устройство для ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами

Формула изобретения

Устройство для ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами, содержащее ограждение, выполненное из термостойкого материала с поперечным сечением в форме эллипса, описывающего контур дефекта на поверхности изделия, и снабженное крышкой с центральным отверстием для поджигания термитной смеси, причем полость ограждения заполнена экзотермической смесью со связующим, отличающееся тем, что в верхней части ограждения перед крышкой установлена перегородка из термостойкого материала, в центре которой выполнено отверстие, при этом в перегородке выполнены отверстия, расположенные вокруг центрального отверстия, диаметр которых одинаков и равен диаметру отверстия в крышке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для ремонта литых деталей из черных и цветных металлов, имеющих поверхностные дефекты типа открытых раковин, а также деталей, изношенных при эксплуатации и имеющих открытые дефекты типа выбоин, трещин, прогаров.

Известен способ ремонта изделий с открытыми дефектами поверхности (авторское свидетельство СССР № 1727969 от 06.12.1989 г.). Известный способ осуществляют с помощью устройства, представляющего собой кожух, заполненный экзотермической смесью. Объем смеси V, необходимый для ремонта дефекта, и высота Н кожуха определены из соотношений:

где P - плотность сплава, кг/м³ , m - масса металла, образующегося из 1 м³ смеси, кг, V_g - объем дефекта, м³, S_g - площадь дефекта, м². Кожух выполнен из отдельных чугунных элементов, имеющих форму прямоугольных параллелепипедов, установленных по контуру дефекта вплотную друг к другу. При этом шлак, защищающий наплавляемый металл, остается до конца процесса, качество наплавки повышается. Однако в процессе заварки дефекта из верхней части кожуха происходит интенсивное разбрызгивание металла и шлака, что ухудшает условия труда.

Известен также способ ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами, защищенный патентом РФ № 2182063 от 11.11.1999 г., который принят за прототип. Устройство для осуществления этого способа принято за прототип. По прототипу применяют ограждение, в котором размещена экзотермическая смесь со связующим. Ограждение выполнено из термостойкого материала в виде цилиндра с поперечным сечением в форме эллипса, описывающего контур дефекта на поверхности изделия, и снабжено крышкой с центральным отверстием для поджигания термитной смеси. Такое выполнение устройства обеспечивает возможность качественной заварки малых поверхностных дефектов металлических изделий. Наличие крышки на ограждении позволяет также уменьшить разбрызгивание металла и шлака в процессе экзотермической реакции. Однако полностью устранить это разбрызгивание с помощью прототипа не удается, остается высокой вероятность ожогов рабочих, что существенно ухудшает условия труда.

Технический результат предлагаемой конструкции устройства - улучшение условий труда за счет устранения опасного разбрызгивания шлака в процессе экзотермической заварки поверхностных дефектов.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство содержит ограждение, выполненное из термостойкого материала в виде цилиндра с поперечным сечением в форме эллипса, описывающего контур дефекта на поверхности изделия. Ограждение снабжено крышкой с центральным отверстием для поджигания экзотермической смеси. Полость ограждения заполнена экзотермической смесью со связующим. В отличие от прототипа, в верхней части ограждения перед крышкой установлена перегородка из термостойкого материала, в центре которого выполнено отверстие. Кроме того, в перегородке выполнены несколько отверстий, которые расположены вокруг центрального отверстия. Диаметр всех отверстий в перегородке одинаков и равен диаметру отверстия в крышке.

Такое выполнение устройства ограничивает выплески реагирующих в процессе наплавки компонентов экзотермической смеси. Центральное отверстие в перегородке обеспечивает возможность поджигания смеси. Отверстия в перегородке, окружающие центральное отверстие, позволяют уменьшить давление в полости ограждения, увеличивающееся по мере сгорания смеси. В результате разбрызгивание шлака и металла при экзотермической реакции в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом уменьшается, что улучшает условия труда рабочих, выполняющих заварку дефектов.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в продольном разрезе, а на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предлагаемое устройство содержит ограждение 1 из термостойкого материала. Ограждение 1 имеет поперечное сечением в виде эллипса, описывающего контур дефекта 4 на поверхности обрабатываемого изделия 3. Полость ограждения 1 заполнена экзотермической смесью 2 со связующим. На верхнем торце ограждения 1 установлена крышка 5. В верхней части крышки 5 имеется центральное отверстие 6, которое служит для поджигания экзотермической смеси. В верхней части ограждения 1 под крышкой 5 установлена перегородка 9, выполненная из термостойкого материала. В центре перегородки 9 имеется отверстие 8, диаметр которого равен диаметру отверстия 6 в крышке 5. Кроме того, вокруг центрального отверстия 8 в перегородке 9 расположены несколько дополнительных отверстий 7, имеющих такой же диаметр, как и отверстия 6 и 8.

Такое выполнение устройства обеспечивает достижение технического результата, поскольку перегородка 9 закрывает помещенную в ограждение 1 экзотермическую смесь 2 и не позволяет нагретым частицам шлака и металла выходить сосредоточенным потоком через отверстие 6 в крышке 5. Основная часть этих частиц, выходя вместе с газами через отверстия 7 в перегородке 9 в полость крышки 5, отражается внутренней поверхностью крышки 5 и теряет часть своей кинетической энергии. В результате уменьшается давление в полости крышки 5. Лишь небольшая часть этих частиц может выходить за пределы предлагаемого устройства через центральное отверстие 8 в перегородке и отверстие 6 в крышке. Но и эти частицы вследствие понижения давления в полости крышки 5 будут обладать малой кинетической энергией. В результате разбрызгивание шлака и металла при экзотермической реакции в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом уменьшится. Это существенно улучшит условия труда рабочих при выполнении операций по заварке дефектов.

Соосность отверстий 6 в крышке 5 и 8 в перегородке 9 обеспечивает возможность поджигания экзотермической смеси 2 в начале процесса. Расположение отверстий 7 вокруг центрального отверстия 8 в перегородке 9 способствует разбиванию общего потока продуктов горения на несколько локальных потоков. Равенство диаметров отверстий 7 и 8 выравнивает энергию каждого из локальных потоков. Все это способствует более равномерному распределению давления в полости крышки и уменьшает энергию потока, выходящего через отверстие 6 в крышке. В результате по сравнению с прототипом обеспечивается более спокойный выброс продуктов горения термитной смеси в атмосферу, что подтвердилось при экспериментальной проверке предлагаемого устройства.

Примером применения предлагаемого устройства может служить процесс заварки поверхностного дефекта на стальной детали. Для проверки эффективности предлагаемого устройства применяли цилиндрические образцы имитаторы изделия 3 (фиг.1) из стали Ст.45 диаметром 120 мм высотой 50 мм. На торце образца 3 газовым резаком выплавляли имитатор дефекта 4, который представлял собой лунку диаметром 40 50 мм и глубиной 15 20 мм.

Были изготовлены 5 устройств по прототипу, состоящих из ограждения 1 и крышки 5 без перегородки 9 и 5 предлагаемых устройств с перегородкой 9, в которой были выполнены одно центральное отверстие 8 и четыре отверстия 7. В обоих случаях в крышках 5 были выполнены отверстия 6. Все отверстия имели диаметр 5 мм. Ограждения 1, крышки 5 и перегородки 9 были сделаны из формовочной земли, применяемой в литейном производстве. Ограждение 1 наполняли термитной шихтой, замешанной на жидком натриевом стекле и состоящей из алюминиевого порошка АПВ-4 (30%) и железной окалины после дробеметной очистки термообработанных стальных деталей (70%). Масса шихты во всех случаях составляла 0,2 кг.

Каждый образец с имитатором дефекта и поставленным на дефект устройством с шихтой устанавливали на шамотовый кирпич и подогревали газопламенной горелкой до 900°C. Затем той же горелкой через отверстие 6 в крышке поджигали термитную смесь. В процессе горения смеси замеряли время горения и расстояние, на которое разлетались брызги, образующиеся в результате экзотермической реакции. После окончания процесса горения смеси и охлаждения образца разбивали молотком шлаковый каркас и производили визуальный контроль качества формирования наплавленного металла. Как с устройством по прототипу, так и с применением предлагаемого устройства формирование наплавленного металла было удовлетворительным, имитатор дефекта заполнялся металлом полностью, видимых дефектов не было.

В процессе экзотермической реакции с устройством по прототипу термитная смесь вспыхивала в течение 2 3 с и полностью сгорала за 18 20 с. В процессе горения четко выделялись три стадии. Первая стадия длилась с момента воспламенения смеси в течение 5 7 с. Горение в этой стадии было бурным, наблюдалось интенсивное разбрызгивание раскаленных частиц смеси через отверстие 6 в крышке. Брызги разлетались на расстояние 3 6 м. Во второй стадии процесс становился более стабильным, количество брызг уменьшалось. Брызги разлетались на расстояние 1,5 2,0 м. Продолжительность этой стадии составляла 5 8 с, после чего она плавно переходила в третью, конечную, стадию. В третьей стадии процесс горения смеси наиболее стабилен, продолжительность ее - 3 5 с. Брызги в этой стадии разлетались не более чем на 0,5 м.

В результате применения предлагаемого устройства длительность процесса зажигания смеси и продолжительность ее горения не изменились. Однако резко изменились длительность и характер процесса в различных стадиях горения смеси. В первой стадии горения, продолжительностью 2 3 с, наблюдались брызги, разлетающиеся на расстояние не более 0,5 м. Вторая и третья стадия практически слились. Наблюдались отдельные брызги шлака, угасавшие в пределах круга радиусом 0,1 0,3 м, процесс горения происходил спокойно.

Результаты экспериментов показали, что предлагаемое устройство для ремонта деталей с открытыми поверхностными дефектами может быть изготовлено и применено с помощью известных в технике средств и материалов и обеспечивает технический эффект, заключающийся в резком уменьшении разбрызгивания раскаленных частиц шлака, что улучшает условия труда. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.