УСТАНОВКА ДЛЯ НАПЛАВКИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПЛИТ

Заявляемое техническое решение относится к области сварки, в частности к наплавке биметаллических износостойких плит (БИП). Такие плиты представляют собой двухслойный композит, один слой которого (основа) выполнен из свариваемой стали, а другой слой (наплавленный, износостойкий) содержит до 50% твердых карбидов хрома. Благодаря этому БИП, наряду с высокой износостойкостью, обладают также и высокой технологичностью - их можно резать, деформировать и сваривать. Наличие большого количества трещин в твердом наплавленном слое, как правило, не сказывается на их износостойкости. БИП находят все более широкое применение в качестве защитных футеровок различного технологического оборудования, испытывающего абразивное воздействие в горной, металлургической, цементной, энергетической и др. отраслях промышленности.
Из существующего уровня техники можно выделить несколько аналогов заявляемому техническому решению, которые различаются по характеру используемого наплавочного материала, схеме наплавки, количеству наплавочных головок и т.д.
Установка РК-8-630 проекта китайской фирмы Runkun (http://abrasionresistantpipe.com/index.php) содержит четыре наплавочные головки, использующие в качестве электродного наплавочного материала порошковую проволоку диаметром до 5 мм. Наплавочная аппаратура установлена на балке с каретками и осуществляет возвратно поступательное движение над закрепленной по периметру к массивному основанию основе БИП.
Использование такого количества наплавочных головок в данном случае способствует повышению производительности процесса наплавки, но применение порошковых проволок при наплавке БИП с неподвижной дугой не вполне экономично, а схема наплавки БИП непосредственно на плоскую основу имеет ограничения по их толщине и габаритным размерам.
Установка проекта германской фирмы Welding alloys Limited (описанная в ЕР 1677939 В1, 08.12.2010, Bulletin 2010/49 - Manufacture of thin hardfaced plates) также использует для наплавки БИП порошковую проволоку, но содержит устройства, обеспечивающие колебание дуги в процессе наплавки с заданной амплитудой, что существенно уменьшает разогрев БИП и уменьшает глубину проплавления. Признаком данного аналога, совпадающим с таковым у заявляемого технического решения является то, что наплавочная установка содержит вращатель с соответствующей оснасткой, создающие автоматическую наплавку износостойкого слоя на основе в виде цилиндра, который по завершении процесса наплавки распрямляется в плоскую БИП. Рассматриваемая установка эффективна для наплавки главным образом достаточно тонких БИП, толщиной до 5 мм.
Наиболее близкой и принятой в качестве прототипа заявляемому техническому решению является установка АД 380.03М, проекта украинской фирмы ОКТБ ИЭС им. Е.О. Патона (А.П. Жудра, А.П. Ворончук, С.И. Великий. Оборудование и материалы для износостойкой наплавки листовых футеровочных элементов, Автоматическая сварка, 2009 г., №6, с. 53-55). Установка содержит две наплавочные головки, расположенные на каретках и оснащенные, в частности, мундштуками, подающими механизмами и разматывающими кассетами для подачи в зону дуги самозащитных порошковых лент сечением 3.0×10,0 мм и 4,0×16,5 мм ГОСТ 26467-85. Установка также содержит массивное основание, к которому крепится основа БИП в виде стального листа толщиной 5-25 мм, шириной 1500 мм и длиной 3000 мм. Наплавку БИП осуществляют за счет возвратно-поступательного движения упомянутых кареток с соответствующим поперечным шагом (обычно 7-12 мм).
Оснащенность данной установки перечисленной наплавочной аппаратурой с механизмами ее перемещения на каретках поперек наплавляемых валиков является признаком, совпадающим с существенным признаком заявляемого технического решения. Порошковые наплавочные ленты выгодно отличаются от порошковых проволок при автоматической наплавке БИП, т.к. ввиду их большого сечения значительно повышается скорость наплавки по сравнению с наплавкой порошковыми проволоками. Коэффициент заполнения порошковым материалом у порошковых лент достигает 53%, в то время как аналогичный показатель у порошковых проволок не превышает 35%. Это позволяет существенно удешевить состав порошкового наполнителя путем повышения в нем доли высокоуглеродистого феррохрома за счет снижения содержания дорогостоящего карбида хрома или металлического хрома.
Существенным недостатком прототипа является то, что установки типа АД 380.03М предусматривают наплавку непосредственно на плоскую основу БИП. При такой схеме наплавки присущие порошковым лентам большие сечения вызывают чрезмерный разогрев основы БИП, что отрицательно сказывается на их качестве - возникают коробления, неоднородность, сквозные трещины и т.д. Это связано с тем, что наплавку порошковых лент требуется проводить при весьма высоких параметрах тока - до 800-1200 А. Другими недостатками установки является невозможность наплавки БИП больших габаритов и невысокая ее производительность, в основном связанная с необходимостью периодической остановки для охлаждения.
Цель настоящего технического решения - создать установку для наплавки БИП с использованием в качестве электродного наплавочного материала порошковых лент, но позволяющую изготавливать более качественные и экономичные плиты практически любых размеров. Ставится задача сохранить преимущества наплавки самозащитными порошковыми лентами, но при этом снизить разогрев основы при наплавке БИП.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что предлагается установка для автоматической наплавки БИП, использующая самозащитные порошковые ленты в качестве электродного наплавочного материала и осуществляющая автоматическую наплавку наружной поверхности вращающейся вокруг своей оси стальной цилиндрической обечайки, которая служит основой БИП, разрезается и распрямляется после выполнения наплавки. Таким образом, возникающая проблема перегрева основы БИП, ввиду повышенных токов наплавки свойственным порошковым лентам, решается за счет придания ей цилиндрической формы с вращением вокруг своей оси в процессе наплавки. На Чертеже показана принципиальная схема устройства предлагаемой установки. Вращатель 1 приводит посредством оснастки 2 стальную обечайку 3 во вращение вокруг своей оси с заданной скоростью. Расположенные на направляющей 4 каретки 5 передвигаются параллельно оси цилиндра 3 дискретно с заданным шагом или с определенной скоростью. На каретках установлены наплавочные головки 6, состоящие из мундштука 7, подающего механизма 8 и разматывающихся кассет 9 с лентой 10. Управление и питание установкой осуществляется посредством блока питания и управления 11 на жестком креплении. В частном случае, упомянутый цилиндр 3 может приводиться в движение посредством роликового вращателя. Толщина наплавленного слоя 12 за один проход обычно не превышает 6-7 мм с учетом глубины проплавления 1,5-2 мм.
Предлагаемая конструкция установки для наплавки БИП позволяет производить наплавку плит практически любых габаритов, что ограничивается только мощностью и геометрическими параметрами вращателя упомянутой цилиндрической обечайки. Последняя может быть изготовлена путем вальцовки и сварки одного или нескольких листов из малоуглеродистой или низколегированной стали ГОСТ 19903-74 толщиной 5-40 мм, шириной 1000-2500 мм, длиной 3000-12000 мм.
Предлагаемое техническое решение позволяет увеличить ширину применяемых порошковых лент с 14,5 до 30 мм и проводить наплавку достаточно толстых БИП, не допуская их перегрева.
При наплавке самозащитными порошковыми лентами применение флюса не обязательно, но в некоторых случаях рекомендуется для повышения структурной однородности и качества поверхности наплавленного слоя. В отличие от прототипа, использование наплавки под флюсом в рамках предлагаемой полезной модели не вызывает проблем, т.к. удаление шлаковой корки с наружной цилиндрической поверхности в процессе вращения обечайки осуществляется наиболее просто.
Существенно то, что данную установку можно создать на базе известных в ремонтных службах предприятий черной металлургии станков для наплавки конусов и чаш засыпных аппаратов доменных печей (У-50, У-75, У-125, У-125М и др.). В этом случае кулачковая планшайба указанных станков диаметром до 8000 мм может служить в качестве вращателя рассматриваемых цилиндрических обечаек. Соответствующий наплавочный портал станков переоборудуется согласно заявляемым требованиям, а оснастка для крепления стальных цилиндров (основы БИП) состоит из 6-10 съемных элементов, устанавливаемых на ползунах планшайбы посредством крепежа.
Цилиндрическая форма основы БИП под наплавку, предусматриваемая заявляемым техническим решением с одновременным использованием самозащитных порошковых лент в качестве наплавочного материала весьма благоприятно отражаются как на процессе наплавки, так и на качестве конечного продукта (БИП). В отличие от наплавки на плоский лист, в данном случае значительно улучшаются условия охлаждения цилиндрических заготовок ввиду лучшего теплоотвода со стороны их внутренней поверхности, особенно учитывая значительные их размеры. При этом облегчаются условия для принудительного охлаждения, которое может быть организовано при наплавке БИП малой толщины.
Наплавка на достаточно холодную поверхность основы также способствует направленной кристаллизации износостойкого слоя, обеспечивая рост игольчатых карбидов хрома перпендикулярно их поверхности. Известно, что твердость карбидов хрома, которые как указывалось выше, формируют износостойкие свойства БИП, значительно выше в продольном их направлении, чем в поперечном. Поэтому, наплавка БИП с использованием заявляемой полезной модели повышает их износостойкость. По сравнению с прототипом, производительность наплавки БИП за счет использования заявляемого технического решения существенно возрастает из-за больших размеров заготовок и более стабильного (ввиду отсутствия перегревов) режима работы установки.
Ниже приводится пример практического осуществления заявляемого технического решения.
Установка создается путем переоборудования станка У-125М, специализированного для наплавки конусов и чаш засыпных аппаратов доменных печей. Оснастка для крепления основы в виде обечайки состоит из 8-ми стояков, монтируемых с помощь хомута и шпилек к ползунам планшайбы. Балка станка переоснащается соответствующей наплавочной аппаратурой. Цилиндрическую обечайку диаметром 2866 мм изготавливают методами вальцовки и сварки из плоского листа ст. 3 ГОСТ 380-94, ГОСТ 19903-74 размером 20 мм × 1500 мм × 8000 мм. Наплавку наружной поверхности данной обечайки производят двумя наплавочными головками с использованием порошковой ленты ПЛ-АН-180 ГОСТ 26467-85 сечением 4,0×16,5 мм при постоянном токе величиной 1000А и напряжении 30В. Вращение обечайки производится со скоростью 4 оборота в час, а шаг наплавки составляет Эмм. В результате, с учетом глубины проплавления основы 2 мм, создают износостойкий слой толщиной 6 мм. По завершении процесса, продолжительность которого составляет порядка 22 часов, полученную биметаллическую обечайку разрезают вдоль продольной оси на две части и распрямляют на правильной машине. В результате получают две штуки БИП размером 24 мм ×1500 мм × 4000 мм, отличающиеся высокой плоскостностью, однородностью структуры и износостойкостью.