СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ НАПЛАВОК
METHOD OF BUILDING UP ANTIFRICTION LAYERS

Изобретение относится к способам сварки и может быть применено для выполнения антифрикционных наплавок на уплотнительные поверхности изделий судовой арматуры из титановых сплавов, изделий химического машиностроения и др.
Антифрикционные наплавки выполняются на уплотнительные поверхности деталей судовой арматуры различного назначения для предотвращения износа этих поверхностей в процессе работы арматуры в условиях контакта с морской водой и наличия в ней взвешенных частей песка и др. Эти наплавки должны обеспечить требуемый срок службы судовой арматуры из титановых сплавов без ремонта.
В настоящее время наплавка на уплотнительные поверхности изделий судовой арматуры выполняется ручным аргонодуговым способом с применением сварочной проволоки марки ПТ-7М по ГОСТ27265-87, которая подвергается окислению в открытой воздушной среде при температуре 750-800°С. Такая обработка приводит к образованию на поверхности проволоки окисной пленки, кислород которой является легирующим элементом при наплавке, повышая тем самым сопротивление износу поверхности изделия.
Однако способ выполнения наплавок ручным аргонодуговым методом имеет ряд недостатков.
При наплавке уплотнительных поверхностей судовой арматуры большое значение имеет качество выполнения наплавки. Мельчайшие дефекты в виде пор, несплошностей и т.п. могут отрицательно повлиять на служебные характеристики судовой арматуры. Особенно это относится к уплотнительным поверхностям судовой арматуры.
На окончательно обработанной поверхности уплотнительных полей в соответствии с требованиями нормативной документации поры практически не допускаются, так как они нарушают герметичность арматуры. Наличие пор на уплотнительной поверхности ведет к трудоемкому ремонту.
Кроме того, в процессе эксплуатации судовой арматуры вследствие трения уплотнительные поверхности арматуры изнашиваются, верхний наплавленный слой стирается и вскрываются новые поры, находящиеся в более нижних слоях наплавленного металла, что ведет к потере работоспособности деталей судовой арматуры.
Также недостатком ручной аргонодуговой наплавки является нестабильность режимов наплавки и наличие человеческого фактора, что снижает производительность труда и качество выполнения наплавки.
В связи с отмеченным в настоящем изобретении предлагается заменить ручную аргонодуговую наплавку автоматической аргонодуговой наплавкой с применением метода горячепластического деформирования наплавленного металла (высокотемпературной прокаткой роликом).
В качестве наплавочного материала используется титановая проволока марки ПТ-7М по ГОСТ 27265-87, окисленная по ОСТ 5.9994-86.
Наиболее близким техническим решением и принятым нами за прототип является «Способ дуговой сварки», включающий автоматическую аргонодуговую сварку с высокотемпературной прокаткой наплавленного металла роликом, предложенный Калужским филиалом МГТУ им. Н.Э Баумана (авторское свидетельство №1057215 от 30.11.83 г.).
Недостатком данного метода является то, что он применяется при сварке тонколистовых конструкций для формирования микроструктуры сварного шва с измельченным зерном и, как следствие, для улучшения механических свойств сварного соединения.
Температура, при которой выполняется высокотемпературная прокатка роликом (1650-1670°С), позволяет заметно снизить порообразование при сварке титановых сплавов, однако совсем избавиться от пор не позволяет. Для решения задачи полного избавления от пор в наплавке необходимо снизить температуру прокатки до 1500°С.
Усилие прижатия ролика к металлу кристаллизующейся сварочной ванны 500-1000 Н дает необходимый эффект при сварке, так как сварочная ванна ограничена с боков свариваемыми кромками деталей. При выполнении наплавки сварочная ванна с боков не ограничена, и применение таких высоких усилий прижатия ролика приведет к растеканию металла по поверхности наплавляемой детали, и сформировать наплавочный валик не удастся. Также приложение таких больших усилий к наплавляемому металлу может вызвать трещины из-за слишком высоких напряжений в металле наплавки. Поэтому высокотемпературную прокатку при выполнении наплавки необходимо производить при гораздо меньших усилиях прижатия ролика и вместе с тем достаточных для того, чтобы избавиться от пор в наплавке.
Техническим результатом изобретения является разработка способа выполнения антифрикционных наплавок на детали судовой арматуры из титановых сплавов, позволяющего избавиться от появления пор в наплавленном металле и, как следствие, избавиться от трудоемкого и дорогостоящего ремонта наплавок.
Технический результат достигается за счет того, что высокотемпературную прокатку роликом выполняют в диапазоне температур от 1500 до 1550°С с усилием прижатия ролика 80-100 Н.
Выполнение антифрикционной наплавки на детали судовой арматуры из титановых сплавов с применением высокотемпературной прокатки позволит получить наплавку, полностью свободную от пор по всему сечению наплавленного металла.
Пример конкретного выполнения
На опытной установке была произведена автоматическая аргонодуговая наплавка окисленной проволокой марки ПТ-7М на образцы из титанового сплава марки ПТ-ЗВ с применением высокотемпературной прокатки наплавленного металла роликом. При этом температура наплавленного металла в момент прокатки была 1500, 1525 и 1550°С, а усилие прижатия ролика 80, 90 и 100 Н.
В таблице приведены параметры предлагаемого и известного способов.
Способ выполнения антифрикционных наплавок
№ п/п
Способ
Температура прокатки, °С
Усилие прижатия ролика, Н
Наличие пор
1
Предлагаемый
1500
80
Поры отсутствуют
1525
90
Поры отсутствуют
1550
100
Поры отсутствуют
2
Известный
1670
1000
Отдельные поры
Примечание. В таблице приведены усредненные значения по результатам 3-х измерений.
После выполнения наплавок на наплавленных деталях выполнялось послойное шлифование металла наплавки через каждые 0,5 мм, поверхность протравливалась и осматривалась с помощью лупы с 7-кратным увеличением на предмет наличия пор и других дефектов. Исследования показали отсутствие пор во всех слоях наплавленного металла.
Также из наплавленных образцов были изготовлены шлифы и сделан анализ под микроскопом с 50-кратным увеличением. На этих шлифах были выявлены зародыши пор, которые образовывались в наплавленном металле в момент начала кристаллизации валиков, но при деформировании наплавленного металла при высокотемпературной прокатке они были подавлены. Это происходит потому, что оставшиеся в сварочной ванне поры, попадая под ролик, уплотняются и свариваются.
Это показывает, что применение высокотемпературной прокатки при выполнении антифрикционных наплавок на титановые сплавы позволяет полностью избавиться от образования пор в наплавленном металле.
Технико-экономические преимущества от применения указанного способа выразятся в увеличении срока службы и надежности изделий судовой арматуры и механизмов из титановых сплавов за счет отсутствия пор в наплавленном металле, а также в отсутствии ремонта после наплавки и в процессе эксплуатации арматуры.