Восстановление звездочек дробилок агломерата методом электрошлаковой наплавки

Министерство образования и науки Украины Запорожский национальный технический университет Кафедра ОТСП Восстановление звездочек дробилок агломерата методом электрошлаковой наплавки КУРСОВАЯ РАБОТА Выполнила студентка гр. ИФ-413А. О. Кравчина

РЕФЕРАТ ПЗ: 30 с., 8 рис., 2 табл., 11 источников.

Объект исследования — звёздочки дробилок агломерата.

Цель работы — повышение износостойкости звёздочек дробилок агломерата.

Метод исследования — метод электрошлаковой наплавки.

Изучены условия работы и характер износа звездочек дробилок агломерата.

Разработана установка для электрошлаковой наплавки звездочек дробилок агломерата.

Наплавлена опытная партия новых звездочек и испытана их износостойкость в производственных условиях.

Разработана технология реставрации изношенных звездочек.

Наплавлен комплект изношенных звездочек для ротора дробилки агломерата.

Исследована макрои микроструктура, твердость и микротвердость наплавленного металла.

Кроме того исследована износостойкость наплавленного металла при работе в условиях абразивного износа.

Разработана технология по электрошлаковой наплавке звездочек дробилок агломерата.

АБРАЗИВНЫЕ ЧАСТИЦЫ, АГЛОМЕРАЦИЯ, АГЛОМЕРАТ, ДЕФОРМАЦИЯ, ДРОБИЛКИ, ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ, НАПЛАВКА, РОТОР.

СОДЕРЖАНИЕ РЕФЕРАТ ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛИ

1.1 Условия нагрузки

1.1.1 Нагрузка

1.1.2 Температура

1.1.3 Вид рабочей среды

1.1.4 Наличие абразивных частиц

1.2 Геометрические и конструктивные характеристики

1.2.1 Материал детали, твердость и габаритные размер

1.2.2 Допустимый износ

1.3 Эксплуатационные характеристики детали

1.4 Установление преобладающего вида изнашивания

1.5 Предыдущий выбор материла для наплавки детали

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

2.1 Альтернативные варианты технологических процессов восстановления детали и их анализ

2.2 Выбор технологического процесса восстановления детали

2.3 Выбор режимов восстановления детали

3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

4. Контроль качества восстановленной детали

4.1 Контроль качества

4.2 Повторный ремонт детали, непрошедшей контроль качества Выводы Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

Агломерацией называется процесс окускования руд путем спекания их в смеси с топливом при высокой температуре, в результате которого образуется продукт, обладающей хорошими металлургическими свойствами — агломерат, который составляет основную часть шихты доменной плавки.

Стойкость звездочек дробилок агломерата влияет на производительность аглолент.

При износе звездочек ухудшается качество агломерата.

Звездочки дробилок агломерата работают при высоких температурах, и срок их службы не удовлетворяет металлургические предприятия.

На большинстве металлургических предприятий звездочки упрочняются ручной наплавкой различными марками электродов. Так как толщина наплавленного слоя не превышает 5 мм, а износ достигает до 70 мм, то срок службы звездочек, упрочненных ручной наплавкой не превышает 2 — 3х месяцев.

Целью работы является разработка технологии наплавки новых звездочек и технологии реставрации изношенных. При этом срок службы наплавленных звездочек должен возрасти не менее чем в 3 раза.

абразивный износ звездочка наплавка

1. АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛИ К условиям эксплуатации, оказывающим влияние на работоспособность дробилок агломерата и долговечность их звездочек, относятся условия работы звездочек в узле, механизме в отношении вида трения, величины и характера нагрузки и др.

Под действием этих условий с течением времени в звездочках дробилок агломерата протекают постепенные процессы изнашивания — за счет удара и истирания, снижающие прочность и долговечность звездочек дробилок.

1.1 Условия нагрузки К условиям нагрузки относятся: ударные нагрузки, которые приводят к износу звездочек дробилок агломерата, температурный режим дробилок агломерата, вид рабочей среды — сухой, а также наличие абразивных частиц.

1.1.1 Нагрузка

Проблема повышения срока службы быстроизнашиваемых деталей, эксплуатирующихся в тяжелых условиях абразивного изнашивания, является весьма актуальной для многих отраслей промышленности, добывающих и перерабатывающих минеральное сырье, т. е. там, где оборудование работает в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Ее сложность заключается в том, что детали, непосредственно контактирующие с абразивной средой, наряду с высокой износостойкостью должны обладать относительно высокой прочностью и пластичностью для обеспечения конструкционной надежности.

Износостойкость многих материалов повышается с увеличением твердости. Однако с ростом твердости резко увеличивается хрупкость, и детали из таких материалов недопустимо часто выходят из строя в результате поломок в процессе эксплуатации.

Известна достаточно пластичная и прочная высокомарганцевая сталь Г13, которая удовлетворительно работает в условиях абразивного изнашивания в сочетании с ударными нагрузками. Ее поверхностный слой в результате наклепа упрочняется, а сердцевина, оставаясь пластичной, обеспечивает необходимые механические свойства.

Так, звездочки дробилок агломерата работают при ударных нагрузках.

Увеличение нагрузки вызывает незначительное увеличение износа.

1.1.2 Температура Большое значение в процессе эксплуатации имеет температурный режим дробилок агломерата.

Тепловой износ проявляется под воздействием теплоты, возникающей в результате трения звездочек дробилок агломерата при больших удельных давлениях.

Диапазон рабочих температур, при котором эксплуатируются детали, весьма широк. Во многих случаях процессы осложняются воздействием циклически изменяющихся температур и активной среды.

Температура горячего агломерата составляет около 900 °C. Ротор состоит из вала, на который одеты 21 звездочка и распорные кольца между ними. Замена ротора производится через 2 месяца работы. Остановка агломерационной машины для замены ротора дробилки производится за 48 часов. Детали дробилок агломерата работают в тяжелых условиях абразивного износа, обрабатывая агломерат, нагретый до 900 °C.

Существует система охлаждения, которая служит для охлаждения вала ротора путем циркуляции воды внутри полости вала.

Процессы, протекающие при износе трущихся поверхностей при повышенных температурах, сложны и мало изучены. Здесь могут происходить процессы пластической и упругой деформации, скалывание или отрыв частиц металла, растрескивание поверхности, изменение микрои субмикроструктуры, диффузионные и окислительные процессы, приводящих под воздействием значительных давлений к молекулярному сцеплению частиц трущихся поверхностей.

1.1.3 Вид рабочей среды Из условий эксплуатации, оказывающих влияние на изнашивание детали, следует указать на вид рабочей среды. Звездочки дробилок агломерата работают в различных условиях трения, ударов, абразивного изнашивания.

В зависимости от состояния трущихся поверхностей между деталями различают следующую фазу трения — сухую.

Абразивный износ широко распространён при трении звездочек дробилок, особенно работающих в абразивной среде.

1.1.4 Наличие абразивных частиц Твёрдые абразивные частицы находятся между поверхностями трения. При этом протекание износа не зависит от проникновения абразивных частиц на поверхности трения. Попадают ли эти частицы извне или они содержатся в одном из трущихся тел, или, наконец, образуются в самом процессе трения — характер износа не меняется.

Изменение размеров звездочек дробилок агломерата при абразивном износе зависят от ряда факторов: материала и механических свойств звездочек, режущих свойств абразивных частиц, удельного давления и скорости скольжения при трении.

По своей природе и механизму протекания абразивный износ близко подходит к явлениям, имеющим место при резании металлов, отличаясь от последнего своими специфическими особенностями — геометрией абразивных частиц и малым сечением стружки. Абразивный износ широко распространён при трении звездочек дробилок, особенно работающих в абразивной среде.

1.2 Геометрические и конструктивные характеристики Качество поверхности характеризуется физико-механическими и геометрическими свойствами поверхностного слоя звездочек дробилок агломерата. К физико-механическим свойствам относятся структура поверхностного слоя, твёрдость (микротвёрдость) и др.

Геометрическими свойствами являются шероховатость и направления неровностей поверхности, погрешности формы. Качество поверхности оказывает влияние на все эксплуатационные свойства дробилок агломерата: износостойкость, прочность и др. Целенаправленное формирование качества поверхности при изготовлении и восстановлении изношенных звездочек дробилок агломерата имеет огромное значение для обеспечения долговечности и надёжности дробилок агломерата.

1.2.1 Материал детали, твердость и габаритные размеры Звездочки дробилок агломерата на различных металлургических предприятиях изготовляются обычно из стали 70ХЛ.

Твердость у звездочек дробилок агломерата должна быть небольшой, т.к. звездочки работают при ударных нагрузках.

Размеры звездочки дробилки агломерата показаны на рис. 1.1

Рисунок 1.1 — Звездочка дробилки агломерата

1.2.2 Допустимый износ С целью испытания износостойкости наплавленных звездочек был собран экспериментальный ротор, смонтированный из 2-х опытных звездочек, наплавленный композиционным сплавом и 19-ти звездочек, изготовленных по старой технологии.

После 2-х месяцев ротор был снят с дробилки и осмотрен. Оказалось, что наплавленные звездочки имеют незначительный износ и пригодны к дальнейшей эксплуатации. Опытные звездочки были установлены повторно на ротор, в комплекте с новыми звездочками, изготовленными по старой технологии. После полного износа второго комплекта новых звездочек, опытные звездочки оказались пригодными к эксплуатации и были установлены в третий раз. После пяти месяцев эксплуатации износ звездочек не превышал 15% от допустимого. Поэтому срок службы звездочек повысится с 2-х — 3-х месяцев до 1 года.

Допустимый износ должен примерно составлять 10 — 15%.

1.3 Эксплуатационные характеристики детали В работающем агломерате наряду с рабочими возникают и развиваются различные вредные, разрушительные процессы, под влиянием которых уровень рабочих процессов снижается, а эксплуатационные качества дробилок агломерата ухудшаются.

К вредным процессам можно отнести изнашивание рабочей поверхности детали, усталость металла и др.

Развитие вредных процессов ведёт к росту параметра потока отказов и снижению надёжности дробилок агломерата.

Для управления вредными процессами и уменьшения их отрицательного действия на работоспособность агломерата необходимо рассматривать сущность физических явлений, которыми эти процессы сопровождаются.

1.4 Установление преобладающего вида изнашивания Величина износа, работающих деталей определяется совокупностью факторов, к числу которых относят: физические, химические и механические свойства трущихся поверхностей, род и характер трения; величину удельного давления между трущимися поверхностями и характер приложения нагрузки.

Применительно к агломерационному оборудованию ведущим видом износа является абразивное изнашивание [1, 2].

Абразивным изнашиванием называют изнашивание, вызываемое действием неметаллических твердых тел, обычно твердых минеральных частиц, движущихся относительно поверхности детали. При работе деталей машин встречаются самые разнообразные условия, определяющие воздействия таких твердых тел на металл. Ротор (рис. 1.2) является рабочим органом дробилки, производящим откалывание полос от пирога агломерата, их разламывание и продавливание через щели колосниковой решетки. Величина износа лопасти ротора одновалковой дробилки неравномерная. Значительно большему износу подвержены лопасти звездочек, расположенных в средней части ротора, как показано на рис. 1.3.

Рисунок 1.2 — Ротор дробилки агломерата

Рисунок 1.3 — Изношенный ротор дробилки агломерата Наиболее интенсивно изнашивается лобовая часть лопасти. Длина лопасти уменьшается в пределах от 10 до 70 мм, высота лопасти уменьшается на 10 — 30 мм. По толщине лопасть изнашивается неравномерно. Особенно интенсивно изнашивается верхняя рабочая часть лопасти (рис. 1.4).

Рисунок 1.4 — Изношенная звездочка дробилки агломерата Характер износа и срок службы звездочек дробилок агломерата различный на металлургических предприятиях.

1.5 Предыдущий выбор материала для наплавки детали При анализе износостойкости наплавленного металла доминирующая роль принадлежит структурному фактору. Основными факторами, определяющими сопротивление наплавленного металла абразивному износу, является содержание углерода и микроструктура. Увеличение количества карбидной фазы при увеличении содержания в наплавленном металле углерода повышает сопротивление абразивному изнашиванию.

Процессы, протекающие при износе трущихся поверхностей при повышенных температурах, сложны и мало изучены. Здесь могут происходить процессы пластической и упругой деформации, скалывание или отрыв частиц металла, растрескивание поверхности, изменение микрои субмикроструктуры, диффузионные и окислительные процессы, приводящих под воздействием значительных давлений к молекулярному сцеплению частиц трущихся поверхностей.

Установлено, что наплавка порошковыми проволоками типа ПП-25Х14В14, ПП-25В12М17К6 и ПП-30Х15М14К4 обеспечивает высокую износостойкость металла при высоких температурах, поэтому эта проволока может быт рекомендована для наплавки металлургического инструмента, работающего при температуре 1150° - 1200 °C в условиях терния по металлу. Порошковая проволока для наплавки сплавов типа сормайт-1 может использоваться для наплавки изделий, работающих при значительно меньших температурах [5, 6].

Присадка никеля несколько улучшает вязкость металла, но вместе с тем затрудняет отжиг. Отжиг сплава Х15Н2С2 (сормайт-2) лишь в малой степени снижает его твердость. Сталь Х13Н4 отжигу не поддается. Сталями Х12М, Х12Т и Х12ВФ наплавляют штампы для холодной штамповки гибочные ролики, тормозные шкивы сталь Х13Н4 применяется для наплавки бил молотковых дробилок, зубьев ковшей экскаваторов и др.

Наплавка производится покрытыми электродами порошковой электродной проволокой либо под легирующим флюсом низкоуглеродистой проволоки.

Если изделия подвергаются абразивному износу, тo очень часто от наплавленного металла требуется высокая износостойкость, причем изделия термически и механически не обрабатываются. В этих случаях широко используются сплавы, содержащие карбиды металлов. Сопротивление износу тем выше, чем большую долю структуры составляют твердые карбиды. Наивысшей твердостью обладают карбиды вольфрама, W₂C, к ним приближаются карбиды хрома, несколько ниже твердость карбида марганца, еще ниже карбида железа (цементита). При повышении температуры карбиды ведут себя по-разному: цементит сравнительно легко растворяется так же, как и карбид марганца; карбид хрома переходит в твердый раствор только при высоких температурах; карбид вольфрама сохраняет большую твердость и трудно растворяется даже при температуре близкой к температуре плавления.

Тип чугуна для наплавки выбирают в зависимости от назначения изделия.

Кроме сплавов, полностью расплавляемых в процессе наплавки, применяется наплавка литых и спеченных твердых сплавов в виде зерен, которые лишь частично растворяются в жидком металле и в основном сохраняют в наплавленном слое свой исходный состав и структуру. Подобные сплавы широко используются для армирования шарошек буровых долот, покрытия различных деталей дробильно-размольного оборудования, зубьев ковшей экскаваторов, черпаков и др.

Высокая износостойкость поверхности, армированной зернами твердых сплавов, обусловлена тем, что в процессе абразивного износа металл, связывающий отдельные зерна твердого сплава, стирается, а выступающие при этом зерна сохраняют острые кромки. По мере того, как зерна все больше выступают над поверхностью металла-связки, они при трении о породу испытывают возрастающую изгибающую нагрузку, которая, в конечном счете, приводит к излому и выкрашиванию зерен.

Поэтому к составляющим композитного наплавленного слоя — твердым зернам и связке — предъявляются определенные требования: зерна должны, кроме высокой твердости, обладать высокой прочностью, а связка — большой стойкостью против абразивного износа и обеспечивать прочное закрепление зерен.

Композитные наплавки не имеют строго определенного химического состава, поскольку степень растворения твердых зерен зависит от их размеров, температуры и продолжительности нагрева, а также от интенсивности перемешивания.

В таблице 1.1 приведен химический состав твердых сплавов, применяемых для армирования изнашивающихся деталей.

Таблица 1.1 — Литые карбидные сплавы

Литые карбиды вольфрама обладают исключительно высокой твердостью и весьма тугоплавки: W₃C плавится при 2600 °C разложением (образуется W₂C и графит) W₂C при 2525 °C, дает с WC эвтектику, плавящуюся при 2525 °C. Применяемые для наплавки зерна литых карбидов обычно близки к эвтектическому сплаву. Содержание свободного углерода в релите допускается не более 0,1%. При переносе в дуге капли металла достигают температуры порядка 2500 °C, и карбидные зерна растворяются в металле связки, что ведет к снижению износостойкости. Поэтому наплавка литых карбидов осуществляется ТВЧ или вольфрамовым электродом в среде аргона.

Широко применяется также наплавка ацетилено-кислородным пламенем. В последнем случае присадочным материалом служит порошковая проволока, так называемый «трубчатозернистый сплав», или ТЗС, в котором вес нелегированной оболочки составляет около 40% карбидного порошка — около 60%. При наплавке этими способами в наплавленном слое сохраняются зерна литого карбида размером в поперечнике примерно от 0,1 до 0,8 мм.

Исследование микроструктуры показывает, что каждое зерно твердого сплава окаймлено сплавом Fe-W-C, в котором концентрация вольфрама убывает по мере удаления от границы зерна. Микротвердость карбидных зерен составляет от 1500 до 2000 кг/ мм², тогда как для связки она колеблется примерно от 600 до 960 кг/ мм²[2, 7] .

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ При выборе процесса восстановления детали звездочки наплавлялись различными способами: индукционным, печным, дуговым и др.

Печной способ наплавки имеет низкую производительность.

При дуговой наплавке происходила диссоциация высших карбидов на низкие и углерод, снижая при этом износостойкость.

Метод индукционной наплавки детали потребовал бы очень дорогого и уникального оборудования.

Поэтому для наплавки звездочек дробилок агломерата рекомендуется способ электрошлаковой наплавки проволочным электродом с одновременным введением порошка твердой фазы при помощи дозатора.

2.1 Альтернативные варианты технологических процессов восстановления детали и их анализ Композиционные сплавы наплавляются низкотемпературными способами: индукционным, печным, газопламенным и др.

При дуговой наплавке с использованием наплавленных материалов, содержащих тугоплавкие соединения неизбежны существенные изменения в составе фаз и строении наплавленного металла по сравнению с исходными материалами.

При дуговой наплавке происходит частичная диссоциация высших карбидов на низкие и углерод. При этом значительно снижается износостойкость композиционных сплавов.

Печной способ разработан для наплавки деталей засыпных аппаратов доменных печей.

Для наплавки композиционного сплава на поверхность конуса одевается специально изготовленная рубашка. В образовавшийся зазор засыпают и утрамбовывают зерна релита. В верхней части формы устанавливают куски мельхиора. Количество мельхиора составляет от 45 до 50% веса релита. Затем форма закрывается крышкой и заваривается.

После чего конус устанавливается в печь и нагревается до 1150 °C.

После соответствующей выдержки изделие охлаждали до 450 °C и выдерживали при этой температуре в течении 24 часов. При этой температуре происходит старение мельхиора и его прочность и твердость повышаются.

В процессе выдержки изделия при температуре 1150 °C расплавленный мельхиор заполняют промежутки между зернами релита, смачивает поверхность релита и изделия. После кристаллизации мельхиор прочно связывает релит с основным металлом. Металлографический анализ показал, что между зернами релита, мельхиором и поверхностью изделия образуется надежное диффузионное соединение.

При печном способе наплавки в качестве металла-связки применяют материалы с температурой плавления не выше 1100 °C, что приводит к снижению жаропрочности наплавленного композиционного сплава.

Кроме того, печной способ наплавки имеет низкую производительность.

При индукционной наплавке в наплавочные порошкообразные материалы добавляют паяльный флюс. На наплавляемую поверхность детали насыпается смесь наплавленного порошка и флюса и слегка уплотняется. После чего к поверхности подводят индуктор, и подается напряжение на индуктор. За счет теплопроводности расплавляется сплавочная смесь. Зерна релита погружаются в расплав металла-связки. Метод индукционной наплавки деталей засыпных аппаратов доменных печей композиционными сплавами потребовал бы очень дорогого и уникального оборудования, а поэтому наплавлялись только детали распределителя шихты.

2.2 Выбор технологического процесса восстановления детали Способ электрошлаковой наплавки основан на использовании для нагрева свариваемых деталей тепла, которое образуется при протекании тока через расплавленный шлак. Процесс начинается с возбуждения дуги между электродом и изделием. Нагрев шлака, плавление проволоки и кромок изделия происходит за счет тепла, выделяющегося при протекании тока через жидкий шлак.

Жидкий металл, образующийся в результате плавления электродной проволоки и кромок изделия, заполняет зазор между изделием и ползуном, который охлаждается водой.

Известно несколько способов электрошлаковой наплавки деталей оборудования с целью повышения его износостойкости. Наиболее распространенными из них являются наплавка легированной проволокой сплошного сечения, порошковой проволокой, порошковой лентой и другими способами.

При электрошлаковой наплавке можно использовать неплавящиеся графитовые и вольфрамовые электроды.

Наплавка плоских поверхностей возможна в нижнем и вертикальном положениях наплавляемых поверхностей. При наплавке вертикальных поверхностей проволочным электродом минимальная толщина слоя равна 18 — 20 мм и регулируется зазором между ползуном и изделием.

Минимальная толщина слоя при наплавке горизонтальных поверхностей составляет 10 — 12 мм. При наложении более тонкого слоя возрастает скорость наплавки и процесс переходит из электрошлакового в дуговой.

Схема электрошлаковой наплавки композиционным сплавом в нижнем положении наплавляемой поверхности показана на рис. 2.1.

1 — медная водоохлаждаемая пластина; 2 — порошок карбидов; 3 — дозатор; 4 — сварочная проволока; 5 — подающие ролики; 6 — мундштук; 7 — шлаковая ванна; 8 — сварочный флюс; 9 — основной металл; 10 — ванна расплавленного металла; 11 — наплавленный композиционный сплав; 12 — шлаковая корка Рисунок 2.1 — Схема электрошлаковой наплавки композиционным сплавом в нижнем положении [2]

При наплавке композиционных сплавов электрошлаковый процесс имеет значительные преимущества перед другими способами наплавки. При дуговой наплавке порошковыми проволоками, шихта которых содержит карбиды металлов, последние, попадая в зоны высоких температур электрической дуги, диссоциируют на углерод и металл и растворяются в сварочной ванне.

В процессе кристаллизации сварочной ванны часть карбидов металлов выпадает из пересыщенного жидкого и твердого растворов. При этом карбиды металлов, выпавшие из растворов имеют более низкую твердость и износостойкость, чем литые карбиды.

При ЭШН литые карбиды, проходя через расплавленный шлак, очищаются от пленок окислов и загрязнения и, попадая в жидкий металл, хорошо им смачиваются. При этом зерна карбидов, попадая в зоны более низких температур, сохраняются от растворения и расплавления, за счет этого сохраняют свою высокую износостойкость [9, 10].

Кроме того, при ЭШН расплавленный металл надежно защищен от вредного влияния кислорода и азота воздуха толстым слоем расплавленного шлака, что обеспечивает высокий коэффициент перехода легирующих примесей из проволоки в наплавленный металл, благодаря чему возрастает его твердость, износостойкость.

При ЭШН высоколегированными сталями и сплавами возможно получение наплавленного металла без трещин при наплавке без предварительного подогрева или с предварительным подогревом до температур порядка 100 — 150 °C.

Возможна наплавка больших толщин наплавленного слоя при высокой производительности 50 — 100 кг/час. При ЭШН наплавленный металл содержит значительно меньше твердых примесей, шлаковых включений и пор, чем металл, наплавленный другими способами.

Состав композиционного сплава можно регулировать за счет изменения скоростей подачи проволоки и порошков карбидов в сварочную ванну.

Под наплавку каждая лопасть новой звездочки обрезается газовым резаком.

Затем звездочка крепится к планшайбе манипулятора при помощи специального приспособления. На дно кокиля устанавливается сменная графитовая пластина. За счет вращения планшайбы манипулятора звездочка устанавливается им в таком положении, чтобы наплавляемая поверхность звездочки находилась в вертикальном положении, а нижняя плоскость лопасти была поджата к данной графитовой пластине.

Нажимным винтом щеки кокиля поджимаются к стенкам лопасти. Так как лопасти звездочки перед наплавкой не подвергаются механической обработке, то между щеками кокиля и лопастью образуются несплошности.

Для предупреждения вытекания шлаковой и металлической ванн щели между кокилем и изделием уплотняются огнеупорной массой.

Наплавку производили электродной проволокой ПП-3Х2В8 под флюсом АН-20 [5, 6]. Одновременно с проволокой в сварочную ванну при помощи дозатора поддавался порошкообразный релит марки 3−4. Схема наплавки показана на рис. 2.2.

1 — лопасть звездочки; 2 — подвижная щека; 3 — неподвижная щека; 4 — ролики подающего механизма; 5 — проволочные электроды; 6 — мундштук; 7 — дозатор; 8 — порошок карбидов; 9 — шлаковая ванна; 10 — металлическая ванна; 11 — графитовая пластина; 12 — днище; 13 — наплавленный композиционный сплав; 14 — вода Рисунок 2.2 — Схема электрошлаковой наплавки Чтобы контролировать подачу воды для охлаждения кокиля сливные шланги устанавливаются над сливной воронкой с таким расчетом, чтобы свободно наблюдалась струя воды.

С целью устранения непроваров после наведения шлакового процесса первые 30? 40 мм наплавляли только проволочными электродами, а затем включали дозатор подачи порошка карбидов. Для снижения скорости растворения твердой фазы в матрице, струя порожка шлаковой ванны, ближе к поверхности внутренних стенок кристаллизатора.

Номинальная глубина проплавления основного металла обеспечивается в том случае, если электроды погружаются в шлаковую ванну на расстоянии 10? 15 мм от наплавляемой поверхности.

В верхней части ванны длина шлаковой ванны достигает 120 мм. С целью обеспечения нормального провара включается колебательный механизм, чтобы электроды совершали возвратно-поступательные движения.

После окончания процесса наплавки первой лопасти звездочки и кристаллизации шлаковой и металлической ванн подвижная щека кокиля отводится в сторону и кокиль на тележке откатывается из-под лопасти. За счет поворота планшайбы манипулятора совместно со звездочкой на 90° под наплавку устанавливается следующая лопасть звездочки и процесс наплавки повторяется.

Звездочка дробилки агломерата с наплавленными лопастями показана на рис. 2.3. Внешним осмотром установлено, что наплавленный металл не имеет сколов, пор, шлаковых включений, сплавление с основным металлом хорошее.

При реставрации изношенных звездочек лопасти дополнительной обработки перед наплавкой не требуют.

Рисунок 2.3 — Наплавленная звездочка дробилки агломерата Существенным отличием является различный характер износа и в связи с этим изменяется масса наплавленного металла и трудоемкость наплавки.

Однако высокая производительность электрошлаковой наплавки обеспечивает экономическую целесообразность реставрацию изношенных звездочек с одновременным увеличением износостойкости реставрированных деталей, по сравнению с новыми, изготовленными по старой технологии.

2.3 Выбор режимов восстановления детали При установившемся шлаковом процессе наплавка производится при следующих режимах, показанных в табл. 2.1.

Таблица 2.1 — Режимы наплавки при шлаковом процессе

В процессе наплавки необходимо следить за показаниями приборов.

3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ Установка состоит из сварочного аппарата А-535, манипулятора Т-25 М, подвижного кокиля, дозатора для подачи порошковой шихты и приспособления для крепления звездочек на манипуляторе. Общий вид установки показан на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 — Лабораторная установка для электрошлаковой наплавки плоских образцов В качестве источника питания процесса используется сварочный трансформатор ТШС-1000−3. Трансформатор переключен по однофазной схеме питания электродов с максимальным током до 2000 А.

Манипулятор Т-25 М используется для установки каждой лопасти звездочек в удобное для наплавки положение, т.к. работает как позиционер. В связи с этим он имеет только ручной привод наклона и ручной привод вращения планшайбы манипулятора.

По отношению к сварочному аппарату А-535 манипулятор установлен с таким расчетом, чтобы звездочка устанавливалась в плоскости направления колебания электродов. Такое взаимное расположение обеспечивает возможность наплавки горизонтальной рабочей поверхности звездочки за счет включения механизма колебаний электродов.

Дозатор обеспечивает подачу порошка твердого сплава в шлаковую ванну. Скорость подачи шихты регулируется сменными шестернями и перемещением телескопической трубки относительно ротора дозатора.

4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВОССТАНОВЛЕННОЙ ДЕТАЛИ После наплавки звездочек дробилок агломерата обязательно проводят контроль качества.

Контроль качества могут проводить как визуальным контролем, так и ультразвуковой дефектоскопией, обнаруживая при этом различные дефекты: поры, трещины, шлаковые включения и др.

4.1 Контроль качества Контроль качества продукции является необходимым элементом технологии, обеспечивающим её надёжность.

После наплавки исследуем наплавленную деталь. Внешним осмотром устанавливаем наличие в наплавленном металле сколов, пор, шлаковых включений, а также устанавливаем сплавление с основным металлом.

Для проведения контроля качества восстановленных звездочек дробилок агломерата используют выборочно метод ультразвуковой дефектоскопии. Ультразвуковая дефектоскопия основана на явлении распространения в материале ультразвуковых колебаний и отражения их от дефектов, нарушающих сплошность металла.

Для ультразвуковой дефектоскопии необходимы высокие частоты при небольшой мощности излучения. Контроль детали ультразвуковым методом можно осуществлять двумя способами: теневым и импульсивным эхо. Наибольшее распространение получили импульсные дефектоскопы, работающие на принципе отражения ультразвуковых волн.

Такие недостатки ультразвукового метода, проявляющиеся в слоистых гетерогенных структурах, как большое рассеивание сигнала, недостаточное осевое и боковое разрешение, в значительной мере могут быть устранены путём совмещения ультразвуковой техники с оптической голографией. Это позволяет использовать более низкие частоты (300 — 1400 кГц вместо 5 — 10 МГц), обеспечивает возможность разделения близколежащих дефектов и облегчает диагностику за счет наглядности изображения дефектов.

Ультразвуковой контроль обладает высокой чувствительностью к выявлению скрытых дефектов.

4.2 Повторный ремонт детали, непрошедшей контроль качества Звездочки дробилок агломерата могут иметь разнообразные дефекты, устранение которых производится различными способами.

Детали, негодные вследствие различных дефектов, трещин, обломов и др. направляют в склад утиля. Надо заметить, что отнесение деталей к группе негодных является в известной мере делом условным и во многом зависит от оснащенности ремонтного предприятия и возможности восстановления детали или их использования в качестве заготовки для изготовления других деталей.

Если наплавленная звездочка будет иметь такие дефекты, как поры или сетку пор, то нужно сделать перенаплавку детали, а если будут присутствовать трещины или сетка трещин — внеплановая переплавка детали.

ВЫВОДЫ Звездочки дробилок агломерата работают в условиях абразивного износа, раздробляя агломерат, разогретый до 800 — 900 °C. При работе в условиях абразивного износа лучшей износостойкостью обладают композиционные сплавы, состоящие из твердых зерен, связанных пластической матрицей. Зерна твердой фазы должны иметь твердость, которая значительно превышает твердость абразивного материала. При повышении прочности и твердости сплава-связки, при достаточной пластичности, износостойкость композиционного сплава повышается. Для наплавки звездочек дробилок агломерата рекомендуется способ электрошлаковой наплавки проволочным электродом с одновременным введением порошка твердой фазы при помощи дозатора. Изношенные звездочки с износом по диаметру более 160 — 180 мм восстанавливать электрошлаковой наплавкой экономически не целесообразно. При использовании для наплавки композиционного сплава релит + хромовольфрамовая сталь стойкость наплавленных звездочек повышается не менее, чем в 4 раза по сравнению со звездочками, изготовленными по старой технологии.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1 Восстановление и повышение износостойкости и срока службы деталей машин. / Попов В. С. — Запорожье: 2000. — 394 с.

2 Повышение износостойкости звездочек дробилок агломерата методом электрошлаковой наплавки. Отчет. / Комаренко Г. Я., Беляев В. М. — Новокузнецк: 1977. — 43 с.

3 Попов В. С., Брыков Н. Н. Металловедческие аспекты износостойкости сталей и сплавов. — Запорожье: 1996. — 178 с.

4 Хрущов М. М., Бабичев М. А. Абразивное изнашивание. — М.: Наука, 1970.

5 Походня И. К. Сварка порошковой проволокой. — К.: 1972. — 222 с.

6 Порошковая проволока для ЭДС. Каталог справочник / Походня И. К. — К.: 1980. — 180 с.

7 Шеенко И. М. Современные наплавочные материалы на основе тугоплавких соединений. — К.: Наумова думка, 1970. — 238 с.

8 Лившиц А. С. Индукционная наплавка твердых сплавов. — М.: Машиностроение, 1970.

9 Электрошлаковая сварка и наплавка. / Патон Б. Е. — М.: 1980. — 511 с.

10 Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. / Патон Б. Е. — М.: 1974. — 767 с.

11 Борисов Ю. С., Борисова А. Л. Плазменные порошковые покрытия. — К.: Техніка, 1986. — 222 с.