблюдалось интенсивное разбрызгивание раскаленных частиц смеси через отверстие 6 в крышке. Брызги разлетались на расстояние 3…6 м. Во второй стадии процесс становился более стабильным, количество брызг уменьшалось. Брызги разлетались на расстояние 1,5…2,0 м. Продолжительность этой стадии составляла 5…8 с, после чего она плавно переходила в третью, конечную, стадию. В третьей стадии процесс горения смеси наиболее стабилен, продолжительность ее - 3…5 с. Брызги в этой стадии разлетались не более чем на 0,5 м.In the process of exothermic reaction with the device of the prototype, the thermite mixture flared up for 2 ... 3 s and completely burned for 18 ... 20 s. In the combustion process, three stages were clearly distinguished. The first stage lasted from the moment of ignition of the mixture for 5 ... 7 s. The combustion in this stage was violent, intense spraying of the hot particles of the mixture through hole 6 in the lid was observed. Spray flew to a distance of 3 ... 6 m. In the second stage, the process became more stable, the amount of spray decreased. The spray flew to a distance of 1.5 ... 2.0 m. The duration of this stage was 5 ... 8 s, after which it smoothly passed into the third, final, stage. In the third stage, the combustion process of the mixture is most stable, its duration is 3 ... 5 s. Spray at this stage scattered no more than 0.5 m.

В результате применения предлагаемого устройства длительность процесса зажигания смеси и продолжительность ее горения не изменились. Однако резко изменились длительность и характер процесса в различных стадиях горения смеси. В первой стадии горения, продолжительностью 2…3 с, наблюдались брызги, разлетающиеся на расстояние не более 0,5 м. Вторая и третья стадия практически слились. Наблюдались отдельные брызги шлака, угасавшие в пределах круга радиусом 0,1…0,3 м, процесс горения происходил спокойно.As a result of the application of the proposed device, the duration of the process of ignition of the mixture and the duration of its combustion have not changed. However, the duration and nature of the process at various stages of the combustion of the mixture changed dramatically. In the first stage of combustion, lasting 2 ... 3 s, splashes were observed, flying to a distance of not more than 0.5 m. The second and third stages practically merged. Separate slag spatter was observed, fading within a circle with a radius of 0.1 ... 0.3 m, the combustion process was calm.

Результаты экспериментов показали, что предлагаемое устройство для ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами может быть изготовлено и применено с помощью известных в технике средств и материалов и обеспечивает технический эффект, заключающийся в резком уменьшении разбрызгивания раскаленных частиц шлака, что улучшает условия труда. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.The results of the experiments showed that the proposed device for repairing parts with open surface defects can be manufactured and applied using tools and materials known in the art and provides a technical effect consisting in a sharp reduction in the spraying of hot slag particles, which improves working conditions. Therefore, the proposed device has industrial applicability.

Claims

A device for repairing parts with open surface defects, comprising a guard made of a heat-resistant material with an elliptical cross-section that describes the defect contour on the surface of the product, and provided with a lid with a central hole for igniting the thermite mixture, the guard cavity being filled with an exothermic mixture with a binder, characterized in that in the upper part of the fence in front of the lid there is a partition made of heat-resistant material, in the center of which a hole is made, while in eregorodke openings disposed around the central opening, whose diameter is the same and equal to the diameter of the hole in the lid.