ГАЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ГОРЕЛКА ДЛЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ЧУГУНА

Заявленная полезная модель относится к устройствам для электродуговой газоэлектрической сварке и наплавке и может быть использована при ремонте (восстановлении) изделий из серого чугуна, имеющих дефекты в виде сколов, пробоин и трещин.
Известна, выбранная в качестве ближайшего аналога, газодуговая сварочная горелка, содержащая трубчатый корпус и контейнер для порошкового материала, один конец корпуса снабжен соплом, а второй конец корпуса соединен с источником инертного газа, при этом внутри корпуса соосно ему размещен канал для подачи сварочной проволоки, кроме того, контейнер для порошкового материала сообщен с соплом посредством подающей трубки, при этом ось концевой части подающей трубки, сопряженной с соплом, перпендикулярна оси сопла (Публикация патента на изобретение Германии DE 102006021727, кл. МПК B23K 9/04, опубл. 08.11.2007 г.)
Недостатком данной горелки является то, что при ее использовании из расплавленных участков свариваемого или наплавляемого изделия не удаляются марганец и кремний. Кроме того, отдельные частицы порошкового материала, подаваемые в поток инертного газа перпендикулярно направлению движения указанного потока, вылетают за пределы потока и не достигают сварочной ванны. Указанные недостатки приводят к хрупкости свариваемых или наплавляемых участков.
Техническим результатом, который может быть получен в заявленной полезной модели, является создание газоэлектрической горелки для сварки и наплавки чугуна, которая при использовании не увеличивает хрупкость свариваемых или наплавляемых участков изделия.
Технический результат достигается тем, что в газоэлектрической горелке для сварки и наплавки чугуна содержащей трубчатый корпус и контейнер для порошкового материала, один конец трубчатого корпуса снабжен соплом, при этом внутри трубчатого корпуса соосно ему размещен канал для подачи сварочной проволоки, кроме того, контейнер для порошкового материала сообщен с соплом посредством подающей трубки, второй конец трубчатого корпуса соединен с источником кислорода, а ось концевой части подающей трубки, соединенной с соплом, расположена под углом 10°-45° относительно оси сопла, кроме того, для улучшения качества перемешивания частиц порошкового материала со струей подаваемого кислорода расстояние от выходного среза сопла до центра торца концевой части подающей трубки, соединенной с соплом, составляет 5-10 мм, а для регулирования количества подачи порошкового материала контейнер для порошкового материала соединен с подающей трубкой через устройство регулирующее подачу порошкового материала.
Заявленная полезная модель поясняется при помощи фигуры, на которой представлена в разрезе газоэлектрическая горелка для сварки и наплавки чугуна.
Газоэлектрическая горелка для сварки и наплавки чугуна содержит трубчатый корпус 1 и контейнер 2 для порошкового материала. Контейнер 2 для порошкового материала может быть размещен на трубчатом корпусе 1 (как показано на фиг.) или может быть расположен отдельно от трубчатого корпуса 1.
Один конец трубчатого корпуса 1 снабжен соплом 3, при этом второй конец трубчатого корпуса 1 соединен с источником 4 кислорода и может быть снабжен рукояткой 9 (как показано на фиг.) или может иметь постоянное поперечное сечение. Источник 4 кислорода может быть выполнен, например, в виде баллона с кислородом или в виде трубопровода подающего кислород. Внутри трубчатого корпуса 1 соосно ему размещен канал 5 для подачи сварочной проволоки, по которому подается сварочная проволока для сварки или наплавки. Внутри рукоятки 9 могут быть размещены, например, устройство 10 регулирующее подачу кислорода, выполненное, например, в виде клапана, и источник 11 питания соединенный с каналом 5 для подачи сварочной проволоки для подачи электрического питания на сварочную проволоку, а также устройство 14 подачи проволоки. При этом на внешней поверхности рукоятки размещен выключатель 12, который взаимодействует с устройством 10 регулирующим подачу кислорода, источником 11 питания и устройством 14 подачи проволоки. Кроме того, устройство 10 регулирующее подачу кислорода, источник 11 питания, устройство 14 подачи проволоки могут быть размещены не в газоэлектрической горелки для сварки и наплавки чугуна, а вне ее. Например, устройство 10 регулирующее подачу кислорода может быть установлено на выходе источника 10 кислорода, источник 11 питания может быть электрической сетью соединенной с каналом 5 для подачи сварочной проволоки посредством проводов, а устройством 14 подачи проволоки может быть установлено на самостоятельной опоре и подавать проволоку из бухты или катушки.
Контейнер 2 для порошкового материала сообщен с соплом 3 посредством подающей трубки 6, которая может быть непосредственно соединена с контейнером 2 для порошкового материала или может быть соединена с контейнером 2 для порошкового материала через устройство 7 регулирующее подачу порошкового материала (выполненное в виде, например, инжекторного питателя), управляемое, например, рычагом 8. Устройство 7 регулирующее подачу порошкового материала может быть введено в газоэлектрическую горелку для сварки и наплавки чугуна для регулирования количества подачи порошкового материала, хотя его наличие необязательно.
Ось концевой части 13 подающей трубки 6, соединенной с соплом 3, расположена под углом 10°-45° относительно оси сопла 3. Кроме того, расстояние от выходного среза сопла 3 до центра торца концевой части 13 подающей трубки 6, соединенной с соплом 3, составляет 5-10 мм.
Газоэлектрическая горелка для сварки и наплавки чугуна работает следующим образом.
Заполняют контейнер 2 для порошкового материала порошковым материалом. При помощи выключателя 12 или иного выключателя (если газоэлектрическая горелка для сварки и наплавки чугуна не снабжена рукояткой 9 с выключателем 12, устройством 10 регулирующим подачу кислорода, источником 11 питания и устройством 14 подачи проволоки) включают газоэлектрическую горелку для сварки и наплавки чугуна. При этом включается устройство 14 подачи проволоки и начинает подавать низкоуглеродистую присадочную проволоку по каналу 5 для подачи сварочной проволоки в направлении сопла 3, также включается источник 11 питания и начинает подавать электрическое питание на канал 5 для подачи сварочной проволоки и на саму низкоуглеродистую присадочную проволоку. Кроме того, при помощи выключателя 12 или иного выключателя включается устройство 10 регулирующее подачу кислорода и кислород от источника кислорода подается внутрь корпуса 1.
После того, как низкоуглеродистая присадочная проволока соприкоснется с изделием, загорается электрическая дуга, а на поверхности изделия образуется сварочная ванна расплавленного металла. В тоже время при помощи рычага 8 включают устройство 7 регулирующее подачу порошкового материала и порошковый материал поступает в подающую трубку 6 и по подающей трубке 6 порошковый материал попадает в сопло 3. Использование устройства 7 регулирующего подачу порошкового материала необязательно, при этом порошковый материал будет постоянно равномерно подаваться в подающую трубку во время работы газоэлектрической горелки для сварки и наплавки чугуна. Поток порошкового материала под углом 10°-45° входит в поток кислорода. При этом частицы порошкового материала не вылетают за пределы потока кислорода. Для того, чтобы не произошло сдувание потока порошкового материала в сторону потоком кислорода следует центр торца концевой части 13 подающей трубки 6 размещать на расстоянии 5-10 мм от среза сопла 3. Далее поток порошкового материала, перемешенный с потоком кислорода, достигает образовавшейся сварочной ванны расплавленного металла.
Попадающий в сварочную ванну расплавленного металла кислород, значительно повышает температуру расплавленного метала, вступает во взаимодействие с составными элементами чугуна - углеродом, марганцем и кремнием, образуя их окислы, которые выводятся из сварочной ванны расплавленного металла в виде шлаков и газов, что позволяет не увеличивать хрупкость свариваемых или наплавляемых участков изделия.
В качестве порошкового материала используются порошковые металлические материалы - графитизаторы или карбидообразующие элементы, которые при отверждении сварочной ванны расплавленного металла преобразуют пластинчатый графит чугуна в хлопьевидный и шарообразный, что позволяет не увеличивать хрупкость свариваемых или наплавляемых участков изделия. Если отдельные частицы порошкового материала будут вылетать за пределы потока кислорода, направленного непосредственно на сварочную ванну расплавленного металла, процесс преобразования пластинчатого графита чугуна в хлопьевидный и шарообразный принимает неравномерный характер, что приводит к увеличению хрупкости свариваемых или наплавляемых участков изделия.
Были проведены испытания заявленной газоэлектрической горелки для сварки и наплавки чугуна. При этом на образцах из чугуна СЧ 21-40 ГОСТ 1412, имеющих размеры 30 мм × 40 мм × 10 мм выполнялась наплавка со следующими параметрами:
- сила сварочного тока 90-100 А;
- напряжение сварочной дуги 25-27 В;
- скорость подачи сварочной проволоки Св-08Г2С - 3-3,5 м/мин;
- расход порошка (порошкового материала) ПГ12Н-01 - 20-100 г/мин;
- расход кислорода 0,5-2,04 л/мин.
Наплавленные участки были исследованы и результаты исследований показали, что пористость наплавленных участков составила до 10-12% при отсутствии цементита в структуре. Результаты химического анализа показали, что доля участия основного металла (чугуна, из которого изготовлены образцы) составляет 0,31-0,34, сварочной проволоки - 0,4-0,46, а порошка - 0,23-0,25. Микроструктурный анализ шлифов выявил четкую границу сплавления с небольшими участками зерен цементита. Наплавленные участки представляют собой легированную сталь с содержанием углерода 0,75-0,8%. Указанные участки имеют равновесную структуру мелкопластинчатого перлита с мелкодисперсными выделениями графита.
Приведенные выше результаты испытаний подтверждают, что за счет того, что в газоэлектрической горелке для сварки и наплавки чугуна второй конец трубчатого корпуса соединен с источником кислорода, а ось концевой части подающей трубки, соединенной с соплом, расположена под углом 10°-45° относительно оси сопла, при использовании газоэлектрической горелки для сварки и наплавки чугуна не увеличивает хрупкость свариваемых или наплавляемых участков изделия.