Повышение работоспособности быстроизнашивающихся деталей оборудования наплавкой

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2000 р. Вип.№10

УДК 621.791.92

Матвиенко В.Н.1, Гулаков C.B.2

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ БЫСТРОИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ НАПЛАВКОЙ

Рассмотрены результаты научно-исследовательской и производственной деятельности ОНИЛ наплавки кафедры ОиТСП по решению проблемы повышения работоспособности быстроизнашивающихся деталей оборудования наплавкой. Проанализированы наиболее современные технологии, оборудование и материалы, разработанные лабораторией и освоенные для наплавки износостойких слоев металла в производственных условиях.

В 60-е годы под руководством профессора, д-ра техн. наук Багрянского КВ. серьезное развитие получила научная деятельность кафедры "Оборудование и технология сварочного производства" (ОиТСП), направленная на создание новых способов, оборудования и материалов для сварки и наплавки, исследование свойств сварных и наплавленных изделий Для реализации этих задач в 1971 г. создана и успешно работает в настоящее время отраслевая научно-исследовательская лаборатория (ОНИЛ) наплавки, которая специализируется в разработке и внедрении новых технологий, оборудования и материалов преимущественно в области черной металлургии.

Руководили лабораторией ученые кафедры - профессора, д-ра техн. наук Багрянский КВ. и Лещинский Л.К. В настоящее время возглавляет лабораторию доцент кафедры ОиТСП, канд. техн. наук Матвиенко ВН. Огромную помощь ОНИЛ наплавки, как подразделению кафедры, в проведении научно-исследовательских работ, в организационных вопросах оказывает ее заведующий - академик Высшей школы Украины, профессор, д-р техн. наук Роянов В.А.

По результатам проводимых научно-исследовательских работ в ОНИЛ наплавки было подготовлено и защищено три докторские (С.В.Гулаков, Л.К.Лещинский и В.И.Щетинина) и 9 кандидатских (Л.К. Лещинский, Ю. В. Белоусов, С.В.Гулаков, С.С.Самотугин, В.П.Лаврик, В.Н.Матвиенко, Г.Г.Псарас, Ф.С.Домбровский, В.П.Иванов) диссертаций, подготовлены и изданы три монографии, созданы новые наплавочные материалы, технологии, оборудование, новизна которых подтверждена более 150 авторскими свидетельствами на изобретение и патентами. За годы своего существования ОНИЛ наплавки внедрила в промышленность более 50 научно-исследовательских работ. Большинство их выполнено на уровне изобретений. Результаты многих исследований завершаются оригинальным техническим решением, которые оформляются заявками на изобретения.

Сотрудники лаборатории участвуют в обучении студентов по специальностям 7.092304 "Оборудование и технология повышения износостойкости и восстановления деталей машин" и 7.092303 "Автоматизированные электросварочные процессы и установки".

ОНИЛ наплавки как научно-исследовательская лаборатория успешно решает разнообразные актуальные задачи по восстановлению и упрочнению деталей оборудования. Основным направлением в работе лаборатории является решение проблемы повышения работоспособности, улучшения эксплуатационных характеристик рабочего инструмента и деталей прокатного, металлургического и энергетического оборудования, подверженных интенсивному изнашиванию в процессе эксплуатации, а именно: разработка рациональных конструкций рабочих слоев с новым комплексом свойств рабочей поверхности прокатных валков и роликов МНЛЗ; техники и технологии наплавки; наплавочных экономнолегированных материалов; технологии

1 ПГТУ. канд. техн. наук, доц.

2 ПГТУ, д-р техн. наук, проф.

плазменного поверхностного упрочнения; механического и автоматизированного оборудования, нестандартного (основного и вспомогательного) оборудования для реализации поставленных задач.

Лаборатория с самого своего возникновения направила максимум усилий на установление тесной связи с производством. Большой экономический эффект получен в результате внедрения научных разработок по восстановлению и упрочнению рабочего инструмента - валков прокатных станов слябинг-1150 и непрерывного широкополосного стана (НШС) 1700 горячей прокатки, бандажированных опорных валков толстолистового стана (ТЛС) 3000, валков пиль-герстана, роликов МНЛЗ и другого оборудования металлургических комбинатов им. Ильича и "Азовсталь". С этой целью сотрудниками ОНИЛ разработаны, созданы и введены в эксплуатацию специализированные высокопроизводительные наплавочные участки в ЛГЩ-4500, ТЛС-3000 и цехе слябинг-1150 комбината им. Ильича, оснащенные всем комплексом оборудования, необходимого для реализации разработанных технологий.

На действующих наплавочных участках совместно с сотрудниками комбината осваиваются новые технологии и материалы, позволяющие повысить производительность процесса наплавки, работоспособность восстанавливаемых деталей, производительность прокатных станов, снизить расход валков, улучшить качество проката, т.е. улучшить экономию металла, сырьевых и энергетических ресурсов.

Исследования по изысканию новых наплавочных материалов лаборатория проводит с первых лет своей организации. Для наплавки износостойких слоев металла при изготовлении и упрочнении крупногабаритных стальных деталей оборудования горячей прокатки (опорных и рабочих валков листопрокатных и обжимных станов, роликов рольгангов и др.) разработана серия легирующих керамических флюсов марки ЖСН (ЖСН-5, ЖСН-5Р, ЖСН-7); для наплавки валков сортопрокатных и пилигримовых станов разработаны порошковые проволоки ПП-8ЖН и ПП-35ЖН, обладающие самоприспосабливаемостью к условиям эксплуатации, т.е. улучшению служебных характеристик при жестких режимах работы. Успешное выполнение многих работ стало возможным благодаря освоению промышленного производства данных наплавочных материалов на Днепропетровском метизном заводе. При разработке материалов ОНИЛ наплавки тесно сотрудничает с кафедрой материаловедения нашего университета. С целью улучшения снабжения наплавочных участков электродным материалом разработан состав и освоена технология производства в условиях ММК им. Ильича легированной наплавочной холоднокатанной ленты.

Усилиями сотрудников ОНИЛ впервые разработана технология наплавки валков из высокоуглеродистых сталей 50ХН, 60ХН, 75ХМ, 90ХФ, которые ранее считались неподдающимися наплавке: определены температурный режим наплавки, условия формирования свойств наплавленного слоя, характеристики применяемых наплавочных материалов. Многолетний опыт эксплуатации прокатных валков обжимных станов металлургических комбинатов им. Ильича, "Запорожсталь" и "Криворожсталь", рабочих и опорных валков НШС горячей прокатки на металлургических комбинатах им. Ильича, Ново-Липецком и Череповецком подтвердил высокую эффективность предложенных материалов и технологии.

Разработаны и освоены конструкции наплавленных слоев с изменяющейся по длине, глубине и по поверхности бочки валка износостойкостью, позволяющие не только повысить производительность прокатных станов и работоспособность валков, но и улучшить качество проката, увеличить выход годного металла, снизить отходы на обрезь, уменьшить пробуксовки и сгладить пиковые нагрузки на главный привод обжимного стана. Получаемая при этом рабочая поверхность обладает уникальным комплексом свойств: равноизнашивание поверхности независимо от нагрузки, изнашивание по требуемому закону, получение квазикомпозитных сплавов в малых и больших объемах. При разработке конструкций наплавленного рабочего слоя и технологии его нанесения учитывали два направления оптимизации его служебных характеристик.

• повышение работоспособности наплавленного слоя за счет обеспечения программируемого характера изнашивания, повышения разгаростойкости, износостойкости, устранения отколов ит.п.;

• создание конструкций наплавленного рабочего слоя с принципиально новым или улучшенным комплексом эксплуатационных свойств.

Разработаны технологии, позволяющие изготавливать прокатные валки с различными рабочими слоями: рабочий слой, состоящий из чередующихся в шахматном порядке участков из материалов с различным уровнем твердости, пластичности, износостойкости; рабочий слой, состоящий из наплавленных валиков, отдельные участки которых определенным образом сориентированы по отношению друг к другу, что обеспечивает высокую стойкость рабочей поверхности к воздействию циклических теплосмен за счет торможения развития трещин разгара, а также неизменные условия захвата металла в течение всего периода эксплуатации. Для наплавки предложенных конструкций разработаны новые способы наплавки, наплавочные материалы, автоматизированное оборудование, позволяющее управлять характером легирования наплавляемого металла и траекторией перемещения электрода в процессе наплавки рабочего слоя, а также адаптивно изменять свою структуру для реализации задач управления процессом наплавки в оптимальном режиме. Для регистрации и контроля температурного режима наплавляемых изделий в лаборатории разработан малогабаритный контактный электронный термоиндикатор (ТЭК), позволяющий фиксировать температуру поверхности металла в диапазоне 100-750 иС.

В лаборатории создана система автоматизированного проектирования (САПР) технологических процессов наплавки деталей металлургического оборудования, повышающая эффективность проектирования наплавленного слоя сложной конфигурации с использованием компьютерной технологии.

В деятельности лаборатории с самого ее основания одним из главных направлений было совершенствование технологии широкослойной наплавки, с точки зрения повышения ее производительности и качества. Разработаны и реализованы способы наплавки ленточным электродом, обеспечивающие надежное сплавление восстанавливаемого слоя при минимальных значениях доли участия основного металла, путем перераспределения воздействия источника нагрева по фронту плавления, управления массопереносом расплавленного металла и формообразованием сварочной ванны. Эффект достигается профилированием ленточного электрода, а также изменением положения и соотношения массовых скоростей подачи нескольких ленточных электродов. Например, наплавка двумя ленточными электродами обеспечивает повышение производительности процесса до 30-5-32 кг/ч при высоком качестве наплавленного слоя и незначительной (7-5-8 %) доле участия основного металла в наплавленном .

Для реализации способа наплавки профилированным ленточным электродом спроектирована и изготовлена в условиях опытного завода НПО ЦНИИТМАШ (г.Москва) партия устройств для подачи и одновременного профилирования ленты, показавших высокую надежность при эксплуатации в производственных условиях завода энергетического машиностроения (г. Чехов, Россия), ПО "Атоммаш" (г. Волгодонск, Россия), Донецкого, Ново-Липецкого и Кон-стантиновского металлургических заводов, комбината им. Ильича и др.

В ОНИЛ наплавки созданы специальные методики и установки для изучения и исследования особенностей процессов наплавки и для испытания основных свойств наплавленного металла: технологическая прочность; стойкость к образованию горячих и холодных трещин, к замедленному разрушению; прочность в рабочем диапазоне температур; твердость при повышенных температурах; сопротивляемость термической усталости; износостойкость при повышенных температурах; контактная усталость и др., которые также успешно используются сотрудниками кафедр ПГТУ и других научно-исследовательских и учебных учреждений.

Результаты исследований свойств наплавочных материалов и технологий неоднократно проверены при наплавке многих типов прокатных валков, изготовленных из различных видов легированной стали, и доказали технические и экономические преимущества научных разработок.

Новизна и приоритет научных разработок ОНИЛ наплавки защищены авторскими свидетельствами СССР и патентами России, США, Англии, Франции, Швеции, Германии и других стран.

В развитие как самой лаборатории, так и отдельных научных направлений, обеспечивших высокую эффективность разработок значительный вклад внести научные сотрудники: Белоусов Ю.В., Заварика Н.Г., Иванов В.П., Ковальчук A.B., Лаврик В.П., Малинов Л.С, Носовский Б.И., Олдаковский А.И., Пирч И.И., Псарас ГГ., Рыжов Н.Ф., Самотугин С.С, Степнов К.К., Щетинина В.И. и другие.

Выводы

Наплавка - перспективный, постоянно развивающийся технологический процесс восстановления и упрочнения деталей оборудования, различные варианты которого дают неограниченные возможности улучшения эксплуатационных свойств и качества рабочей поверхности, что подтверждено многолетней научной и производственной деятельностью ОНИЛ наплавки.

ОНИЛ наплавки имеет достаточное техническое оснащение и квалифицированный инженерно-технический и научный персонал для решения конкретных задач производства. Пользуясь услугами ОНИЛ предприятия могут избежать затрат, связанных с созданием подобных служб и с издержками их работ. ОНИЛ наплавки может выполнять заказы по сдаче технологий "под ключ" вместе с оснасткой, необходимой для реализации проекта. Возможна организация совместного производства или участия на любом этапе пути продукции от сырья к потребителю. В любом случае работы ОНИЛ будут намного эффективнее, чем проводимые своими силами, а высокая степень готовности сделает конечный результат осязаемо близким.

Из числа достижений научного и производственного плана следует отметить:

• широкое внедрение экономнолегированных наплавочных материалов;

• освоение в производственных условиях участков по восстановлению и упрочнению наплавкой быстроизнашивающихся деталей оборудования металлургических заводов;

• внедрение прогрессивного автоматизированного оборудования для реализации технологий наплавки;

• создание и применение методик и установок для проведения исследований и испытаний разрабатываемых наплавочных материалов.

Матвиенко Владимир Николаевич. Канд. техн. наук, доцент кафедры "ОиТСП", научный руководитель ОНИЛ наплавки. Окончил Ждановский металлургический институт в 1977 г Основные направления научных исследований - развитие теоретических и технологических основ создания материалов и оборудования для наплавки; совершенствование технологии и повышение качества широкослойной наплавки.

Гулаков Сергей Владимирович. Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой "АТПиП", окончил Ждановский металлургический институт в 1970 г. Основные направления научных исследований - новые технологии и автоматизированное оборудование в области наплавки.