Нурмамбетов С.М. д.т.н. Республика Казахстан, Алматы

Казахский университет путей сообщения

ВОССТАНВЛЕНИЕ ПРОФИЛЯ ГРЕБНЯ БАНДАЖА КОЛЁСНОЙ ПАРЫ ЭЛЕТРОВОЗА МЕТОДОМ НАПЛАВКИ

Наиболее эффективным методом повышения долговечности бандажей колесных пар локомотивов, у которых износ гребня значительно опережает рост проката, является наплавка изношенных гребней. Этот метод по сравнению с восстановлением обточкой и получение профиля за счет уменьшения толщины бандажа позволяет обеспечить восстановление профиля поверхности катания колеса до альбомных размеров и сократить затраты на ремонт локомотивов. Ранняя технология не нашла широкого применения из-за невозможности соблюдения термического режима наплавки, особенно в холодное время года, неудовлетворительной износоустойчивости наплавленного слоя, появления термических трещин в гребне. При наплавке высокоуглеродистой, с содержанием 0,55-0,65% углерода, предварительно напряженной стали бандажа, значительно возрастает вероятность появления трещин в наплавленном металле в зоне термического влияния из-за больших напряжений при остывании наплавленного слоя на относительно холодном бандаже. Предлагаемый способ наплавки гребня методом "лежачего электрода" не нуждается в соблюдении жестких термических режимов, без предварительного нагрева бандажа до 300-350 ⁰С. Позволяет:

-производить наплавку наплавочного материала на терморегулирующий подслой, который сводит к минимуму термические и структурные напряжения в зонах сплавления металла бандажа с наплавочным материалом; -осуществлять процесс наплавки при температуре бандажа 18-20 ⁰С дискретно, без перегрева бандажа; -производить постоянный контроль заданных температурных режимов,

-получать необходимое качество наплавленного металла;

-использовать для наплавки низкоуглеродистую проволоку или стальную полосу и в процессе наплавки обеспечивать легирование наплавленного слоя.

Выбор наплавочного материала и флюса при наплавке гребней локомотивов рекомендуется использовать проволоку марок СВ-08 (табл. 1).

Для наплавки низкоуглеродистыми проволоками или полосками рекомендуется следующие варианты подбора флюса в зависимости от химического состава наплавляемого материала (таблица 2). Практика восстановления гребней низколегированной проволокой СВ-08 под слоем флюса только марки АН-348А показала, что износоустойчивость наплавленного материала недостаточна и составляет 25-35% износоустойчивости металла бандажа.

Таблица 1

Марка проволоки	Химический состав (%)
	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	S	P
СВ-08	0,2-0,4	0,5	1,0-1,8	0,25	-	-	0,025	0,030
СВ-08ГА	0,05-0,11	0,7-0,9	1,8-2,0	0,20	0,25	-	0,025	0,030
СВ-08Г2С	0,05-0,11	0,7-0,95	1,8-2,1	0,20	0,25	-	0,025	0,030
СВ-08ХГС	0,15-0,22	0,90-1,20	0,8-1,10	0,8-1,1	0,30	-	0,025	0,030
СВ-08ХМ	0,06-0,10	0,12-0,30	0,35-0,60	0,9-1,2	0,30	0,2	0,025	0,030
СВ-08Х2ГС	0,05-0,11	0,70-0,95	1,7-2,1	0,7-1,1	0,25	-	0,025	0,030

Таблица 2

Флюсы и их смеси в частях	Химический состав наплавочного материала					Марка наплавочных материалов
	C	Si	Mn	Cr	Ni
АН-60	0,05-0,22	0,7-1,2	0,3-1,4	0,2-1,2	0,25-0,30	СВ-08 СВ-08ГА СВ-08Г2С СВ-08ХГС
1 часть АН-60 2 части АНК-18	0,23	0,46	1,46	1,3	0,11
1 часть АН-60 2 части АНК-18	0,32	0,30	1,64	1,8	0,4

Применение керамических флюсов марок АНК-18 и АН-60 позволял при использовании проволоки из низкоуглеродистых материалов, получить удовлетворительную износостойкость наплавляемого металла. Расширяется диапазон применения наплавочных материалов пол слоем керамического флюса марок АНК-18 и АН-60, позволяющий при использовании недефицитных сварочных низкоуглеродистых материалов, получить присадочный металл удовлетворительной износоустойчивости. Керамический флюс АНК-18 предназначен для автоматической и полуавтоматической наплавки деталей из углеродистых сталей с целью получения износоустойчивого металла твердостью 320-450НВ после наплавки. В процессе наплавки указанный флюс обеспечивает хорошее формирование наплавленного слоя, легкую отделяемость шлаковой корки, устойчивое горение дуги. Уменьшение твердости наплавки под слоем флюса АНК-18 достигается двумя методами:

1 изменением наплавочного режима - понижением на 35-20% напряжения дуги;

2 смешением флюса АНК-18 с флюсом АН-60 (таблица 2).

Твердость наплавленного металла, при использовании смесей флюсов находится в пределах 15-20 НВ. Наплавленный слой металла характеризуется плотностью отсутствием внутренних дефектов. Сплавление с основным металлом и слоев между собой полное. Зона термического влияния представлена структурой сорбитообразного перлита. Трещин в зоне оглавления с основным металлом и между слоями нет, разница в твердости различных участков по окружности бандажа не превышает 15-20НВ. Для наплавки гребней рекомендуется порошковые проволоки указанные в таблице 3 которые обеспечивают хорошее формирование наплавленного металла. Металл удовлетворительно поддается механической обработке. Микроструктура наплавленного слоя металла просто сорбитная, игольчато-дентритного строения.

Таблица 3

Марка проволоки порошковой	Химический состав наплавочной проволоки								Твердость по НВ
	С	Si	Mn	Cr	Ti	S	P	V
ПП-ТН-350	0,19	0,9	0,8	0,5	0,9	0,03	0,03	-	330-340
ПП-АН-121	0,20	0,9	1,2	1,2	0,45	0,04	0,04	0,2	280-360
ППН-350	0,18	0,3	3,0	2,5	-	0,03	0,03	-	320-350

Для наплавки гребней колесных пар локомотивов, работающих в тяжелых условиях на участках со сложным профилем пути, рекомендуется применять порошковые марганцовистые проволоки (таблица 4). Проволока ПП-АН105 садозащитная, а ППЖП-35 наплавляют под слоем флюса АН-10, АН-20С маломарганцевистых марок.

Таблица 4

Марка проволоки	Химический состав наплавочной проволоки						Твердость по HRC
	С	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	Наплавленного метала	Наклепа
ППА-Н105	1,0	0,5	13,0	-	4,2	-	20-25	40-45
ППЖН-35	0,5	-	12,5	14,0	-	1,38	22-24	35-45

Для наплавки изношенных гребней бандажей колесных пар локомотивов методом “лежачего электрода” перспективно применение ленточных порошковых электродов марок ЛМ-70Х3МН и ЛЛ-4X13 (таблица 5), которые изготавливают холодной прокаткой порошков с последующим спеканием в печи (толщиной 0,3-1,2 мм, шириной 25-100 мм). Применение металлокерамической ленты позволяет повысить производительность наплавки, получить более однородную структуру наплавленного слоя, обеспечить малую глубину проплавления основного металла, что позволяет уменьшить долю основного металла в наплавляемом слое. Преимуществами металлокерамической ленты являются:

-повышенная производительность наплавки;

-наплавленный слой металла однородный;

-малая глубина проплавления основного металла, что уменьшает долю основного металла в наплавляемом слое.

Таблица 5

Марка ленты	Химический состав наплавленного металла
	С	Si	Мn	Сг	Ni	Мо	Р	S
ЛМ-70Х3МН	0,7	1,0	0,8	3,0	1,0	0,7	0,03	0,03
ЛЛ-4Х13	0,8	0,8	0,9	16,0	-	-	0,04	0,04

При наплавке лентой ЛМ-703МН и ЛЛ-4Х13 необходимо применять марганцовистые флюсы (см. таблицу 2) в зависимости от химического состава ленты. Сравнительные данные износа гребней восстановленных наплавкой приведены в таблице 6.

Таблица 6

NN п/п	Характеристика гребня	Интенсивность износа (мм/месяц)
		со стороны преимущественного подреза	с противоположной стороны
1	Новый бандаж	1,00/0,80	0,85/0,63
2	Бандаж закаленный ТВЧ	0,45/0,35	0,30/0,20
3	Бандаж, восстановленный наплавкой с применением:
3.1	СВ-08 флюс АН-60	5,3	4,5
3 2	СВ-08Г2С, Флюс АНК-18 и АН-348А	0,9/0,45	0,85/0,38
3.3	ПП-350 (садозащитная)	1,0/0,60	0,55/0,38
3.4	ППЖН-35, флюс АН-20С	0,45/0,35	0,25/0,18
3.5	ППАН-105 (садозащитная)	0,40/0,35	0,30/0,28

В числителе приведены данные, полученные при эксплуатации колесных пар в течение 2-2.5 месяца. В знаменателе - за время эксплуатации до повторной наплавки.

Выбор легирующих элементов

В соответствии с рекомендациями международного института сварки при больших контактных и ударных нагрузках, а также при режиме сухого трения, применяются самоупрочняющиеся углеродистые высокомарганцевистые стали с нестабильным аустенитом следующего химического состава:

С	Si	Мn	Ni	Сг	Cu
0,58-0,61	0,38-0,31	0,61-0,73	0,04-0,06	0,06-0,13	0,06-0,08

В эксплуатации, при наклепе таких сталей в результате ударов, смятия поверхностная твердость и износоустойчивость резко возрастают

При использовании для восстановления гребней бандажей колесных пар наплавочный материал , химический состав которого отличается от заданного, необходимо подобрать соответствующие легирующие элементы.

Подготовка флюса

Для предупреждения дефектов в наплавленном металле и уменьшения вероятности последующего развития трещин необходимо произвести соответствующую подготовка наплавочных материалов.

Определить под слоем какой марки или смеси флюсов будет производиться наплавка. Откорректировать флюс АНК-18 флюсом АН-60.

Подготовка электрооборудования

Наплавку гребней бандажей колесной пары производить на постоянном токе с использованием сварочных генераторов (таблица 7)

Наиболее удобны в эксплуатации источники питания с жесткими характеристиками. Источники питания состоят из понижающего трансформатора с подвижными катушками, блока выпрямителя с вентилятором и пускорегулирующей аппаратуры.

Таблица 7

Параметры	Тип источника питания
	ПСГ-350	ПСГ-500	ПСУ-300	ПСУ- 500
Номинальный сварочный ток, А	350	500	200/300	350/500
Пределы регулирования тока, А	50-350	50-500	40-200/50-300	120-500/60-600
Пределы регулирования напряжения, В	15-35	15-40	15-25/17-35	20-25/15-40
Номинальный режим работы в %	65	65	65/60	65/60

Примечание: Для генераторов ПСУ-300 и ПСУ-500 параметры в числителе при характеристике, а в знаменателе - при жесткой характеристике.

Типы и параметры выпрямителей для источников питания -генераторов даны в таблице 8.

Таблица 8

Параметры	Тип выпрямителя и внешняя характеристика
	ВК-300П	ВД-500П	ВС-300Ж	ВС-500Ж	ВС-500Ж	ВС-600Ж	ВДТ-301Ж
Номинальный сварочный ток, А	300	300	500	300	500	600	300
Номинальное напряжение, В	30	32	40	20-40	16-41	20-40	15-32
Номинальный режим работы, %	63	60	60	65	60	65	60
Мощность, кВт	13,2	-	23,5	-	31	-	-

Примечание: П - падающая характеристика; Ж - жесткая характеристика.

Исходяизследующихусловий:1типисточникапитания;2диаметрнаплавочного материала;3 Метод наплавки;4 Марка флюса, по таблице 9 выбрать необходимый режим и установить на источнике электропитания.

Таблица 9

Режим	Диаметр наплавочного материала
	2 мм			3 мм
Ток, А	200	300	400	300	450	550
Напряжение, В	22-28	28-34	35-42	24-30	32-38	37-43

Для уменьшения твердости наплавленного слоя под флюсом марки АНК-18 пользуются двумя методами: уменьшением наплавочного режима, понижением напряжения дуги на 15-20% или смешением флюсов марок АНК-18 с АН-348 (см.таблицу 2). Понижение напряжения дуги при неизменной силе тока уменьшает количество расплавленного флюса, тем самым снижает степень легирования и твердость наплавленного слоя. Подготовка колесной пары под наплавку. Колесную пару поместить в моечную машину ММД-б, тщательно промыть и отчистить от грязи. Бандажи колесной пары проверить ультразвуковым дефектоскопом. Бандажи с трещинами независимо от их расположения, размеров, количества восстановлению не подлежат. Колесную пару установить на стенд с приводом вращения или токарный станок ДИП-500. В специальную скобу закрепить крупнозернистую № 5-8 наждачное полотно на основе электрокорунда черного и тщательно очистить поверхность катания бандажа колесной пары, предназначенные под наплавку. Убрать колесную пару со стенда или станка ДИП-500. Температура бандажей перед наплавкой должна быть не ниже 18°С. При минусовых температурах колесную пару предварительно поместить в отапливаемое, помещение и прогреть до температуры 18-20°С.

Произвести необходимые камеры и определить величину наплавляемого слоя с учетом припуска на механическую обработку.