RU2494843C1

RU2494843C1 - Buildup head

Info

Publication number: RU2494843C1
Application number: RU2012114394/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Виноградов; Дмитрий Николаевич Макеев; Михаил Александрович Лутахов
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to parts reconditioning by buildup under welding compound layer. Buildup head comprises mechanisms to feed main and filler wires, current conducting element with main wire feed channel, nozzle to feed filler wire there through for doping of buildup layer. Jet and adjustment mechanism with adjustment screw are arranged at current conducting element case. Case of said adjustment mechanism contacts via insulator with filler wire feed nozzle. Extra spherical insulator is secured at nozzle end. Extra filler wire nozzle is secured on both or one side from current conducting element. Extra filler wire nozzle and current conducting element are located in one plane perpendicular to machined part rotary axis.

EFFECT: high-quality of buildup layer of preset composition and metal properties.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к сварке, в частности к наплавочным головкам для наплавки под слоем флюса, и предназначено для восстановления изношенных деталей. Изобретение относится к технологическому ремонтному оборудованию для получения различных сплавов при восстановлении изношенных деталей.The invention relates to welding, in particular to surfacing heads for surfacing under a flux layer, and is intended to restore worn parts. The invention relates to technological repair equipment for the production of various alloys when restoring worn parts.

Особенность наплавки под слоем флюса заключается в том что, дуга горит под расплавленным флюсом, эластичная оболочка которого защищает расплавленный металл электрода и детали от вредного воздействия кислорода и азота воздуха, предотвращает выгорание легирующих элементов, не позволяет разбрызгиваться расплавленному металлу. Шлаковая корка замедляет охлаждение расплавленного металла и улучшает условия для необходимых структурных превращений. В результате чего при наплавке под флюсом можно получить слой металла почти любого химического состава толщиной 0,5 мм и более. Однако данный способ восстановления имеет такой недостаток, как худшее качество наплавленного слоя по сравнению с исходным материалом, а также недостаточную твердость. В результате необходимо производить поверхностное закаливание деталей токами высокой частоты (ТВЧ) или подвергать другим видам обработки, например, химико-термическая обработка (ХТО) или поверхностному пластическому упрочнению. Так же, к недостаткам следует отнести быстрый и глубокий нагрев, что ведет к изменению физико-механических свойств и к деформации деталей, особенно малого сечения.The peculiarity of surfacing under the flux layer is that the arc burns under the molten flux, the elastic shell of which protects the molten metal of the electrode and the part from the harmful effects of oxygen and nitrogen, prevents the burning of alloying elements, and does not allow the molten metal to spatter. Slag crust slows down the cooling of molten metal and improves the conditions for the necessary structural transformations. As a result, when surfacing under flux, you can get a metal layer of almost any chemical composition with a thickness of 0.5 mm or more. However, this recovery method has such a disadvantage as a worse quality of the deposited layer compared to the starting material, as well as insufficient hardness. As a result, it is necessary to perform surface hardening of parts with high-frequency currents (HFC) or to subject to other types of processing, for example, chemical-thermal treatment (XTO) or surface plastic hardening. Also, quick and deep heating should be attributed to the disadvantages, which leads to a change in the physicomechanical properties and to deformation of parts, especially a small section.

Известна наплавочная головка (Патент РФ №44571, МПК B23K 9/04, B22D 19/10, B23P 6/00, опубликовано: 27.03.2005 г.), содержащая корпус сварной конструкции, кассету с наплавочной проволокой, подающий механизм. Так же наплавочная головка дополнительно оснащена устройством подачи присадочной проволоки аналогичным устройству подачи основного наплавочного электрода с возможностью изменения угла между продольными осями основного наплавочного электрода и присадочной проволоки в пределах от 25 до 75°. В качестве присадочной проволоки берут проволоку однотипную с основным электродом.Known surfacing head (RF Patent No. 44571, IPC B23K 9/04, B22D 19/10, B23P 6/00, published: 03/27/2005), comprising a welded structure housing, a cassette with a surfacing wire, a feeding mechanism. Also, the surfacing head is additionally equipped with a filler wire feed device similar to the main surfacing electrode feed device with the possibility of changing the angle between the longitudinal axes of the main surfacing electrode and filler wire in the range from 25 to 75 °. As a filler wire, a wire of the same type with the main electrode is taken.

Недостаток известного устройства заключается в том, что в качестве дополнительного элемента используют проволоку одинакового химического состава с основной проволокой, которая так же подается под током, что не позволяет легировать наплавленный слой. Диапазон углов не оправданно широк, так как при углах более 25° возможно недостаточное расплавление легирующей заземленной проволоки.A disadvantage of the known device is that as an additional element using a wire of the same chemical composition with the main wire, which is also supplied under current, which does not allow alloying the deposited layer. The range of angles is not justifiably wide, since at angles of more than 25 ° there may be insufficient melting of the alloying grounded wire.

Так же известно устройство для наплавки (Заявка на патент РФ №2003107608, МПК B23K 9/04, опубликовано: 20.09.2004), содержащее наплавочную головку с катушкой для наплавочной проволоки и механизмом ее подачи в зону наплавки через мундштук, механизм вертикального перемещения наплавочной головки в горизонтальной плоскости с мундштуком. Так же устройство содержит шарнир для возможности регулировки угла наклона мундштука.A device for surfacing is also known (Application for patent of the Russian Federation No. 2003107608, IPC B23K 9/04, published: September 20, 2004), containing a surfacing head with a coil for the surfacing wire and a mechanism for feeding it to the surfacing zone through the mouthpiece, a mechanism for vertical movement of the surfacing head in a horizontal plane with a mouthpiece. The device also contains a hinge for adjusting the angle of inclination of the mouthpiece.

Недостаток этого устройства в том, что оно сходно по конструкции с широко распространенными. Кроме того, возможность центрирования наплавки и регулировки бокового угла наклона мундштука не решает поставленной задачи достижения требуемых физико-механических свойств наплавленного слоя.The disadvantage of this device is that it is similar in design to widespread. In addition, the possibility of centering the surfacing and adjusting the lateral angle of inclination of the mouthpiece does not solve the problem of achieving the required physical and mechanical properties of the deposited layer.

По совокупности сходных существенных признаков за прототип заявленного технического решения может быть принято устройство по патенту US №3694620 (IPC: B23K 9/133, publ. date.: 26.09.1972). Известное устройство представляет собой наплавочный аппарат, использующий две наплавочные проволоки, подаваемые в одну горелку, и устройство подачи каждой из этих проволок в любом направлении. В данном изобретении используются два источника подачи проволоки: две катушки проволоки и два отдельных, поочередно запускаемых подающих механизма для каждой отдельной катушки. Проволоки с этих устройств подаются поочередно по двум гибким трубкам (шлангам), соединяющимся с Y-образным фитингом (тройником) двумя рукавами, а затем с электропроводным единым трубчатым корпусом или рукавом. Данный рукав соединен с каналом единой горелки, в которую подаются обе проволоки.Based on the set of similar essential features, the device according to US patent No. 3694620 (IPC: B23K 9/133, publ. Date .: 09/26/1972) can be taken as a prototype of the claimed technical solution. The known device is a surfacing apparatus using two surfacing wires supplied to one torch, and a feed device for each of these wires in any direction. Two wire feed sources are used in this invention: two wire spools and two separate, alternately triggered feed mechanisms for each individual coil. The wires from these devices are fed alternately through two flexible tubes (hoses) connected to the Y-shaped fitting (tee) by two sleeves, and then with an electrically conductive single tubular body or sleeve. This sleeve is connected to the channel of a single torch into which both wires are fed.

Недостаток этого устройства заключается в его ограниченных возможностях получения нужной твердости восстанавливаемой детали, т.к при этом необходимо использовать большое количество наплавочных проволок различного химического состава для получения нужного результата, а так же тратить время на переналадку наплавочной головки для замены проволоки.The disadvantage of this device is its limited ability to obtain the desired hardness of the restored part, because it is necessary to use a large number of surfacing wires of various chemical composition to obtain the desired result, as well as spend time on the readjustment of the surfacing head to replace the wire.

Задачей данного изобретения является повышение качества интерметаллидных покрытий применяемых для восстановления деталей наплавкой под слоем флюса.The objective of the invention is to improve the quality of intermetallic coatings used to restore parts by surfacing under a flux layer.

Технический результат заключается в повышении качества наплавленных слоев за счет повышения точности регулировки угла и расстояния до основной наплавочной проволоки, позволяющее более точно дозировать металл присадочной проволоки с получением интерметаллидных покрытий, которые можно использовать как для модификации поверхностных слоев, так и для восстановления изношенных деталей.The technical result consists in improving the quality of the deposited layers by increasing the accuracy of adjusting the angle and distance to the main surfacing wire, which allows more accurate metering of the filler wire metal to obtain intermetallic coatings, which can be used both to modify surface layers and to restore worn parts.

Поставленная задача решается тем, что в наплавочной головке, содержащей механизмы подачи основной и присадочной проволок, токопроводящий элемент с каналом подачи основной проволоки, мундштук для подачи через него присадочной для легирования наплавляемого слоя, жиклер, закрепленный на корпусе токопроводящего элемента, заявляемому техническому решению на корпусе токопроводящего элемента дополнительно закреплен регулировочный механизм, в виде корпуса с регулировочным винтом, который через изолятор контактирует с • мундштуком для подачи присадочной проволоки, на конце которого закреплен дополнительный изолятор сферической формы.The problem is solved in that in the surfacing head containing the feed mechanisms of the main and filler wires, a conductive element with a feed channel for the main wire, a mouthpiece for feeding a filler through it to alloy the deposited layer, a nozzle mounted on the housing of the conductive element, the claimed technical solution on the housing The conductive element is additionally fixed with an adjusting mechanism, in the form of a housing with an adjusting screw, which, through the insulator, contacts the • mouthpiece for chi filler wire at the end of which is fixed an additional insulator spherical shape.

Основная проволока находится под током, присадочная проволока - заземленная для легирования наплавляемого слоя. Присадочную проволоку подают непрерывно с плавной изменяемой скоростью для изменения процентного содержания элемента посредством подающего механизма. Наплавка под флюсом позволяет легировать наплавленный металл в широком диапазоне различными элементами. В связи с этим представляется возможным без термической обработки получить практически все строения микроструктур наплавленного металла, а также соответствующую им твердость и износостойкость. Причем каждая микроструктура в зависимости от того, как она получена, на основе каких легирующих элементов и их количества, может оказывать различное влияние на износостойкость.The main wire is under current, the filler wire is grounded for alloying the deposited layer. The filler wire is fed continuously with a smooth variable speed to change the percentage of the element through the feed mechanism. Submerged arc surfacing allows alloying the deposited metal in a wide range with various elements. In this regard, it is possible without heat treatment to obtain almost all the structures of the microstructures of the deposited metal, as well as the corresponding hardness and wear resistance. Moreover, each microstructure, depending on how it is obtained, on the basis of which alloying elements and their quantity, can have a different effect on wear resistance.

Изобретение поясняется чертежами и фотографиями: фиг.1 - наплавочная головка с механизмом подачи легирующей проволоки перед основной наплавочной проволокой, фиг.2 - наплавочная головка с механизмом подачи легирующей проволоки после основной наплавочной проволоки, фиг.3 - фотография наплавочной головки, выполненной по 1 варианту.The invention is illustrated by drawings and photographs: FIG. 1 — a surfacing head with an alloy wire feeding mechanism in front of the main surfacing wire; FIG. 2 — a surfacing head with an alloying wire feeding mechanism after the main surfacing wire; FIG. 3 is a photograph of a surfacing head made according to 1 embodiment .

Позициями на чертежах обозначены: 1 - токопроводящий элемент, 2 - мундштук, 3, 4 - токосъемный элемент, 5 - изолятор, 6 - регулировочная гайка, 7 - регулировочный винт, 8 - корпус, 9 - присадочная проволока, 10 - жиклер, 11 - основная проволока, 12 - крепежный винт, 13 - подающий механизм основной проволоки, 14 - дополнительный подающий механизм присадочной проволоки, 15 - катушка основной проволоки, 16 - катушка присадочной проволоки, 17 - изолятор сферической формы, 18 - обойма, L1 - ход регулировочного винта, L2 - расстояние между основной и присадочной проволоками.The positions in the drawings indicate: 1 - conductive element, 2 - mouthpiece, 3, 4 - current collector element, 5 - insulator, 6 - adjusting nut, 7 - adjusting screw, 8 - case, 9 - filler wire, 10 - nozzle, 11 - main wire, 12 - fixing screw, 13 - feed mechanism of the main wire, 14 - additional feed mechanism of the filler wire, 15 - coil of the main wire, 16 - coil of filler wire, 17 - insulator of spherical shape, 18 - clip, L1 - stroke of the adjusting screw , L2 is the distance between the main and filler wires.

Наплавочная головка содержит токопроводящий элемент 1, внутри которого выполнен канал подачи основной проволоки 11 (боуден), что позволяет наплавлять детали типа тел вращения в ограниченном пространстве при горизонтальном перемещении. Канал подачи проволоки упирается в жиклер 10, расположенный на корпусе токопроводящего элемента 1. На корпусе токопроводящего элемента 1 в вертикальном направлении закреплен посредством корпуса регулировочного механизма 8 мундштук 2 со сквозным каналом для подачи присадочной проволоки 9. Мундштук 2 закреплен с возможностью изменения величины угла от 5° до 25° между ним и токопроводящим элементом 1 посредством регулировочного механизма. При этом изменение угла между основной 11 и присадочной 9 проволоками обеспечивает выполнение требуемых характеристик наплавляемого покрытия (твердость, износостойкость), выполнение угла больше 25° - приводит к сплаву применяемых материалов, меньше 5° - к образованию механической смеси применяемых материалов. Винт 7 регулировочного механизма соединен с изолятором 5 и регулируется посредством регулировочной гайки 6, при этом весь регулировочный механизм установлен на корпусе токопроводящего элемента 1 посредством крепежного винта 12. Закручивание регулировочной гайки 6 обеспечивает перемещение мундштука 2 в корпусе 8 на расстояние L1, а в виде направляющей опоры выполнен изолятор 5. В результате изменения взаимного расположения проволок расстояние между проволоками L2 и угол уменьшаются. Выкручивание регулировочной гайки 6 обеспечивает увеличение расстояния и угла между проволоками 11 и 9 соответственно увеличиваются.The surfacing head contains a conductive element 1, inside of which a feed channel for the main wire 11 (Bowden) is made, which allows surfacing of parts such as bodies of revolution in a limited space during horizontal movement. The wire feed channel abuts against the nozzle 10 located on the housing of the conductive element 1. On the housing of the conductive element 1, the mouthpiece 2 is fixed in the vertical direction by the housing of the adjusting mechanism 8 with a through channel for feeding the filler wire 9. The mouthpiece 2 is fixed with the possibility of changing the angle from 5 ° to 25 ° between it and the conductive element 1 by means of an adjustment mechanism. At the same time, changing the angle between the main 11 and filler 9 wires ensures the fulfillment of the required characteristics of the deposited coating (hardness, wear resistance), the execution of an angle of more than 25 ° leads to the alloy of the materials used, less than 5 ° to the formation of a mechanical mixture of the materials used. The screw 7 of the adjusting mechanism is connected to the insulator 5 and is adjusted by means of the adjusting nut 6, while the entire adjusting mechanism is mounted on the housing of the conductive element 1 by means of a fixing screw 12. Tightening the adjusting nut 6 provides the movement of the mouthpiece 2 in the housing 8 by a distance L1, and in the form of a guide The insulator 5 is made of the supports. As a result of changing the mutual arrangement of the wires, the distance between the wires L2 and the angle are reduced. Unscrewing the adjusting nut 6 provides an increase in the distance and angle between the wires 11 and 9, respectively, increase.

Также заявляемое устройство содержит изолятор сферической формы 17, закрепленный между двумя пластинами на конце мундштука 2, и токосъемные элементы 3, 4, которые установлены в обойме 18. Кроме того, наплавочная головка содержит подающий механизм 13 для подачи основной проволоки 11 и дополнительный подающий механизм 14 для подачи присадочной проволоки 9 из катушек 15 и 16 соответственно. Механизмы 13 и 14 выполнены с возможностью одновременной работы.Also, the inventive device comprises a spherical insulator 17, mounted between two plates at the end of the mouthpiece 2, and collector elements 3, 4, which are installed in the holder 18. In addition, the surfacing head contains a feed mechanism 13 for feeding the main wire 11 and an additional feed mechanism 14 for feeding filler wire 9 from coils 15 and 16, respectively. The mechanisms 13 and 14 are made with the possibility of simultaneous operation.

Возможно три варианта исполнения наплавочной головки (фиг.1, фиг.2), при этом мундштук 2 закреплен: либо по обеим сторонам от токопроводящего элемента 1, либо только с одной из двух сторон от токопроводящего элемента 1. При этом мундштук 2 и токопроводящий элемент 1 расположены в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения обрабатываемой детали.There are three possible versions of the surfacing head (figure 1, figure 2), while the mouthpiece 2 is fixed: either on both sides of the conductive element 1, or only on one of the two sides of the conductive element 1. In this case, the mouthpiece 2 and the conductive element 1 are located in one plane perpendicular to the axis of rotation of the workpiece.

Наплавочная головка работает следующим образом.The surfacing head works as follows.

Основную проволоку 11 подают из катушки 15 посредством подающего механизма 13 в боуден токопроводящего элемента 1. Основная проволока 11, проходя через токопроводящий элемент 1, выходит через отверстие в жиклере 10, затем проходит через установленные на обойме 18 токосъемные элементы 3 и 4, через которые и передают ток на проволоку от дополнительного источника тока (на фиг. не показан). Далее проволоку 11 подводят к поверхности восстанавливаемой детали, при замыкании цепи зажигается дуга и происходит наплавка под флюсом. Присадочную проволоку 9 подают из катушки 16 дополнительным подающим механизмом 14 в канал мундштука 2. Закручивание регулировочной гайки 6 обеспечивает перемещение регулировочного винта 7, а, следовательно, мундштука 2 относительно токопроводящего элемента 1. Для изоляции мундштука 2 присадочной проволоки 9 на его корпусе установлен изолятор 5 и изолятор сферической формы 17, не проводящий ток, поэтому присадочная проволока 9 изолирована. Заземление присадочной проволоки 9 производят посредством изолирующих элементов 5 (выполненных, например, из керамики, многослойной резины и др.) для гарантированного отсутствия дугового разряда между присадочной проволокой 9 и сварочной ванной на поверхности восстанавливаемой детали. При введении заземленной присадочной проволоки 9 можно получить любую структуру шва, начиная с механической смеси и заканчивая сплавами, что зависит от расстояния и углами между наплавочной и легирующей проволоками.The main wire 11 is fed from the coil 15 by means of a feed mechanism 13 into the bowden of the conductive element 1. The main wire 11, passing through the conductive element 1, exits through the hole in the nozzle 10, then passes through the collector elements 3 and 4 installed on the ferrule 18, through which transmit current to the wire from an additional current source (not shown in Fig.). Next, the wire 11 is brought to the surface of the restored part, when the circuit is closed, an arc is ignited and surfacing under the flux is performed. The filler wire 9 is fed from the coil 16 by an additional feeding mechanism 14 into the channel of the mouthpiece 2. Tightening the adjusting nut 6 moves the adjusting screw 7, and, therefore, the mouthpiece 2 relative to the conductive element 1. To insulate the mouthpiece 2 of the filler wire 9, an insulator 5 is installed on its body and an insulator of spherical shape 17, non-conductive current, so the filler wire 9 is insulated. Grounding of the filler wire 9 is carried out by means of insulating elements 5 (made, for example, of ceramics, multilayer rubber, etc.) to ensure the absence of an arc discharge between the filler wire 9 and the weld pool on the surface of the restored part. With the introduction of a grounded filler wire 9, any weld structure can be obtained, starting with the mechanical mixture and ending with alloys, which depends on the distance and angles between the surfacing and alloying wires.

При выполнении мундштука 2 по фиг.1 и фиг.2 обеспечивают различные характеристики наплавочного металла (твердость, изностойкость).When performing the mouthpiece 2 in figure 1 and figure 2 provide various characteristics of the weld metal (hardness, wear resistance).

Как вариант исполнения возможно одновременное использование одной и более дополнительных присадочных проволок различного химического состава.As an embodiment, it is possible to simultaneously use one or more additional filler wires of various chemical composition.

Новым в предложенном техническом решении является то, что имеется возможность регулировать расстояние и угол между электродом основной и присадочной проволоки за счет наличия регулировочного механизма, закрепленного на корпусе токопроводящего элемента, и дополнительного изолятора сферической формы закрепленного на конце мундштука присадочной проволоки.New in the proposed technical solution is that it is possible to adjust the distance and angle between the electrode of the main and filler wire due to the presence of an adjusting mechanism fixed to the housing of the conductive element and an additional spherical insulator fixed to the end of the nozzle of the filler wire.

Claims

1. A surfacing head containing mechanisms for supplying the main and filler wires, a conductive element with a channel for supplying the main wire, a mouthpiece for feeding filler wire through it to alloy the deposited layer, a nozzle mounted on the housing of the conductive element, characterized in that the housing of the conductive element is additionally fixed adjustment mechanism in the form of a housing with an adjusting screw, which through the insulator is in contact with the mouthpiece for feeding filler wire, at the end of which o an additional insulator of spherical shape is fixed.

2. The surfacing head according to claim 1, characterized in that the mouthpiece of the additional filler wire is fixed on both sides of the conductive element or on one side of the conductive element, while the mouthpiece of the additional filler wire and the conductive element are located in the same plane perpendicular to the axis of rotation of the workpiece the details.