NAPAWANIE ELEMENTÓW SPIEKANYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

Transkrypt

1 84/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(2/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (2/2) PAN Katowice PL ISSN NAPAWANIE ELEMENTÓW SPIEKANYCH MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH R. KOLBUSZ 1, A. TABOR 2, W. WOJCIECHOWSKI 3 Instytut Inżynierii Materiałowej, Politechnika Krakowska Al. Jana Pawła II 37, Kraków STRESZCZENIE Spawanie i napawanie stosowane są powszechnie w naprawie i regeneracji części maszyn wykonanych głównie ze stali i żeliwa. W artykule opisani próbę naprawy uszkodzonego wieńca koła zębatego wykonanego z materiału spiekanego. Próby napawania przeprowadzono przy użyciu półautomatu do spawania w osłonie gazów i ręcznie elektrodą do napawania. Key words: regeneration, surfacing by welding, arc welding surfacing, surfacing of sintered metal. 1. WPROWADZENIE Zużycie części maszyn i urządzeń jest zjawiskiem normalnym i na ogół przewidywalnym zarówno w czasie jak i w odniesieniu do stopnia zużycia. O ile koszty regeneracji nie przekraczają ceny nowej części - zużyte części mogą i powinny być regenerowane w sposób zaplanowany, co oznacza, że proces regeneracji może być przygotowany i przeprowadzony poprawnie tak, aby stopień użyteczności regenerowanych części był w pełni zadawalający. Problemy pojawiają się w sytuacjach awarii przypadkowych gdy uszkodzenie danego elementu jest skutkiem nieprzewidzianego zdarzenia. O ile uszkodzeniu uległa część, którą można wymienić na nową problem w zasadzie nie istnieje nie licząc ewentualnych strat wynikłych 1 mgr inż., rkolbusz@mech.pk.edu.pl 2 dr inż., atabor@mech.pk.edu.pl 3 dr hab.inż., wwojcie@mech.pk.edu.pl

2 z przerw w pracy. Brak części zapasowych, uszkodzenie części nietypowego urządzenia itp. stwarza konieczność bądź to dorobienia uszkodzonej części lub jej naprawę. W przypadku znormalizowanych lub nieskomplikowanych części wykonanie nowej wydaje się najprostszym sposobem naprawy; gdy jednak uszkodzona część z różnych powodów nie może być wykonana jedynym rozwiązaniem pozostaje jej naprawa. Obecnie techniki spawalnicze umożliwiają przeprowadzenie napraw praktycznie każdej uszkodzonej lub zużytej części na drodze spawania lub napawania. Metody spawalnicze pozwalają na przywrócenie właściwości użytkowych naprawianym elementom w krótkim czasie i na ogół przy niewielkich kosztach. Koszty naprawy związane są także z zastosowaną metodą napawania. Wykorzystanie wysokowydajnych metod napawania nie zawsze jest opłacalne, często z tych lub innych względów, również niedostępne. W niniejszym artykule opisano próbę naprawy uszkodzonego wieńca zębatego metodami konwencjonalnymi. Problem polegał na tym, że wieniec był wykonany z nieznanego materiału spiekanego. 2. OCENA MOŻLIWOŚCI PRZEPROWADZENIA NAPRAWY Fragment uszkodzonego wieńca zębatego przedstawiono na rys.1. Wieniec był wykonany z materiału spiekanego o nieznanym składzie chemicznym. Twardość materiału wieńca mierzona na górnej powierzchni zębów wynosiła - średnio 93,8 HV10. Rys.1. Fragment uszkodzonego wieńca zębatego. Fig.1. The fragment of the damaged toothed wheel rim. W warunkach rzeczywistych brak podstawowych danych wymusza daleko idącą ostrożność przy wyborze metody i doborze parametrów napawania. Dla potrzeb niniejszych badań na fragmentach zębów wieńca wykonane zostały napoiny ręcznie 230

3 elektrodami otulonymi (elektrodą EN450B i EB155), półautomatycznie w osłonie mieszaniny argonu i CO 2 (drutem OK.Autrod.12.56), metodą TIG w osłonie argonu (drutem FX 308LSi). 3. BADANIA WŁASNE W celu ustalenia ostatecznej warunków napawania wieńca zębatego wykonano próbne napoiny na fragmentach materiału wieńca: - ręcznie elektrodą otuloną do napawania - elektroda EN 450 B; próbka oznaczona symbolem H, - metodą TIG w osłonie argonu drutem gat. FX 308LSi; próbka oznaczona symbolem S, - metodą TIG w osłonie argonu drutem gat. 308LSi warstwa pośrednia oraz ręcznie elektrodą EN 450B warstwa zewnętrzna; próbka oznaczona symbolem SH. Warunki wykonania napoin przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Parametry napawania Table 1. Parameters of surfacing Metoda napawania Ręczne elektrodą otuloną TIG argon 6 [l/min] Materiał dodatkowy Średnica mat. dodatkowego Natężenie prądu spawania Rodzaj prądu biegunowość - [mm] [A] - EN 450 B 3, DC {+} FX 308 L Si 1,2 86 DC {-} Przed napawaniem powierzchnia podłoża, z uwagi na jego porowatość została przepłukana rozcieńczalnikiem organicznym i dokładnie wysuszona sprężonym powietrzem. Powierzchnie sąsiednich zębów były osłaniane nakładkami miedzianymi. Wykonane napoiny poddano badaniom wizualnym, a następnie ze wszystkich stref napawanych (próbki H, S, SH) wykonano szlify metalograficzne, które obserwowano po wytrawieniu 4-ro procentowym roztworem HNO 3 w alkoholu etylowym. Na rys.2.4 przedstawiono mikrostruktury stref napawanych w miejscu przejścia: napoina materiał podłoża. 231

4 Powiększenie 150:1. Trawione 4 % HNO 3. Rys.2. Mikrostruktura strefy wtopienia próbki H. Fig. 2. The microstructure of the penetration zone the sample H. Powiększenie 150:1. Trawione 4 % HNO3. Rys.3. Mikrostruktura strefy wtopienia próbki S. Fig. 3. The microstructure of the penetration zone the sample S. Powiększenie 150:1. Trawione 4 % HNO3. Rys. 4. Mikrostruktura strefy wtopienia próbki SH. Fig. 4. The microstructure of the penetration zone the sample SH. 232

5 Dokonano pomiaru twardości stref napawanych na powierzchni przekrojów poprzecznych próbek. Wyniki pomiarów twardości przedstawiono na wykresie na rys.5. Twardość HV10 stref napawanych HV Odległość od SW w [mm] HV 10 H HV 10 SH HV 10 S Rys. 5. Rozkład twardości w strefach napawanych próbek. Fig. 5. The distribution of hardness in zones of fill with samples. 4. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ I WNIOSKI Oceniając przebieg i wyniki badań próbnych napoin stwierdzono, że napoiny wykonane metodą MAG i TIG (niezależnie od użytego materiału dodatkowego) mimo nie budzących zastrzeżeń mikrostruktur stref wtopienia (rys. 3 i rys. 4) nie spełniały oczekiwań i uznane zostały za nieprzydatne z powodu nadmiernych podtopień przekraczających dopuszczalne wartości. Postanowiono przeprowadzić naprawę uszkodzonego wieńca zębatego na drodze napawania ręcznego elektrodami otulonymi. Jak wynika z rozkładu twardości stref napawanych przedstawionych na wykresie (rys. 5) najkorzystniejszy rozkład twardości występuje w przypadku napawania ręcznego elektrodami EN 450 B. Zwraca jednak uwagę niska (0k. 100 HV10) twardość materiału (spieku) wieńca w stosunku do twardości napoin niezależnie od przyjętej metody napawania wszystkie napoiny posiadały twardość powyżej 300 HV10. Analizując powyższe za najkorzystniejszą metodę napawania przedmiotowego wieńca zębatego uznano ręczne napawanie elektrodami otulonymi gat. EN 450 B. Przyjęto takie same parametry napawania jakie zastosowano przy wykonywaniu napoin próbnych przedstawionych w tab

6 Na rys. 6 pokazano naprawiony wieniec zębaty po obróbce mechanicznej. Rys. 6. Zregenerowany wieniec zębaty. Fig. 6. The toothed wheel rim after regeneration. Problem nie zadawalających wyników napawania w osłonie gazów stanowi przedmiot odrębnego opracowania. LITERATURA: [1] Katalog f-my ELEKTRODY BAILDON, Katowice [2] Strona internetowa f-my MOST THE SURFACING OF SINTERED ELEMENTS OF CONSTRUCTION MATERIALS SUMMARY Welds and filling with they are applied in repair and regeneration of the part of machines made from steel and cast iron mainly universally. In the article described the test of the repair of the damaged of the toothed wheel rim executed from the sintered material. The tests of filling with were conducted using semi-automatic to welding in the protection of gases and by hand using the electrode to filling with. Recenzował: prof. Józef Dańko. 234