Восстановление изношенных деталей дуговой полуавтоматической и автоматической наплавкой
Наплавка является одним из наиболее эффективных и экономически выгодных способов восстановления изношенных деталей. Однако в этом случае задачи наплавки усложняются конструктивными различиями изношенных деталей, значительным разнообразием условий их работы, а также большой номенклатурою применяемых для их изготовления сталей и сплавов.
При наплавке, как правило, приходится иметь дело с проблемами сварки разнородных материалов, один из которых, наиболее часто, относится к неудовлетворительно или плохо свариваемых, или имеет низкую трещиностойкость. Для борьбы с трещинами применяется наплавка подслоя из пластичных сталей, предварительный, а иногда сопутствующий подогрев, замедленное охлаждение детали после наплавки. Все эти меры требуют дополнительных материальных и энергетических затрат и (в связи с ростом цен на энергиносители) понижают эфективность применения наплавки. С учетом последнего обстоятельства, разрабатываются материалы для наплавки, которые обеспечивают получение наплавленного металла не только высокой трещиностойкости, а и таких, которые имеют необходимые эксплуатационные свойства% абразивную износостойкость, термическую стойкость, антикорозионные свойства и т.д. Разработанная порошковая проволока ПП-АН202, наплавленный металл которойотвечает низкоуглеродистой высоколегированной хромомарганцевой стали и имеет высокую износостойкость в условиях трения металла по металлу с присутсвием абразива. Он упрочняется вследствие влияния высоких контактных нагрузок, что еще больше увеличивает его износостойкость. Проволока рекомендована для наплавки деталей из средне- и высокоуглеродистых сталей без подогрева.
Новые порошковые проволоки ПП-АН193 и ПП-АН204 обеспечивают получение наплавленного металла типа мартенситностареющих сталей, которые имеют высокуютвердость, термическую- и износостойкость при трении металла по металлу при повышенных температурах. Этими проволоками можно наплавлять без подогрева штампы и штамповую оснастку из инструментальных сталей для горячего и холодного деформирования металлов.
Разрабатываются экономнолегированные материалы для наплавки (сумарное содержание легирующих элементов до 5%) с триботехническими характеристиками на уровне высоколегированных наплавочных материалов. Так, металл, наплавленный экономнолегированной порошковой проволокой ПП-АН194, имеет показатели износостойкости в 2-3 раза выше, чем в аналогичных по легированию раньше разработанных материалов для наплавки, что достигается за счет формирования в наплавленном металле микроструктур, отвечающих принципу Шарпи: отдельные твердые включения с низким коэффициентом трения и малой склонностью к задиру расположенные в пластичной матрице.
С использованием новых материалов разработанны технологии наплавки ответственных деталей оборудования горно-обогатительных комбинатов. Восстанавливались корпусные детали (станина и копус кольца) конусных дробилок; валы конусов, которые измельчают руду, конусных дробилок; корпуса тележек обжиговых машин дляпроизводства окатышей; зубчатые венцы шаровых мельниц размола руды и т.д.
Для восстановления станины и корпуса кольца (рис.1) использовали полуавтоматическую наплавку порошковой проволокой ПП-АН198, которая обеспечивает получение наплавленного металла с механическими показателями, близкими к основному металлу. Наплавка изношенных поверхностей станины делали отдельными секторами в несколько слоев. При необходимости делали кантовку станины для установки поверхности, которую наплавляют, в удобное для наплавки положение. Общее время наплавки одной станины 17 дней, на наплавку потрчено более 600 кг порошковой проволоки. Механическая обработка наплавленных поверхностей не вызывала затруднений. После механической обработки на наплавленных поверхностях дефектов выявлено небыло.
Рис. 1. Схематическое изображение корпуса кольца (а, б) и станины (в) (поверхности, которые наплавляют, обозначены жирными линиями)
Аналогично делали наплавку корпуса кольца. Сначала делали наплавку торцевой поверхности (при ее горизонтальном расположении) Наплавку вели секторами в два слоя. Потом делали наплавку конических и вертикальных поверхностей, которые кантактируют с аналогичными поверхностями станины. Наплавку изношенных или разрушенных витков упорной резьбы начинали с горизонтального участка и производили таже секторами. При необходимости в некоторых зонах наплавки применяли подформовку наплавленного металла при помощи медных пластин. Общее количество порошковой проволоки, использованной на наплавку корпуса кольца, более 500 кг. Механическая обработка корпуса кольца не вызывала трудностей, дефекты в наплавленном металле отсутсвовали.
Корпуса тележек обжиговых машин имеют массу около 5 т., длину 4 м и отливаются из стали 14ХМТЛ. Тележки собираются в замкнутую агломерационную ленту, на которой находятся окатыши. Основной причиной вихода тележек из строя является деформация их боковых балок в следствие неравномерного нагрева. Внешний осмотр корпусов 70 тележек, которые вышли из строя, показал, что на них практически отсутсвует окалина, не выявленытакже трещины термической усталости.
Для наплавки тележек использовалась полуавтоматическая наплавка самозащитной порошковой проволокой ПП-АН198, которая обеспечивает получение наплавленного металла близкого по составу к материалу из которого изготовлены корпуса тележек. В зависимости от величины изгиба выбирали количество слоев наплавки. После наплавки каждого слоя производилась механическая зачистка наплавленной поверхности абразивными кругами. После завершения наплавки механически зачищали наплавленную поверхность по всей длине балки, обеспечивая зазор между наплавленной поверхностью и специальным шаблоном не более 1-2 мм. Общее количество металла, наплавленного на один корпус тележки составляет 110-120 кг. По предлагаемой технологии было наплавлено более 70 штук тележек.
Разработана технология наплавки изношенных зубьев венца привода вращения шаровой мельницы с следующими характеристиками: модуль зубьев - 20; количество зубьев - 268; длина зубьев - 800 мм; угол наклона зуба 5 град 15 мин; внешний диаметр венца - 5410 мм; количество секторов - 2; общая масса двух секторов венца - 16,5 т. Наплавку зубьев вели полуавтоматически порошковой проволокой ПП-АН198 в непрерывном режиме с предварительным подогревом 200-250 град. С. Сначала наплавлялись торцы зубьев, потом производилась наплавка вдоль зуба обратно-поступательным методом. Общее время наплавки двух секторов зубчатого венца - 27 дней, расход порошковой проволоки - 2350 кг. Всего было наплавлено и обработано три зубчатых венца (рис. 2)
Рис. 2. Внешний вид (а), профиль изношенных зубьев (б) и восстановленные сектора зубчатого венца шаровой мельницы
Наибольшие затруднения возникли при разработке технологии наплавки вала конуса, который измельчает руду, он изготавливается из стали 40 или легированной стали типа 34ХНМ. Износ (до 10-12 мм на сторону) происходит в зоне контакта верхней цилиндрической части вала с бронзовой втулкой вследствие попадания в зазор между ними пыли с увеличенными абразивными свойствами. Выходит из строя во время эксплуатации и часть вала с упорной резьбой, на которой подвешен конус. в этом случае вследствие проявления усталостных процессов происходили отколы отдельных витков резьбы (модуль в диапазоне 40-50), или местное разрушение нескольких ее витков. Внешним осмотром дефекты усталостного происхождения (трещины) могут быть не выявлены, однако под воздействием термического цикла наплавки они могут роскрыться и переходить в наплавленный металл, что недопустимо.
Перед наплавкой востанавливаемый участок подвергают ультразвуковому контролю. В случае наличия трещины усталостного характера они обязательно удаляються с помощью механической обработки абразивными кругами. Для наплавки использовали самозащитные порошковые проволоки марок ПП-АН-198 и ПП-АН-202.
Изношенную цилиндрическую часть конуса наплавляли порошковой проволокой ПП-АН-198, а более нагруженную резьбовую - высоколегированной проволокой ПП-АН202 (рис. 3). Наплавленный металл имеет твердость не более 30 HRC, что позволяет без больших трудностей производить его механическую обработку, после которой качество наплавленного металла контролируют ультрозвуковым методом. Затраты на восстановление валов конусов не превышают 30% стоимости новых при приблизительно одинаковом сроке эксплуатации.
Рис. 3. Восстановление вала конусной дробилки дуговой наплавкой:
а -схематическое изображение восстанавливаемой поверхности конуса;
б - полуавтоматическая наплавка изношенной поверхности конуса.
Разработана технология наплавки деталей из стали Г13Л, которые работают в условиях абразивного изнашивания с интенсивными ударными нагрузками. Для наплавки использубт порошковую проволоку ПП-АН105 в самозащитном варианте и для наплавки под флюсом АН-26П. С использованием самозащитной проволоки ПП-АН105 полуатоматически налавляли лифтеры и детали футеровки мельниц самоизмельчения из стали Г13Л. Под флюсом АН-26П проволокой пп_АН105 автоматически наплавляли цилиндрические валки валковых дробилок. Порошковая проволока ПП-АН105 хорошо себя зарекомендовала себя и при восстановлении ковшей крьерных экскаваторов вместительностью 5, 8 и 10 м куб. (рис. 4)
Рис. 4. Восстановление изношенного ковша экскаватораобъемом 5 м куб:
а - изношенный ковш; б - ковш после восстановления.
С использованием новой экономнолегированной проволоки ПП-АН194, которая обеспечивает получение наплавленного металла с повышенными триботехнические характеристики, разработаны технологии автоматической наплавки деталей, которые работают в условиях сухого трения металл по металлу: крановых колес, котушек шнеков диффузионных аппаратов сахарных заводов и т.п. (рис. 5).
Представленный в данной статье относительно неполный список восстановленных с помощью наплавки деталей, в основном крупногабаритных, убедительно доказывает большие потенциальные возможности применения новых наплавочных материалов и индивидуально разработанных для них тхнологий восстановления изношенных поверхностей деталей разного назначения.
