Оцінка впливу мокрого наплавлення на напружено-деформований стан валів

Abstract

Наплавлення є прогресивним і високопродуктивним способом відновлення зношених робочих поверхонь деталей. Однією з найбільш поширеніших технологій відновлення діаметральних розмірів валів є їх наплавлення в середовищі захисних газів. Однак при такому ремонті валів малого діаметра та великої довжини виникають суттєві деформації, та ливарні укорочення пов’язані з надмірним нагріванням в процесі наплавлення. Нерівномірне місцеве нагрівання металу при наплавленні, зміна його об’єму, внаслідок температурного розширення й структурних перетворень, обумовлюють появу зварювальних напружень і деформацій, які в низці випадків викликають зміну форми і розмірів виробу, і роблять його непридатним для подальшого використання. Особливо це відноситься до процесу наплавлення валів малого діаметра, яке часто проходить з їх нагріванням до температур вище 600 ºС. Як відомо, границя текучості сталі з підвищенням температури вище 500 ºС різко падає. В зв’язку з цим вали закріпленні у центрах отримують осьову усадку, а деталі з одностороннім закріпленням можуть деформуватись за рахунок власної ваги. Одним із методів запобігання підвищенню температури є використання різних способів охолодження, в тому числі водяного. В роботі запропоновано технологію мокрого наплавлення, яка полягає у частковому зануренні деталі у воду, що дозволяє мінімізувати нагрівання під час наплавлення, і відповідно, всі негативні наслідки пов’язані з цим. Запропонована технологія мокрого наплавлення дозволяє відновлювати деталі без їх перегріву, і як наслідок, зменшити поточні деформації на 60-70 %, а залишкові майже вдвічі. В роботі також досліджено мікроструктуру та твердість покриттів отриманих мокрим наплавленням. Покриття наплавлені низьковуглецевим дротом Св-08Г2С з додатковим обдувом вуглекислим газом мають структуру подібну атермічному мартенситу та низьку пористість. Вимірювання мікротвердості показали, що лише поверхневі шари мають порівняно високу твердість яка знижується в глиб покриття.

Welding is a progressive and highly productive way of repairing worn working surfaces of parts. One of the most widespread technologies of the reconstruction of the diameter of the shafts is their surfacing in the environment of protective gases. However, with such repairs of small diameter and longitudinal shafts there are significant deformations, and the casting shortenings are associated with excessive heating in the process of surfacing. Uneven local heating of the metal during surfacing, change in its volume, due to temperature expansion and structural transformations, cause the appearance of welding stresses and deformations, which in some cases cause changes in the shape and size of the product, and make it unfit for further use. This is especially true of the process of surfacing small diameter shafts, which often passes through their heat ing to temperatures above 600 ºС. As you know, the boundary of steel steels with a temperature rise above 500 ºС drops sharply. In this connection, the shaft fastening in the centers gets axial shrinkage, and details with one-way fastening can deform due to its own weight. One of the methods to prevent the rise in temperature is the use of various methods of cooling, including water. The paper proposes the technology of wet surfacing, which consists of partially immersing parts in water and allows to minimize heating during surfacing, and accordingly all negative consequences are connected with it. The proposed technology of wet surfacing allows the components to be restored without overheating, and as a result, reduce current deformations by 60- 70%, and the residual is almost doubled. The microstructure and hardness of the coatings obtained by wet surfacing were also studied in this work. The coatings welded with low-carbon wire Sv-08G2S with an additional blown carbon dioxide have a structure similar to athermal martensite and low porosity. Measurements of microhardness have shown that only the surface layers have relatively high hardness that goes down to the depth of the coating.

Наплавка является прогрессивным и высокопроизводительным способом восстановления изношенных рабочих поверхностей деталей. Одной из наиболее распространенных технологий восстановления диаметральных размеров валов является их наплавка в среде защитных газов. Однако при таком ремонте валов малого диаметра и большой длины возникают существенные деформации, и литейные укорочения, связанные с чрезмерным нагреванием в процессе наплавки. Неравномерный местный нагрев металла при наплавке, изменение его объема, вследствие температурного расширения и структурных преобразований, обусловливают появление сварочных напряжений и деформаций, которые в ряде случаев вызывают изменение формы и размеров изделия, и делают его непригодным для дальнейшего использования. Особенно это относится к процессу наплавки валов малого диаметра которое часто проходит с их нагревом до температур выше 600 °С. Как известно, предел текучести стали с повышением температуры выше 500 °С резко падает. В связи с этим валы закрепленные в центрах получают осевую усадку, а детали с односторонним закреплением могут деформироваться за счет собственного веса. Одним из методов предотвращения повышения температуры является использование различных способов охлаждения, в том числе водяного. В работе предложена технология мокрой наплавки, заключающаяся в частичном погружении детали в воду, что и позволяет минимизировать нагрев во время наплавки, и соответственно все негативные последствия с этим связанные. Предложенная технология мокрой наплавки позволяет восстанавливать детали без их перегрева, и как следствие, уменьшить текущие деформации на 60-70 %, а остаточные почти вдвое. В работе также исследованы микроструктуру и твердость покрытий полученных мокрой наплавкой. Покрытие, наплавленное низкоуглеродистой проволокой Св-08Г2С с дополнительным обдувом углекислым газом, имеют структуру подобную атермическому мартенситу и низкую пористость. Измерение микротвердости показали, что только поверхностные слои имеют сравнительно высокую твердость, которая снижается вглубь покрытия.