ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ И РЕМОНТНАЯ СВАРКА ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
PRODUCTION AND REPAIR WELDING OF CAST IRON WITH BALL GRAPHITE

Изобретение относится к способу образования поверхности основного материала, причём в основном материале содержится чугун.
Изготовленные из чугуна с шаровидным графитом литые компоненты применяются, например, в гидравлических машинах, например, в паровых турбинах. Эти литые компоненты могут быть крупногабаритными. При производстве литых компонентов могут образовываться литейные дефекты, например, поры или усадочные раковины. При этом, от случая к случаю, приходится решать вопрос, можно ли использовать литые компоненты с присутствующими дефектами без дополнительных мер. Сварочная обработка таких литых деталей возможна лишь условно. Так, например, сварка с применением однородного наплавляемого металла была бы затруднительной, так как требуется применять высокую температуру подогрева¸ которая должна составлять от 550 до 650°С. Другая возможность по удалению дефекта состоит в сварке с применением чужеродного присадочного материала, например, никелево-железных электродов, при которых не требуются повышенные температуры подогрева.
Разумеется при обоих видах сварки присутствует проблема, заключающаяся в том, что механические, обеспечиваемые соответствующим способом свойства часто не достигают уровня механических свойств основного материала.
Поэтому время от времени приходится решать вопрос, следует ли литой компонент отбраковывать или/и заново изготавливать.
Дефекты в чугунных компонентах приходится удалять не только при начальном изготовлении, но и при обслуживании, поскольку невозможно изготовление новых деталей в короткие сроки ревизии.
Задачей изобретения является создание способа образования поверхности основного материала, обеспечивающего более высокое качество.
Данная задача решается посредством способа образования поверхности основного материала, причём основной материал содержит чугун, при этом он включает в себя следующие операции:
- локализацию частичной поверхности,
- формирование первого переходного слоя на частичной поверхности, при этом применяется способ буферной сварки в сочетании с буферным присадочным материалом, причём параметры сварки выбираются с таким расчётом, чтобы подвод тепла к основному материалу был незначительным,
- формирование заполняющего слоя на переходном слое, причём применяется способ сварки плавящимся электродом в активном газе, при этом применяется присадочный материал NiFe и не применяется подогрев.
Оптимальные частные варианты выполнения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом целью изобретения является создание метода сварки с применением электродуговых процессов, при котором обходятся без подогрева или только с подогревом до низких температур, при обеспечении свойств, сопоставимых с основным материалом.
Метод сварки предусматривает двухэтапный процесс с применением согласованного с задачей сварки и сварочным процессом присадочного материала, влияющего в существенной степени на качество сварки. Путём целенаправленного выбора сварочного процесса, присадочного материала и параметров сварки становится возможным предупредить дефекты как в месте соединения с основным материалом, так и в наплавляемом металле или наполнителе.
Технический результат заключается в обеспечении свойств наплавленного металла, сопоставимых со свойствами основного материала, а также отсутствие дефектов полученного соединения.
Согласно изобретению сначала создаётся посредством наплавки неоднородного металла (буферности) соединение с основным материалом. Затем, на втором этапе производится заполнение.
Посредством способа сварки/процесса сварки, согласно изобретению, возможно проводить производственную и ремонтную сварки, при которых сохраняются механические свойства основного материала. Это происходит при низких температурах (при отсутствии конденсата, при около 100°С), что, следовательно, способствует сварке на полностью или почти полностью обработанных деталях, так как минимизируется перекос из-за низкого подвода тепла.
Существенное преимущество заключается в том, что при изготовлении новых чугунных компонентов, у которых, например, при обработке резанием обнаружились литьевые дефекты, они могут быть отремонтированы сваркой согласно изобретению. Поэтому отпадает необходимость в отбраковке чугунного компонента и в проведении связанного с этим нового трудоёмкого процесса изготовления.
Для деталей, которые уже применяются и у которых, например, во время ревизии обнаружены дефекты в виде трещин, съёма материала и пр., может применяться способ согласно изобретению для их восстановления посредством сварки. Следовательно, часто не оказывается необходимым продление ревизионного периода.
Согласно первому оптимальному частному варианту выполнения основной материал содержит чугун с шаровидным графитом.
Согласно другому оптимальному частному варианту выполнения в качестве способа буферной сварки выступает сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, причём в качестве присадочного материала применяется NiFe (тип NiFe-2 согласно стандарту ЕN ISO 1071).
В качестве альтернативы может также применяться в качестве способа буферной сварки сварка плавящимся электродом в среде инертного газа, при этом в качестве присадочного материала применяется NiFe типа NiFe-1 согласно стандарту EN ISO 1071.
При создании заполняющего слоя может также применяться способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа, причём применяется присадочный материал NiFe, в частности, Ni-Fe.
Согласно другому оптимальному частному варианту выполнения перед образованием заполняющего слоя наносится второй переходный слой.
Описанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также способ их обеспечения становятся более ясными и отчётливо понятными за счёт следующего описания примеров выполнения, которые подробнее поясняются со ссылками на чертеж.
Примеры выполнения изобретения описываются ниже с помощью единственной фигуры, которая не имеет решающей роли в представлении примеров выполнения. Напротив фигура, служащая для пояснения, приведена в схематическом и/или незначительно искажённом виде. Для дополнений непосредственно приведённых на чертеже технических решений делается ссылка на соответствующий уровень техники.
При этом на единственной фигуре представлено изображение в разрезе по компоненту.
На фигуре показан компонент 1, полученный способом литья. Основной материал 2 содержит чугун с шаровидным графитом. Компонент 1 имеет частичную поверхность 3, причём эта поверхность 3 выполнена в виде углубления 4. Для соединения наплавляемого металла с основным материалом 2 выбран способ сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа в сочетании с присадочным материалом NiFe (тип NiFe-2 согласно стандарту EN ISO 1071) при двухслойном выполнении, при этом параметры сварки выбраны такими, что подвод тепла к основному материалу 2 остаётся незначительным.
Таким образом на первом этапе локализуют частичную поверхность 3. На следующем этапе на частичную поверхность 3 наносится первый переходный слой 5. Благодаря подбору соответствующих параметров сварки достигается положение, при котором в месте соединения и в зоне теплового воздействия не образуются трещины и зона теплового воздействия формируется относительно узкой и равномерной. Благодаря подборку параметров сварки для второго слоя, образуемого сваркой вольфрамовым электродом в среде инертного газа, на зону теплового воздействия, переходящую в основной материал, целенаправленно оказывается тепловое воздействие и таким образом оптимизируются механические свойства.
В качестве альтернативы наряду со способом сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа может также применяться способ сварки плавящимся электродом в среде инертного газа, параметры которого столь широко модифицируются, что подвод тепла к основному материалу является незначительным. В качестве присадочного материала используется NiFe (тип NiFe-1 согласно стандарту EN ISO 1071).
На следующем этапе, если двухслойная наплавка неоднородного металла не достаточна для выравнивания компонента, то наносится заполняющий слой 6 на переходный слой 5. Это достигается посредством наплавления способом сварки плавящимся электродом в среде инертного газа. При этом процессе сварки также применяется присадочный материал NiFe, который идентичен присадочному материалу, применяемому при сварке вольфрамовым электродом в среде инертного газа для соединения с первым слоем.
Образование поверхности производится таким образом, что подогрева не происходит или же температура составляет менее 100°С.
2
При создании переходного слоя применяется аргон, причём при образовании заполняющего слоя применяется смесь из аргона и СО.
В качестве способа буферной сварки может применяться сварка плавящимся электродом в среде инертного газа, при этом используют присадочный материал, содержащий по существу 65 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.
При создании заполняющего слоя применяется присадочный материал, содержащий по существу 55 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.
В качестве способа буферной сварки может также применяться способ сварки вольфрамовым электродом в среде инертного газа, причём как при способе буферной сварки, так и при способе сварки плавящимся электродом в активном газе применяется присадочный материал, содержащий по существу 55 вес.% Ni и по существу 30 вес.% Fe.
Хотя изобретение подробно иллюстрировано и описано посредством предпочтительного примера выполнения, однако оно не ограничивается описанными примерами и специалистом могут быть выведены другие варианты без нарушения объёма правовой охраны изобретения.