Установка для вибродуговой наплавки изношенных деталей

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Разработанная установка позволяет защищать зону дуги от посторонних примесей атмосферного воздуха, а также охлаждать восстанавливаемую деталь (рис. 1).

Рис. 1. Схема установки для вибродуговой наплавки в аэрозольно-защитной среде: 1-кассета для электродной проволоки; 2-кавиатор; 3-электродная проволока; 4-аэрозольный факел; 5-деталь

В установке основным техническим новшеством является кавиатор (рис. 2), который состоит из корпуса 2, трубки 1 для подачи охлаждающей жидкости, расширителя 6 и факела распыла 4. В корпусе должен быть центробежный канал для подвода атмосферного воздуха под давлением, который создается компрессором. Трубка для подвода защитной и охлаждающей жидкости должна содержать сквозные отверстия, через которые вытекает жидкость и дробится до высокодисперсных аэрозольных капель под действием воздушного потока, создаваемого в вихревой камере корпуса кавиатора. На выходном конце трубки должен быть расположен расширитель с треугольным сечением, который рассеивает аэрозольный сплошной поток, образуя конусообразный кольцевой факел распыла.

Рис. 2. Схема кавиатора: 1-трубка для подвода жидкости; 2-корпус кавиатора; 3-сквозное отверстие для выхода струи жидкости; 4-факел распыла; 5-отверстие для подачи воздуха; 6-расширитель факела; 7-сопло

Внутри конусообразного факела образуется свободная зона, которая и защищает зону наплавки от воздействия азота, кислорода и других вредных компонентов, присутствующих в воздухе. Для более качественной защиты зоны образования жидкого металла от вредного воздействия загрязняющих химических компонентов, поступающих из окружающей среды, важное значение имеет диаметр высокодисперсных капель, который в свою очередь зависит от скорости потока жидкости в рабочей камере и размера выходного отверстия в устье соплового канала.

В сварочной зоне металл сильно перегревается и, как следствие, происходит интенсивное окисление основных составляющих металла и его примесей. Образующиеся окислы из-за высокой температуры процесса могут находиться в конденсированном или газообразном состоянии. Если окислы растворимы в свариваемом металле, то растворенный в металле кислород резко ухудшает механические и физико-химические свойства металла. Нерастворимые в металле окислы частично остаются в металле шва в виде шлаковых включений. Высокая температура в зоне наплавки создает условия активного протекания многих физико-химических процессов, таких как окисление, восстановление различных элементов. Все эти процессы должны обеспечить получение металла шва с определенными свойствами и определенного химического состава, которые зависят не только от состава электродной проволоки и основного металла, но и от характера протекания реакций, а также их интенсивности. Известно, что реакции протекают не до конца, а только до определенного равновесия между поступившими веществами и продуктами реакции. Причиной этого служит быстротечность прохождения процесса наплавки. За столь короткое время, поступившие из электродной проволоки и защитного газа химические элементы, не успевают вступить в химическое соединение с химическими элементами основного металла до образования нового вещества, а только уравновешивают друг друга, окисляя или восстанавливая металл шва. Принимаемые при любом способе восстановления защитные меры не всегда обеспечивают отсутствие окисления, поэтому требуется восстановить металл из окислов и удалить их из наплавленного металла.

Окисление и раскисление представляют два направления одного и того же химического процесса, определяемые уравнением [1]:

В случае протекания реакции вправо происходит окисление металла, при направлении реакции влево происходит раскисление металла, в результате которого он освобождается от кислорода. Направление реакции зависит от концентрации реагирующих веществ, температуры и давления. При повышении температуры увеличивается число столкновений молекул, так как они начинают беспорядочно двигаться, что приводит к увеличению скорости реакции. Изменение концентрации реагирующих веществ, а именно увеличение концентрации поступивших веществ, смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции, а увеличение концентрации продуктов реакции - в сторону образования исходных веществ.

Диссоциация водяного пара выражается следующими реакциями [2]:

Диссоциированный водяной пар окисляет металл или восстанавливает в зависимости от условий протекания реакций. Если упругость диссоциации водяного пара больше упругости диссоциации окисла металла, то металл окисляется:

Если же упругость диссоциации водяного пара меньше упругости диссоциации металла, то металл восстанавливается из окисла:

Это объясняется тем, что при повышении температуры равновесие сместится в сторону образования водорода и кислорода, а при понижении температуры - в сторону образования воды, так как при повышении температуры упругость диссоциации водяного пара преобладает над упругостью диссоциации металла [3].

В существующих методах восстановления изношенных деталей, вследствие быстрого перехода металла из жидкого состояния в твердое, поглощенные газы не успевают выделиться из наплавленного слоя и в нем образуются поры.

В случае подачи охлаждающей жидкости в зону наплавки в виде мелких азрозольных капель диаметром 60-80 мкм, т.е. в виде газожидкостной среды в сварочной зоне держится достаточно высокая температура, и кристаллизация происходит медленнее. При этом теплопроводность аэрозольного потока значительно мала (л=0,75 Вт/(м-К)) по сравнению с теплопроводностью жидкости (л=0,63 Вт/(м К)). Поэтому по изохорическому закону Шарля при высокой температуре соответственно повышается давление газожидкостной среды на поверхность сварочной ванны, под действием которой образовавшиеся газы успевают удалиться из сварочной ванны, тем самым предотвращая образование пор и пузырьков.

Растворимость водорода и азота в жидком металле весьма велика и неуклонно возрастает с повышением температуры до 2380°С для водорода и до 2200°С для азота. Растворяясь в жидком металле, особенно в каплях при их переносе через дуговой промежуток, водород и азот попадают в сварочную ванну и при последующем ее остывании (до момента затвердения металла) лишь в небольшом количестве выделяются из нее. При затвердевании металла растворимость в нем водорода и азота скачкообразно падает, и избыток их выделяется в виде пузырьков, которые остаются в шве в виде продолговатых пор. Чем больше водорода или азота попадает в зону сварки, тем больше их растворяется в жидком металле и тем большая вероятность образования пор в шве. При неизменном количестве растворенных в ванне водорода или азота увеличение времени пребывания металла ванны в жидком состоянии (уменьшение скорости кристаллизации) способствует дегазации жидкого металла и уменьшает вероятность образования пор в шве.

Поскольку причиной образования пор является насыщение газами капелек расплавленного металла при их переносе в дуге, наиболее важно воздействовать тем или иным путем на газовую атмосферу дуги. Поэтому в качестве защиты зоны наплавки должна использоваться аэрозольно-защитная среда. Капли электродного металла, а также сварочная ванна защищены от воздуха конусом аэрозольных капель, которые разлагаются в дуге с образованием водорода и кислорода (рис. 3).

Рис. 3. Схема процесса наплавки в аэрозольно-защитной среде: 1-ролики для подвода проволоки; 2-электродная проволока; 3-кавиатор; 4-деталь; 5-расширитель; 6-свободная зона; 7-аэрозольные капли

Таким образом, для успешного ведения процесса наплавки с надежной защитой места наплавки от доступа атмосферного воздуха в сварочную зону дуги необходимо участие вихревого кавиатора, который наиболее близко подходит к условиям и режимам процесса наплавки.

Литература

аэрозольный вибродуговой наплавка

1. Фролов В. В. Физико-химические процессы в сварочной дуге. - М.: Машгиз. - 1984. -123 с.

2. Удовенко В. В. Мазанко Т.Ф. Закономерности протекания химических процессов. -Киев.: Химия, -1988. -145 с.

3. Новожилов Н. М. Автоматическая сварка под водой в окислительной атмосфере // Сварочное производство. -1986. - №1. - 17 с.

Размещено на Allbest.ru