УСТРОЙСТВО ДВУХДУГОВОЙ НАПЛАВКИ МЕДНОГО ВЕДУЩЕГО ПОЯСКА

Полезная модель относится к средствам сварки неплавящимися электродами в среде защитных газов с подачей присадки и может быть использована для автоматической наплавки медного ведущего пояска на корпуса из низкоуглеродистой стали малокалиберных корпусов снарядов.
Уровень данной области техники характеризует устройство для наплавки, описанное в патенте DE №965794, В23К 9|00, особенностью которого является то, что в начале процесса зажигается дуга между электродом и изделием, а затем в зону ее горения автоматически подается присадочная проволока. При этом образование начального участка шва производится при совместном плавлении основного и присадочного материалов, обеспечивая высокое качество сцепления в формируемом соединении
Недостатком этого устройства, применительно к наплавке присадочной меди на вращающийся стальной корпус снаряда, является расплавление основного металла и его перемешивание с присадочным в начале процесса, которое приводит к местным включениям стали на поверхности обработанного ведущего медного пояска, что резко снижает живучесть артиллерийских стволов из-за абразивного действия на боевые грани их спиральных нарезов при выстреле.
Устройство, в котором в начале процесса наплавки автоматически подают присадочную проволоку под электрод, затем между ним и подаваемой присадкой возбуждают дугу, а после образования под электродом жидкой прослойки присадочного металла критической толщины начинают перемещение дуги, формируя медный наплавной валик, реализовано в промышленной технологии изготовления корпусов артиллерийских малокалиберных снарядов (см. патент RU №69225, F42В 12/20, 2007 г.).
Местное расплавление основного металла корпуса в начале процесса наплавки медного ведущего пояска в этом устройстве исключено полностью.
Особенностью практической технологии изготовления корпусов малокалиберных снарядов является то, что камору формируют многопереходным выдавливанием из прутковой заготовки низкоуглеродистой стали 15 ФЮА, ГОСТ В. 10230, а электродуговую наплавку ведущего пояска из медной присадочной проволоки проводят с сопутствующим конвективным теплоотводом посредством циркуляции через камору охлаждающей воды.
Низкоуглеродистая сталь, модифицированная алюминием и ванадием, не калится при температуре плавления меди и хорошо объемно пластически деформируется, что позволяет совместить эти высокопроизводительные приемы при изготовлении структурных элементов сборного изделия.
02
2
При многопереходном холодном выдавливании прутковой заготовки из этой стали происходит сопутствующий наклеп и ее упрочнение до необходимого уровня, в частности предела текучести σ≥65 кг/мм, что дополнительно
повышает коэффициент использования металла.
Содержащийся в составе стали ванадий обеспечивает хорошую свариваемость с наплавляемой медью ведущего пояска, измельчение зерна для упрочнения при объемной деформации штампованного корпуса, который лучше сцепляется с медью пояска, так как при наплавке исключено газообразование, формирующее поры.
Содержание в стали алюминия улучшает служебные характеристики изделий, так как алюминий связывает свободный азот, предотвращая тем самым деформационное старение стали корпуса снаряда в течение заданного времени хранения.
Однако, недостатком описанного устройства наплавки медного ведущего пояска является низкая производительность из-за наличия только одной сварочной дуги, которая плавит одну присадочную проволоку.
Более производительным устройством двухдуговой наплавки, выбранным в качестве наиболее близкого аналога предложенному, является описанный в отчете НИР Б362837, УПИ, 1075, госрегистрация №71042320 (с.52-81).
Известное устройство содержит электрическую схему автоматического управления, два источника питания переменного тока, сварочную горелку с двумя изолированными неплавящимися электродами, установленными под углом друг к другу, механизмы вращения обрабатываемого изделия и подачи присадочной проволоки, два скользящих токоподвода к обрабатываемому изделию, связанному с системой охлаждения.
Токоподвод к обрабатываемому изделию осуществляется симметрично с двух сторон от наплавляемого валика, так как при одностороннем подводе тока, вследствие возникающего магнитного дутья, искажается форма наплавляемого валика, несимметричный профиль которого непригоден для фасонирования геометрии ведущего пояска малокалиберных артиллерийских снарядов.
При увеличении припуска наплавляемого медного валика на механическую обработку ведущего пояска заметно увеличивается энергопотребление и отход дефицитной меди в стружку при токарной обработке.
Опытное опробование известного способа, применительно к наплавке медного ведущего пояска на корпуса снарядов калибров 23 и 30 мм, показало, что обеспечить стабильность двухдуговой наплавки промышленного процесса не представляется возможным из-за сильного магнитного дутья, которое приводит к неприемлемому браку (35-40%) по размерам и профилю наплавляемого медного валика.
Практическое использование известного устройства для высокопроизводительного изготовления артиллерийских снарядов с наплавляемым ведущим пояском из меди не представляется возможным из-за наличия местных включений стали на поверхности обработанного ведущего пояска.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является усовершенствование устройства двухдуговой наплавки медного ведущего пояска на корпуса малокалиберных осколочно-фугасных (имеющих
камору) снарядов, обеспечив функциональную надежность техпроцесса в автоматическом режиме.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном устройстве для двухдуговой наплавки медного ведущего пояска, содержащем два неплавящихся катодных электрода, установленных под углом к продольной оси сварочной горелки и связанных с источником питания электрических дуг, механизм подачи медной присадочной проволоки к обрабатываемому изделию, связанному со скользящим токоподводом, при этом сварочная горелка сообщается с системой напуска защитного газа, отличающееся тем, что скользящий токоподвод к вращающемуся корпусу снаряда установлен симметрично катодным электродам, наклоненным под углом 11-15° и отстоящим между собой на расстоянии 3,5-5,0 диаметра присадочных проволок, которые расположены под каждым катодным электродом и смещены от их рабочих концов к центру на дистанцию 0,5-0,9 их диаметра, при этом в электрически изолированной скользящей оправке неподвижного центра под зажим оживала корпуса снаряда с радиальным зазором установлена трубка подачи циркулирующей воды, торец которой скошен в направлении сварочной горелки.
Отличительные признаки обеспечивают в автоматическом режиме высокопроизводительное и экономичное формирование наплавного медного валика на корпусе снаряда требуемых габаритов и без включений стали на поверхности фасонированного из него ведущего пояска.
Размещение скользящего токоподвода к обрабатываемому вращающемуся корпусу снаряда симметрично катодным электродам исключает магнитное дутье при двухдуговой наплавке, искажающее форму наплавляемого медного валика, из которого резанием фасонируют ведущий поясок требуемых габаритов и заданной формы.
Наклон катодных электродов к оси симметрии сварочной горелки в диапазоне 11-15° оптимизирован из условий предотвращения растекания расплавленной меди за границы общей сварочной ванны, при застывании которой формируются четкие границы медного валика с минимальным припуском под механическую обработку фасонирования профиля ведущего пояска.
Выбранный диапазон наклона катодных электродов примерно соответствует отклонению дуг при взаимодействии, поэтому аксиальное расположение электродов этому действию исключает их несимметричную эрозию. При расположении катодных электродов за границами оптимизированного угла осевого наклона происходит их износ с одной из сторон и соответствующее искажение формы наплавляемого медного пояска.
Дистанцирование катодных электродов между собой на расстояние 3,5-5,0 диаметра присадочных проволок обеспечивает формирование общей сварочной ванны двухдуговой наплавки медного пояска на вращающийся корпус малокалиберного снаряда.
При расстоянии между катодными электродами меньше 3,5 диаметра присадочных проволок процесс наплавки не стационарный из-за взаимного
влияния обеих электрических дуг, что приводит к нерегулируемому искажению ширины наплавляемого медного валика.
При расстоянии между катодными электродами больше, чем 5,0 диаметров присадочных проволок, нет общей сварочной ванны, в результате чего не формируется пригодный для профилирования ведущего пояска выпуклый медный валик требуемой геометрии.
Смещение медных присадочных проволок к оси симметрии (друг к другу) относительно катодных электродов по принадлежности на расстояние 0,5-0,9 их диаметра гарантирует размещение анодных пятен сварочных дуг непосредственно на присадочных проволоках. Этим исключается прямой контакт электрических дуг со стальной поверхностью обрабатываемого корпуса снаряда, когда могут образовываться каверны и недопустимый выплеск стали в объем наплавляемой меди пояска.
При выплеске капель стали они, как более легкий металл, всплывают на поверхность наплавного ведущего пояска, что недопустимо из-за абразивного действия на боевые грани спиральных нарезов канала ствола орудия при выстреле.
Оптимизированное расстояние между присадочными медными проволоками гарантированно обеспечивает формирование общей сварочной ванны для формирования валика под ведущий поясок.
Выполнение на коаксиальной трубке подачи в зону локального нагрева стального корпуса снаряда охлаждающей жидкости скоса в направлении катодных электродов предназначено для преимущественного распределения потока циркулирующей жидкости, гидродинамически ориентированного под формируемую сварочную ванну, что предотвращает локальный нагрев корпуса снаряда, разупрочняющий сталь готового изделия.
В результате предложенных конструктивных усовершенствований в устройстве начало наплавки на обрабатываемую поверхность корпуса снаряда происходит с образованием под катодными электродами жидкой прослойки меди, которая адгезионно связывается со сталью корпуса и экранирует его от прямого действия электродугового разряда силой тока наплавки рабочего номинала.
При заварке стыка пояска эта прослойка легко связывается с наплавляемым валиком меди, исключая локальные непроплавления, каверны и т.п.дефекты ведущего пояска.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, то есть техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель явным образом не следует для специалиста по артиллерийским боеприпасам, показал, что она не известна, а с учетом возможности промышленного использования для серийного изготовления промышленной продукции,
можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.
Полезная модель иллюстрируется примером наплавки медного ведущего пояска на корпус осколочно-фугасного снаряда диаметром 30 мм по схеме устройства, изображенной на чертеже.
Обрабатываемый корпус 1 снаряда зажимают в соосных центрах 2 и 3 сварочного автомата, причем открытый торец корпуса 1 снаряда размещают в оправке 4 из электроизоляционного материала.
Вращающийся центр 2 выполнен в виде цанги и является приводным для вращения обрабатываемого корпуса 1 снаряда.
Коаксиально неподвижному центру 3 закреплен трубопровод 5 подачи охлаждающей жидкости (воды), которая циркулирует в каморе корпуса 1 снаряда и сливается через отвод 6.
Выходной торец трубки 5 скошен в сторону сварочной горелки 7, в которой помещены изолированные друг от друга два вольфрамовых электрода 8, подключенных к отрицательным полюсам источников питания постоянного тока (условно не показаны).
Через сварочную горелку 7 осуществляют подачу защитного газа аргона, в среде которого происходит наплавка.
К неподвижному корпусу 1 снаряда подводят до касания две медные присадочные проволоки 9 диаметром 2,5 мм так, чтобы обеспечить смещение к центру (к друг другу) их осей относительно рабочих концов катодных неплавящихся электродов 8 на величину 1,3-2,3 мм каждого, что составляет 0,5-0,9 диаметра присадочных проволок 9.
Расстояние между рабочими концами катодных электродов 8 устанавливают равным 8 мм, а расстояние между каждым электродом 8 и поверхностью обрабатываемого корпуса 1 снаряда (длина дуги) - 3,5-4,0 мм.
Каждый электрод 8 наклонен к продольной оси сварочной горелки 7 на угол 13,5°.
Скользящий токоподвод 10, связанный с положительными полюсами источников питания постоянного тока, устанавливают под корпусом 1 снаряда (по чертежу) симметрично катодным электродам 8.
Затем между неплавящимися электродами 8 и корпусом 1 снаряда возбуждают электрические дуги с силой тока 80-100 А и одновременно анодные пятна этих дуг сближают навстречу друг к другу, располагая их на присадочных проволоках 9. Указанное сближение дуг осуществляется автоматически в результате их электромагнитного взаимодействия при расположении токоподвода 10 по оси симметрии электродов 8.
Время горения сварочных дуг устанавливают в течение 0,5-0,8 с, в течение которого концы присадочных медных проволок 9 расплавляются и образуют общую сварочную ванну с толщиной жидкой прослойкой меди под электродами 8 в диапазоне 0,5-0,8 мм, что исключает местное расплавление основного металла, то есть является критической для данной силы тока.
Далее включают подачу присадочных проволок 9, вращение корпуса 1 снаряда и увеличивают силу сварочного тока в каждой дуге до рабочего значения
190-210 А.
Под электродами 8 образуется сварочная ванна жидкой меди толщиной 1,2-1,5 мм формируемого валика 11, которая предотвращает прямое взаимодействие и расплавление стали корпуса 1 снаряда.
После наплавки на корпус 1 снаряда валика 11 меди происходит заварка его стыка при кратковременном скачке мощности дуг.
Готовый корпус 1 снаряда с наплавленным медным валиком 11 под профилирование механической обработкой ведущего пояска выгружают из автомата.
Использование предложенного устройства двухдуговой наплавки медного ведущего пояска на малокалиберные корпуса 1 снарядов, сравнительно с прототипом, позволяет значительно снизить себестоимость изготовления за счет сокращения расхода присадочной медной проволоки 9 в 2-3 раза, электроэнергии в 3-4 раза, вольфрама неплавящихся электродов 8 и аргона защитной среды в 1,5-2 раза.
По сравнению с заменяемой техникой однодуговой наплавки производительность увеличивается минимум вдвое.
Механические испытания и стрельбой опытной партии малокалиберных снарядов 23 и 30 мм, на корпуса которых наплавлены ведущие пояски в установке по полезной модели, подтвердили пригодность техники для использования в серийном производстве, что позволяет рекомендовать Заказчику промышленное внедрение устройства наплавки для изготовления артиллерийских боеприпасов.