RU2679032C1 - Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла - Google Patents
Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679032C1 RU2679032C1 RU2018103631A RU2018103631A RU2679032C1 RU 2679032 C1 RU2679032 C1 RU 2679032C1 RU 2018103631 A RU2018103631 A RU 2018103631A RU 2018103631 A RU2018103631 A RU 2018103631A RU 2679032 C1 RU2679032 C1 RU 2679032C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- deposited
- bimetallic
- arc
- carried out
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллического сопла с применением наплавки его рабочей полости. Осуществляют механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Получают наплавленный слой толщиной от 1 до 2 мм. Затем проводят газолазерную резку наплавленного металла со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт с формированием рабочей полости сопла. Затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин. Способ позволяет увеличить твердость и износостойкость наплавленных рабочих частей. 4 ил., 9 пр.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к разработке способа изготовления биметаллических сопел с применением наплавки рабочей полости быстрорежущей сталью, дополнительно легированной бором. Изобретение может найти применение в ресурсо- и энергосберегающем процессе изготовления биметаллических сопел, работающих при повышенном абразивном износе, оснащенных наплавленной рабочей частью из быстрорежущей стали, дополнительно легированной бором.
Известен способ изготовления электрически нагреваемой распылительной форсунки, указанный в патенте на изобретение №2559652, включающий нанесение на стенки проточного канала защитного покрытия. Защитное покрытие представляет собой слой на основе оксида кремния с добавкой одного или нескольких редкоземельных элементов, легированного благородным металлом. Покрытие такого типа можно нанести, например, путем напыления или в виде покрывающего порошка и термообработать при обжиге [RU №2559652, кл. F02M 53/06, F23D 11/44, F02M 31/125, В05В 1/24, Н05В 3/42, 20.08.2015].
Недостатком данного способа является высокая стоимость форсунки, изготовленной по данной технологии. Она обусловлена использованием керамических деталей, которые обладают высокой твердостью и износостойкостью, но сложны в изготовлении и крайне дороги. На стоимость также существенное влияние оказывает применение технологии напыления защитного покрытия и использование в покрытии редкоземельных металлов.
Известен способ изготовления камеры предварительного смешивания топливного инжектора газовой турбины, указанный в патенте на изобретение №2630067, включающий предварительную механическую обработку заготовки, дальнейшую лазерную наплавку защитного покрытия при одновременном вращении заготовки. При лазерной наплавке с помощью сфокусированного лазерного луча расплавляют нанесенный исходный материал и тонкий слой материала основания заготовки. После чего заготовку с защитным покрытием подвергают механической обработке для получения необходимой формы и размера [RU №2630067, кл. F02C 7/22, B23K 26/00, 05.09.2017].
Недостатком данного способа является низкая износостойкость и твердость наплавленного лазером рабочего слоя, а также сложность технологического процесса изготовления инжектора из-за необходимости использования специализированного оборудования для лазерной наплавки и дорогостоящего сырья для ее осуществления.
Известен способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента, включающий механическую и термическую обработку заготовки, дуговую наплавку при токе от 50 до 56 А и напряжении дуги от 5 до 6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с формированием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм. После наплавки проводят упрочняющую чеканку наплавленного металла. И далее выполняют локальный отпуск наплавленной заготовки при температуре от 520 до 540°C [RU №2627837, кл. В23Р 15/28, C21D 8/00, C21D 9/22, C21D 7/13, B23K 9/04, 11.08.2017].
Недостатком данного способа является низкая твердость и износостойкость наплавленного рабочего слоя. Кроме того, при помощи упрочняющей чеканки невозможно придать необходимую форму отверстию рабочей полости сопла. В результате указанного способа получают малую глубину отверстия рабочей полости сопла, однако для увеличения глубины рабочей полости необходимо наплавить более толстый слой, что приводит к излишним затратам энергии и сырья.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка ресурсо- и энергосберегающего способа, позволяющего изготавливать износостойкое биметаллическое сопло, работающее при жестких условиях абразивного износа.
Техническим результатом изобретения является увеличение твердости и износостойкости его наплавленных рабочих частей, а также упрощение технологического процесса и снижение стоимости готового изделия за счет использования более дешевого и доступного сырья и оборудования.
Поставленная проблема и технический результат достигаются тем, что способ изготовления износостойкого биметаллического сопла включает механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм, после чего проводят газолазерную резку наплавленного металла с формированием рабочей полости сопла, которую осуществляют со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт, а затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин.
Выполнение дуговой наплавки быстрорежущей сталью позволяет сформировать износостойкий слой на рабочей поверхности сопла необходимой конфигурации при условии энерго- и ресурсосбережения. Кроме того, данная технология из-за простоты и распространенности зачастую не требует покупки специализированного дорогостоящего оборудования и поиска конкретных специалистов.
Легирование быстрорежущих сталей бором способствует повышению их твердости, прочности и препятствует абразивному износу, существенно повышает их теплостойкость и вторичную твердость. Это позволит сформировать рабочую полость сопла повышенной стойкости, способную эффективно сопротивляться абразивному износу в процессе эксплуатации.
При проведении газолазерной резки наплавленного металла формируется рабочая полость сопла необходимой формы. Применение газолазерной резки наплавленной быстрорежущей стали, легированной бором, является одним из самых доступных и экономически эффективных способов резки, позволяющих избежать трудностей, связанных с обработкой данного материала. При увеличении мощности лазерного излучения более 5000 Вт ширина прореза увеличивалась, время затвердевания сплава возрастало, также увеличивалось налипание грата на нижнюю кромку, что приводило к усложнению дальнейшей механической обработки сопла. При мощности лазерного излучения меньше 4000 Вт процесс резки не происходил, так как лазерный луч не в состоянии прорезать материал. При превышении скорости газолазерной резки 2500 мм/мин наблюдали формирование грата, что существенно ухудшает качество поверхности отверстия рабочей полости сопла. При недостаточно высокой скорости резки (менее 2300 мм/мин) происходило выгорание легирующих элементов и формирование обширной зоны термического влияния, что негативно сказывалось на эксплуатационных характеристиках (твердость, прочность, износостойкость и коррозионная стойкость) биметаллического наплавленного сопла. Выбор защитного газа, его давления, а также позиции фокуса зависит от разрезаемых материалов, а также от выбранной ранее мощности излучения.
Выполнение отпуска путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи в течение 40-50 мин позволяет исключить разупрочнение корпуса заготовки инструмента и обеспечивает повышение твердости наплавленного металла. Уменьшение времени нагрева ниже 40 мин приводит к снижению твердости наплавленного металла, а повышение времени более 50 мин - к разупрочнению материала корпуса инструмента.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен эскиз заготовки сопла, выполненной из конструкционной стали 30ХГСА. Заготовка была подвергнута закалке и низкотемпературному отпуску. После на заготовку осуществляли наплавку валика быстрорежущей стали, легированной бором (см. фиг. 2 поз. 1). Далее заготовку биметалла подвергали газолазерной резке, после чего в ней было получено отверстие требуемой формы и размеров (см. фиг. 3 поз. 1). Благодаря легированию быстрорежущей стали бором на корпус сопла в результате газолазерной резки удалось нанести тонкий слой износостойкого материала (см. фиг. 3 поз. 2). На фиг. 4 представлен эскиз сопла, прошедшего окончательную механическую обработку.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
Из низколегированной среднеуглеродистой конструкционной стали 30ХГСА ГОСТ4543-71 изготовили корпус сопла. Заготовку сопла подвергли закалке (860°C) и низкотемпературному отпуску (200°C) для достижения высокого уровня механических свойств и в т.ч. прочности и твердости.
Дуговую наплавку рабочей части сопла выполняли порошковой проволокой диаметром 1,2 мм по химическому составу близкой к быстрорежущей стали Р2М8, на токе 55 А и напряжении дуги 5,5 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Толщина наплавленного слоя быстрорежущей стали, легированной бором, составляла 1…2 м.
Газолазерную резку проводили со скоростью 2300 мм/мин, мощностью 4000 Вт, позицией фокуса +5,7 и давлении защитного газа (азота) 12 атм.
Для снятия остаточных напряжений в заготовке сопла и повышения вторичной твердости наплавленной быстрорежущей стали, легированной бором, проводили объемный отпуск, который выполняли в печи с нагревом наплавленных заготовок до 520…540°C в течение 40 мин.
Затем выполняли механическую обработку заготовок биметаллических сопел (шлифовка в соответствии с требованиями ТУ).
Пример 2
Пример проводили аналогично примеру 1, но при дуговой наплавке не использовали управление процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока. Для наплавки валика диаметром 15 мм на предварительно закаленную и отпущенную заготовку конструкционной стали использовали схему переноса электродного металла в дуге на постоянном токе, при этом величина сварочного тока составила 80 А и напряжении дуги 14 В. При этом энергозатраты на наплавку валика быстрорежущей стали, легированной бором, составили 11…12 кДж. Высота валика составила 4…5 мм, что увеличивает толщину лазерного реза, а также приводит к перерасходу дорогостоящей быстрорежущей стали.
Пример 3
Пример проводили аналогично примеру 1, но для дуговой наплавки валика диаметром 15 мм на предварительно закаленную и отпущенную заготовку конструкционной стали использовались следующие параметры: сила тока составила 55 А, напряжение 5 В. При данных режимах валик наплавили с энергозатратами 7…8 кДж. После сравнения полученных значений энергозатрат с примером 2 было доказано повышение энергоэффективности дуговой наплавки с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока и снижении величины тепловложения по сравнению со схемой переноса электродного металла в дуге на постоянном токе.
Пример 4
Пример проводили аналогично примеру 1, но при токе 80 А и напряжении дуги 14 В. Данные режимы привели к образованию валика быстрорежущей стали большой толщины (3…4 мм), что также как и в примере 2 приводит к перерасходу дорогостоящей быстрорежущей стали, а также электроэнергии.
Пример 5
Пример проводили аналогично примеру 1, но при токе 30 А и напряжении дуги 5 В.
Наблюдали разбрызгивание металла, высокую волнистость, наличие участков с несплавлением между конструкционной сталью корпуса сопла и быстрорежущей сталью, легированной бором.
Пример 6
Пример проводили аналогично примеру 1, но с мощностью 6000 Вт.
Произошло существенное ухудшение качества рабочей поверхности и образование грата.
Пример 7
Пример проводили аналогично примеру 1, но с мощностью 2000 Вт. Осуществить газолазерную резку заготовки биметаллического сопла не удалось.
Пример 8
Пример проводили аналогично примеру 1, но со скоростью 3000 мм/мин. Произошло существенное ухудшение качества рабочей поверхности сопла, образовался грат.
Пример 9
Пример проводили аналогично примеру 1, но со скоростью 1500 мм/мин.
Наблюдали перегрев наплавленного металла и металла корпуса сопла, что приводило к короблению, а также к выгоранию легирующих элементов.
На основании выполненной работы можно сделать вывод, что поставленная проблема, а именно разработка ресурсо- и энергосберегающего способа, позволяющего изготавливать износостойкое биметаллическое сопло, работающее при жестких условиях абразивного износа, выполнена успешно. Предлагаемый способ позволяет существенно повысить твердость и износостойкость наплавленной рабочей полости сопла, сформировать рабочую полость с выходным отверстием требуемой формы и размеров при условии экономии сырья и энергии. Способ позволяет наладить производство наплавленных биметаллических сопел на малых предприятиях ввиду простоты технологии, а также доступности сырья и оборудования.
Производственные испытания сопел при жестком абразивном износе показали высокие эксплуатационные характеристики. Износ рабочих частей сопел уменьшился.
Изготовлена опытно-промышленная партия сопел. Предлагаемое изобретение находится на стадии лабораторно-исследовательских испытаний.
Claims (1)
- Способ изготовления износостойкого биметаллического сопла, включающий механическую и термическую обработку заготовки корпуса сопла, дуговую наплавку быстрорежущей стали, легированной бором, на рабочую часть сопла при токе 50-56 А и напряжении дуги 5-6 В с управлением процессом переноса электродного металла в дуге посредством импульсной подачи проволоки и синхронизированного с ней импульсного режима тока с образованием наплавленного слоя толщиной от 1 до 2 мм, после чего проводят газолазерную резку наплавленного металла с формированием рабочей полости сопла, которую осуществляют со скоростью 2300-2500 мм/мин при мощности лазерного излучения 4000-5000 Вт, а затем выполняют отпуск наплавленной биметаллической заготовки путем однократного нагрева наплавленной биметаллической заготовки в печи при температуре от 520 до 540°C в течение 40 мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103631A RU2679032C1 (ru) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018103631A RU2679032C1 (ru) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679032C1 true RU2679032C1 (ru) | 2019-02-05 |
Family
ID=65273766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018103631A RU2679032C1 (ru) | 2018-01-30 | 2018-01-30 | Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679032C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000020749A1 (en) * | 1998-10-02 | 2000-04-13 | Volvo Aero Corporation | Method for manufacturing outlet nozzles for rocket engines |
RU2539499C1 (ru) * | 2013-06-03 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Способ изготовления наплавленного режущего инструмента |
RU2559652C2 (ru) * | 2009-10-15 | 2015-08-10 | БоргВарнер БЕРУ Системс ГмбХ | Электрически нагреваемая распылительная форсунка |
RU2627837C1 (ru) * | 2016-02-24 | 2017-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента |
-
2018
- 2018-01-30 RU RU2018103631A patent/RU2679032C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000020749A1 (en) * | 1998-10-02 | 2000-04-13 | Volvo Aero Corporation | Method for manufacturing outlet nozzles for rocket engines |
RU2559652C2 (ru) * | 2009-10-15 | 2015-08-10 | БоргВарнер БЕРУ Системс ГмбХ | Электрически нагреваемая распылительная форсунка |
RU2539499C1 (ru) * | 2013-06-03 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Способ изготовления наплавленного режущего инструмента |
RU2627837C1 (ru) * | 2016-02-24 | 2017-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6843866B2 (en) | Process for producing wear-resistant surface layers | |
CN100503130C (zh) | 自动送粉激光感应复合熔覆方法及装置 | |
CN106498389B (zh) | 基于多焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆装置 | |
CN110216430B (zh) | 一种空心齿轮轴的加工方法 | |
CN104946995B (zh) | 一种轿车发动机用耐高温排气门 | |
CN103014249B (zh) | 一种大幅度提高RuT300表面硬度的激光熔凝淬火工艺 | |
CN110923700A (zh) | 一种钢表面涂层、制备方法及装置 | |
CN112719598B (zh) | 一种Al-Si涂层热成型钢双摆动激光焊接方法 | |
CN109207905B (zh) | 基于扫描振镜的激光氮化分区制备钛合金叶片防水蚀层的方法及装置 | |
IL46078A (en) | Method of case-alloying metals such as steel or cast iron | |
CN105154876A (zh) | 废旧铸钢走轮再制造方法 | |
CN104593785A (zh) | 一种钢制汽车配件热锻模表面强化方法 | |
CN110158010B (zh) | 一种基于热喷涂和感应熔覆技术的轴类零件制备方法 | |
CN109048054B (zh) | 一种多轴激光-磨料水射流精密抛光同步加工方法 | |
RU2627837C1 (ru) | Способ изготовления наплавленного биметаллического режущего инструмента | |
RU2679032C1 (ru) | Способ изготовления наплавленного биметаллического сопла | |
RU2641444C2 (ru) | Способ механической обработки стальной заготовки с дроблением стружки | |
CN109514058B (zh) | 一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法 | |
RU2708715C1 (ru) | Способ гибридной лазерно-дуговой наплавки изделия из металла | |
CN104895638B (zh) | 一种汽车发动机进气门 | |
Zenker et al. | Electron beam surface hardening | |
RU2539499C1 (ru) | Способ изготовления наплавленного режущего инструмента | |
CN103498148A (zh) | 一种用于穿孔顶头表面的激光熔覆方法 | |
CN101664848A (zh) | 一种热剪切模具的剪切刃堆焊工艺 | |
RU2707005C1 (ru) | Способ лазерного восстановления режущей кромки зубьев фрезы |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210131 |