технология, техника, оборудование, виды, сущность, способы обработки деталей

21.07.2020

Создавать прочные стыки и восстанавливать изношенные покрытия можно разными способами. Сегодня под прицелом внимания один из них, а именно механизированная сварка и наплавка: рассмотрим, что она из себя представляет и какими методами может осуществляться, проанализируем преимущества и недостатки, которыми она обладает.

Обратите внимание, у нее широкая сфера применения: она выполняется как при изготовлении самых разных строительных конструкций (чаще всего труб), так и при ремонте активно использовавшихся функциональных узлов. С помощью тех или иных ее видов возвращают исходную геометрию шеек коленвалов, шлицов КПП и редукторов, элементов ходовой части гусениц и многих других предметов. В настоящее время считается наиболее перспективным направлением, а значит активно развивается.

Что называют механизированной наплавкой

В общем случае это процесс нанесения специального слоя на изношенную поверхность, который, затвердев, не только восстановит начальную форму детали, но и станет своего рода защитным покрытием. Весь смысл (и главная особенность) здесь в том, как осуществляется данный вид работ, а реализовать его можно одним из двух вариантов:

• • автоматически – как подача электродного материала, так и его перемещение (и заготовки тоже) в пространстве выполняется оборудованием; многие установки обеспечивают еще и поперечные колебания направляемого стержня, что позволяет уменьшить количество проходов;
• • полуавтоматически – механическим путем выполняется только доставка проволоки (или другой присадки) в рабочую зону, по шлангу, после чего сварщик самостоятельно перемещает держатель с нею относительно заготовки.

У каждого есть свои особенности. Так, в первом случае может не хватить гибкости при позиционировании, во втором многое зависит от мастерства человека, решающего задачу. Хотя производительность труда в обеих ситуациях значительно выше, чем при любом из ручных методов (у них другие достоинства). Качество и равномерность покрытия, обычно, тоже лучше, что и обуславливает широту применения, особенно серийного.

Технология механизированной наплавки

• • Начальным этапом становится очистка поверхности детали от остатков смазочных материалов, грязи. Можно либо аккуратно обжечь ее с помощью горелки, либо промыть горячим щелочным раствором, после чего пройтись по ней щеткой. Это нужно для максимально равномерного осаждения восстанавливающего слоя.
• • Следующий шаг – предупреждение значительных внутренних напряжений (если есть вероятность их возникновения), чтобы исключить появление трещин в нанесенном покрытии. Для этого необходимо подогреть обрабатываемый элемент до определенной температуры. До какой именно? Зависит от размеров, формы, характеристик заготовки, а также от конечных свойств присадки.
• • Ну а затем осуществляется расплав – проволоки, металлической ленты, порошка – и непосредственное нанесение дополнительного материала на основной, под флюсом или без него, под защитой газа или без нее. Если при этом накладываются отдельные валики, стоит следить, чтобы каждый последующий перекрывал 0,4-0,5 ширины предыдущего.

Кажется, что все просто, и при должном уровне опыта так и есть, но важно не забывать, что правильная техника механизированной наплавки требует учитывать целый ряд нюансов. Даже при подготовке нужно:

• • отшлифовать рабочие поверхности предмета шкуркой, если ранее он уже проходил процедуру восстановления;
• • заглушить выходящие в зону контакта отверстия графитовыми стержнями или сразу пастой на основе жидкого стекла, причем сделать это предварительно, примерно за сутки;
• • снять остатки смазки при помощи специально проколотых резиновых шайб, установленных перед головками;
• • закрепить деталь в патроннике с достаточной надежностью – так, чтобы биение не было больше 1,5 мм.

Просто необходимо придерживаться не только выбранного способа (методы мы подробно рассмотрим ниже), но и режима плавления. Последний зависит от целого ряда факторов, в числе которых и величины напряжения с током, и характер вращения заготовки, и скорость подачи, и даже угол положения проволоки или ее длина.

В вопросе формирования валиков тоже есть своя специфика: при их нанесении важно проваривать основной материал неглубоко, так, чтобы его доля в покрытии не превышала 0,3-0,45 m. При этом нельзя вести дугу слишком быстро, иначе слои получатся узкими и пострадает качество сцепления.

Свои ограничения есть и по вылету присадочного прутка: чем он больше, тем значительнее сопротивление цепи, тем сложнее выполнять работу. Практическим путем обнаружено, что данная величина не должна превышать 25 мм.

Виды механизированной наплавки

Сегодня актуальны такие способы:

• • под флюсом;
• • в защитной газовой среде;
• • электроконтактный;
• • электрошлаковый;
• • вибродуговой;
• • плазменный.

Теперь рассмотрим каждый из них подробнее.

Работы под флюсом удобны тем, что при их осуществлении воздух не воздействует на разгоряченный металл, что помогает избежать пор и в целом облегчает труд. Плюс, отсутствует разбрызгивание, выделяющееся тепло используется более эффективно, можно выполнить легирование.

Сам процесс отличается своей производительностью, и тому есть две причины:

• • Вылет сравнительно малый, поэтому ток (не единицу площади стержня) в 7-8 раз выше, чем при ручной дуговой сварке.
• • Образующийся шлак помогает минимизировать потери основного материала, что положительно сказывается на итоговом коэффициенте напайки (увеличивает его в 1,5-2 раза).

Роль электрода выполняет сплошная проволока сечением 1-6 мм, скорость ее подачи регулируется автоматическим устройством и составляет от 100 до 300 км/ч. К ней подводится «плюс» от источника (через мундштук из меди), тогда как «минус» – к самой заготовке (но ток при этом еще проходит через станину и съемник).

При этом флюс может быть стеклообразным, представляя собой размельченную смесь силикатов (серия АН), и только оберегать основной материал от воздуха. Или содержать в себе легирующие, связывающие, шлакообразующие, раскисляющие добавки и изменять физико-химические свойства наносимого покрытия.

Механизированная наплавка поверхностей деталей в защитной газовой среде проводится в пространстве, заполненном смесью аргона и водяного пара или CO2. Первый дорого стоит, поэтому на заводах по умолчанию используют CO2, ремонтируя в нем кузова, элементы кабин и оперения и многие другие заготовки.

Процесс протекает следующим образом: поданный в рабочую зону, углекислый газ вытесняет собой воздух, не давая кислороду или азоту негативно воздействовать на созданный шов. Проблема только в том, что дуга нагревается до 6000 0С, а при такой температуре связи в CO2 нарушаются, и реакция его распада провоцирует выгорание легирующих веществ и углерода в наносимом покрытии. Чтобы нивелировать возможный вред, следует использовать специальную присадочную проволоку из серии Св, в составе которой содержатся добавки титана, кремния, марганца.

Этот вариант обладает сразу четырьмя преимуществами:

• • позволяет получить ровный, плотный и даже эстетичный слой (причем без шлака), не требующий какой-то последующей обработки;
• • дает возможность решить вопрос в 1,5-3 раза быстрее, чем вручную;
• • обеспечивает все условия для визуального контроля процесса;
• • способствует попутному охлаждению заготовки, из-за чего поверхность последней не коробится.

В число минусов запишем относительную непрочность шва и сравнительно большое разбрызгивание.

Зато метод просто реализуется на практике: стандартного 40-литрового баллона углекислоты хватает на 20 часов работы. Содержащуюся в ней влагу не проблема нейтрализовать осушителем – медным купоросом. Отличным редуктором станет обычный кислородный. Все операции нужно проводить с подачей тока обратной полярности.

Есть как классические, так и современные механизированные способы сварки и наплавки деталей. Электроконтактная относится, скорее, ко второй категории, так как выполняется на модернизированном оборудовании. Для ее реализации используются машины, приваривающие проволочный или ленточный металл, в один или несколько проходов, и таким образом создающие равномерное покрытие нужной толщины (до 3 мм). Рациональнее, если слоев будет 2-4: это позволит сохранить все физико-механические свойства, исключая перегрев при проведении работ.

Перемешивание основного и дополнительного материала стремится к нулю, особенно при использовании промежуточных присадок – порошков ПГ-СР. При этом вполне реально поддерживать производительность на уровне 2-4 кг/ч.

Электрошлаковый метод позволяет ремонтировать даже сильно изношенные элементы, например, Он обеспечивает высокое качество шва, причем работу можно проводить действительно быстро, показатель в 30 г/Ач вполне реален.

Схема следующая:

• • флюс нагревается дугой, после чего через него пропускается ток;
• • в таких условиях электрод плавится и образует ванну вместе с основным металлом;
• • кристаллизатор движется вверх с определенной скоростью, а нижние слои постепенно остывают.

Обратите внимание, рабочая зона в этом случае полностью защищена от влияния воздуха, поэтому ничто не мешает вводить легирующие добавки и использовать выделяющееся тепло с максимальной эффективностью.

Техника и технология механизированной наплавки вибродуговым способом сводится к использованию присадочного стержня, создающего колебания с амплитудой от 1 до 3 мм и частотой от 50 до 100 Гц. В результате весь процесс становится чередой из трех циклично повторяющихся этапов:

• • горение;
• • холостой ход;
• • замыкание.

Причем на первом шаге выделяется до 9/10 всего тепла, а на третьем – только 1/10. Это объясняется тем, что 12-20 В, т. е. при малом напряжении источника тока в цепи есть индуктивность, а значит дуга остается стабильной, и ее вольтаж уже 30-35 В.

Для максимальной эффективности стоит подключать ток обратной полярности и выполнять работу в охлаждающей жидкой среде. Хорошо подойдет водный раствор глицерина (10%) или кальцинированной соды (5%), поданный за 40 мм от присадочного стержня. В результате нагрева он обратится в пар, который и заберет вредные азотистые соединения. Кроме того, Ca сделает горение более стабильным, а C3H8O3 предотвратит появление трещин.

Да, метод хорош малой зоной повышения температуры и почти полным отсутствием потерь легирующих элементов и позволяет получить тонкое, но прочное покрытие, но у него есть и недостаток. Минус в том, что усталостная прочность заготовки снижается – из-за появления пор в нанесенном слое, что частично ограничивает случаи применения.

Если же рассматривать современные механизированные способы наплавки, то самой прогрессивной считается плазменная технология. В соответствии с ней восстановление изношенной поверхности осуществляется под воздействием сильно нагретого и богато ионизированного газа – аргона, гелия, воздуха, азота с добавками.

Может осуществляться по одной из трех схем – с открытой, закрытой и комбинированной струей. В первом случае роль анода выполняет заготовка, во втором – горелка или сопло, в третьем – и то и другое.

Варианта реализации тоже два:

• • плазма захватывает порошок и равномерно осаждает его на поверхность;
• присадка сразу вводится в струю.

Метод обладает пятью практическими преимуществами:

• • за счет концентрации высокой температуры зона термического влияния сужается;
• • благодаря ему на сталь реально наносить самые разные износостойкие материалы, даже пластмассу;
• • позволяет точно регулировать толщину слоя – от тонкой, в 0,1 мм, до 2-3 мм;
• • отличается сравнительно высоким КПД дуги – достигает 45%;
• • по нему можно выполнять еще и поверхностную закалку.

Оборудование для механизированной наплавки

Обычно это установки, «сердце» каждой из которых – переделанный токарный станок: вместо резцедержателя у него головка, также он оснащен источником питания и зачастую понижающим редуктором, уменьшающим вращение до 5 или даже до 2 об/мин.

Хотя для коленчатых валов есть техника, не требующая дополнительной доработки. Это машины вроде ОКС-5523 с универсальными центросмесителями, и они регулируют скорость бесступенчато.

Источники тока подключают самые разные, например, это может быть:

• • выпрямитель из серии ВКС-500-1 или ВС-600;
• • преобразователь вроде ПСУ-500-2 или ПСГ-500.

При выборе головок для подачи присадки традиционно отдают предпочтение моделям из семейств ОКС.

Наиболее распространенным электродом считается пружинная проволока сечением 1,6-2 мм, хотя также популярны серии Св и Нп, в том числе и низкоуглеродистые, и высоколегированные. Подбирать одну из них нужно так, чтобы наносимое покрытие по своему химическому составу было сходным с основным.

Флюс – это соединение из порошкового графита с феррохромом и жидкого стекла. Эти вещества смешивают в определенных пропорциях и прокаливают, потом дают настояться, а дальше добавляют к чистому и уже приготовленному. Затем остается лишь хранить его в сухой емкости и использовать по мере необходимости.

Сущность механизированной наплавки и ее назначение

В общем случае это нанесение слоя материала на поверхность заготовки. Это нужно:

• • для восстановления или изменения исходных размеров (геометрии) элемента, что особенно актуально, если это инструмент, например, режущая кромка;
• • или придания новых свойств, допустим улучшения антикоррозионных характеристик или для повышения стойкости к истиранию.

Ну и в рассматриваемой нами ситуации процесс еще и должен быть наполовину или полностью автоматизированным.

Плюсы

• • можно создавать покрытия значительной толщины (до 2-3 мм) и таким образом возвращать изначальную геометрию даже сильно изношенным изделиям;
• • производительность в 1,5-3 раза выше, чем при любом из ручных методов;
• • используемое оборудование сравнительно надежное и простое в транспортировке;
• • отсутствуют ограничения по габаритам предметов – конусы доменных печей, сосуды атомных реакторов и другие большие объекты тоже реально защитить и восстановить;
• • каждый метод достаточно легок в реализации;
• • наносимый слой может быть какого угодно состава, от чистой меди до комбинированной пластмассы;
• • наплавку не проблема сочетать с другими методами обработки, допустим, с азотированием или плазменной закалкой.

Минусы

• • В ряде случаев в результате смешивания основного материала с добавленным, наблюдается ухудшение практических свойств;
• • при неправильном выборе режима деформация, провоцируемая высокими температурами, может быть чрезмерной, что требует принятия дополнительных мер по сохранению геометрии заготовки;
• • решающему задачу мастеру нужно обладать теоретическими знаниями в области сочетаемости металлов, чтобы сделать покрытие не просто равномерным, а с нужными свойствами;
• • небольшое количество сочетаний по сравнению с тем же напылением;
• • трудно покрывать малые элементы сложных форм – ванну приходится постоянно переносить и не всегда удается осуществить это плавно.

Выводы

Мы рассмотрели сущность и назначение механической наплавки металлов, со всеми ее плюсами и минусами, и, по нашему мнению, достоинства важнее недостатков, а значит этой технологией стоит пользоваться. Какой именно способ ее выполнения выбрать, решать вам. А выгодно заказать станки для реализации практически каждого из методов вы можете в нашей компании «Сармат».

Глава 17 Технология производства наплавочных работ. Сварка

Виды наплавочных работ

Процесс нанесения с помощью сварки на поверхность детали слоя металла для восстановления ее первоначальных размеров либо для придания поверхности специальных свойств называется наплавкой. Наплавка предполагает нанесение расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с заданными свойствами и геометрическими параметрами.

Применяют наплавку для восстановления изношенных деталей, а также при изготовлении новых деталей с целью получения поверхностных слоев, которые обладают повышенными твердостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью и другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намного сократить расход дефицитных материалов при их изготовлении.

При большинстве методов наплавки, так же, как и при сварке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивается с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплавлять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающиеся от них.

Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Для получения заданных свойств наплавленного слоя применяют легирование присадочного металла в процессе наплавки, чаще всего используют специальные наплавочные электроды.

Применяют следующие виды наплавки:

• ручная дуговая выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Ручная наплавка малопроизводительна и применяется при наплавке деталей сложной конфигурации;

• плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки;

• неплавящиеся электроды применяют при наплавке на поверхность детали порошковых смесей;

• электроды из литых твердых сплавов, а также в виде трубки, заполненной легирующей порошкообразной смесью;

• автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом производится проволокой сплошного сечения, ленточным электродом или порошковой проволокой.

Легирование наплавляемого слоя осуществляют через электропроволоку, легированный флюс (при проволоке из низкоуглеродистой стали) или совместным легированием через проволоку и флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или порошка.

Наплавку в защитных газах принимают при наплавке деталей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации. Возможность наблюдать за процессом формирования валика позволяет корректировать его, что очень важно при наплавке сложных поверхностей. Наплавку производят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или неплавящимся электродом. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе постоянным током обратной полярности. Надо обратить внимание на то, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, поэтому необходимо применять наплавочную проволоку с повышенным содержанием раскислителей. Недостатком этого вида наплавки является относительно большое разбрызгивание металла.

Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при этом виде наплавки возникают большие остаточные напряжения и деформации в наплавляемых деталях. Для наплавки применяют литые твердые сплавы.

Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лентой открытой дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого вида является возможность наплавки деталей на открытом воздухе. Сварщик, наблюдая за процессом, может обеспечить хорошее формирование наплавляемых валиков. Наплавка самозащитной проволокой менее сложна, хорошо поддается механизации.

Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого или косвенного действия. Присадочным материалом служат наплавочная проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки, которые получают широкое применение благодаря высокой производительности (7–30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой глубине проплавления основного металла. При этом получают гладкую поверхность и высокое качество наплавленного слоя.

Вибродуговая наплавка выполняется специальной автоматической головкой, обеспечивающей вибрацию и подачу электродной проволоки в зону дуги. При вибрации электрода происходит чередование короткого замыкания сварочной цепи и разрыва цепи (паузы). В зону наплавки подается охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия воздуха и, охлаждая деталь, способствует уменьшению зоны термического влияния, снижает сварочные деформации и повышает твердость наплавляемого слоя. В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы солей, содержащих ионизирующие вещества (например, кальцинированной соды), облегчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы).

Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой производительностью. Этот способ позволяет получать наплавленный слой любого заданного химического состава на плоских поверхностях и на поверхностях вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход независимо от толщины наплавляемого слоя.

Для наплавки деталей экскаваторов, землеройных машин, работающих при ударных нагрузках, применяют электроды марки 12АН/ЛИВТ (тип Э–95Х7Г5С), дающие наплавляемый слой твердостью до 32HRC. Наплавку стальных и чугунных деталей, подверженных абразивному износу без ударной нагрузки, производят электродами марки Т–590 (тип Э–320Х25С2ГР). Детали, работающие в условиях сильного износа и при ударных нагрузках, рекомендуется наплавлять электродами марки Т–620 (тип Э–320Х23С2ГТР) диаметром 4–5 мм.

Механизированную наплавку производят наплавочной проволокой. Она маркируются буквами Нп и цифрами и буквами, характеризующими химический состав металла проволоки. Подбираются проволоки в зависимости от объекта наплавки и требуемой твердости наплавляемого слоя.

Марки углеродистой проволоки в зависимости от содержания углерода дают слой твердости от 160 НВ (Нп–25) до 340 НВ (Нп–85). Проволока легированная и высоколегированная позволяет получать слой твердости от 180 НВ (Нп–40Г) до 52 НКС (Нп–40Х13). При наплавке используют флюсы. Допускается производить наплавку рабочих поверхностей деталей электродной проволокой марки Св–08 под легирующим керамическим флюсом марки АНК–18 и АНК–19.

Механизированную наплавку производят также наплавочной порошковой проволокой или лентой под слоем флюса АН–348–А, АН–20 (С, СП и П), АН–2, Ан–60 и др. Для наплавки деталей машин из углеродистой стали под флюсом типа АН–348–А применяют порошковую проволоку марок ПП—АН–120, ПП—АН121 (твердость слоя 300–350 НВ) или ПП—АН–122 (твердость слоя 50–56 НRС), для наплавки высокомарганцовистых сталей применяют проволоку ПП—АН–105 (твердость слоя 20–25 НКС), для наплавки высокохромистых сталей рекомендуют порошковую проволоку марок ПП—АН–170 и ПП—АН–171. Порошковые ленты марок ПЛ—АН–101, ПЛ—АН–102 и ПЛ—АН–112 применяют для наплавки под флюсом и открытой дугой.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Технология дуговой наплавки

---

Рекомендуем приобрести:

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

---

Технологические особенности наплавки

Наплавлять можно металл или одинаковый по составу, структуре и свойствам с основным металлом,  или значительно отличающийся от него. В последнем случае на основной металл часто предварительно наплавляют промежуточные слои. При выполнении наплавки необходимо ограничивать перемешивание наплавляемого металла с основным  для обеспечения заданного химического состава наплавленного слоя и предупреждения появления трещин. Протяженность зоны термического влияния при  наплавке должна быть минимальной — это позволяет предотвратить возникновение значительных сварочных напряжений и деформаций.

Подготовка поверхности под наплавку

Перед наплавкой поверхность тщательно очищают от масла, краски, окалины и других загрязнений. Поверхностные дефекты, в том числе и ранее наклепанный слой, удаляют механическим путем или резаком для поверхностной кислородной резки. С целью снижения сварочных напряжений необходимо добиваться равномерной толщины наплавленного слоя. Поверхность, имеющую неравномерную выработку с большими колебаниями по высоте, выравнивают механическим путем на металлорежущем оборудовании.

При подготовке под наплавку поверхностей с локальными износами следует избегать плавных переходов наплавляемого металла к основному (рис. 18.1).

Рис. 18.1. Правильная (П) и неправильная (Н) подготовка поверхностей под наплавку;
1…6 — последовательность наложения валиков

Наплавку плоских и фасонных поверхностей выполняют отдельными валиками (рис. 18.2, а…г) или челночным способом (рис. 18.2, д). При наплавке отдельными валиками каждый из них накладывают на всю длину на расстоянии друг от друга, равном 1/3 ширины валика. После очистки наложенных валиков от шлака заполняют промежутки между ними (см. рис. 18.2, б,д). Применяют и другие способы наплавки валиками, например, как показано на рис. 18.2, а, — с перекрытием 1/3 ширины валика после очистки предыдущего валика от шлака.

Челночный способ используют для наплавки поверхностей шириной 40…80 мм. Особенность способа заключается в том, что шлак на предыдущем валике не успевает затвердеть, а следовательно, отпадает необходимость в удалении шлака с предыдущего валика.

Наплавку тел вращения выполняют одним из трех способов — по образующим, по окружностям и по винтовой линии.

Наплавку по образующим (рис. 18.3, а) ведут отдельными валиками так же, как и плоских поверхностей в нижнем положении, периодически поворачивая наплавляемое изделие.

Наплавку по окружностям (рис. 18.3,6) выполняют тоже отдельными валиками. Последующий валик накладывают после очистки от шлака предыдущего с перекрытием ≈1/3 ширины валика.

Наплавку по  винтовой линии (рис. 18.3,в)  осуществляют непрерывно, а очистка предыдущего валика от шлака может производиться подпружиненными резцами.

Предотвращение возникновения напряжений

В процессе наплавки в изделии появляются значительные внутренние напряжения, которые приводят к его короблению, а иногда и к разрушению. К мерам, принимаемым для предотвращения возникновения напряжений или снятия их с целью уменьшения деформации изделия, относятся следующие: предварительный подогрев до 200…400 °С; ведение наплавки с погружением изделия в воду без смачивания наплавляемой поверхности; ведение процесса при жестком закреплении изделия в приспособлении; предварительный изгиб изделия в направлении, обратном ожидаемому изгибу; высокотемпературный отпуск после наплавки с нагревом до 650…680 °С.

Рис. 18.2. Схемы наплавки плоских и фасонных поверхностей:
а, б — отдельными валиками соответственно маленьких и больших плоских поверхностей, в, г — отдельными валиками соответственно зуба и впадин шестерни, д — челночным способом; 1…24 — последовательность наложения валиков

Рис. 18.3. Схемы наплавки тел вращения:
а — по образующим, б — по окружностям,  в — по винтовой линии; 1…6 — последовательность наложения валиков

Э.С. Каракозов, Р.И. Мустафаев «Справочник молодого электросварщика». -М. 1992

Технология наплавки износостойкими сплавами

Введение

Наплавка металлов износостойкими сплавами выполняется с целью

повышения их износоустойчивости и твердости.

Для наплавки деталей применяют литые сплавы в виде прутков, порошковые наплавочные смеси, металлические электроды с легирующим покрытием, керамические легирующие флюсы, порошковую проволоку, стальную наплавочную проволоку, трубчатые наплавочные электроды.

Для деталей, работающих при высоких температурах применяют

стеллиты. Сормайты применяют для деталей, которые работают при нормальных и слегка повышенных температурах.

Для наплавки твердых и износостойких сплавов применяют

электродуговую сварку, сварку угольным электродом, газовую сварку,токи высокой частоты, так же применяют специальные наплавочные электроды.

Цель наплавки — упрочнение и восстановление деталей (оборудования) посредством нанесения на поверхность покрытий, обладающих высокой износостойкостью (кислотостойкостью, термостойкостью). В этом разделе речь пойдет о нанесении защитного

покрытия именно с помощью сварки.

Процесс наплавки является основой и для изготовления

биметаллических изделий. В зависимости от того, какая форма изделия,

какие берутся исходные материалы, какие условия работы, наконец масса изделия, предполагают различные подходы в выборе технологии наплавки. Если невозможна механизация процесса сварки (наплавки), то лучше всего остановиться на наплавке покрытыми электродами. Глубина проплавления основного металла должна быть минимальной. Это достигается путем наклона электрода в сторону, обратную ходу наплавки. Диаметр электрода должен быть в пределах 2— 6 мм. Ток постоянный, обратной полярности (на электроде «плюс»). Сила тока — от 80 до 300А. Наплавка требует определенных навыков в работе. Надо при минимальном токе и напряжении, чтобы не увеличивать долю основного металла в наплавленном, оплавить оба компонента. Состав металла будет определять тип электрода, а толщина и форма — диаметр электрода

Напряжение дуги определяет форму наплавленного валика; при его

повышении увеличивается ширина и уменьшается высота валика, возрастает

длина дуги и окисляемость легирующих примесей, особенно углерода. В

связи с этим стремятся к минимальному напряжению, которое должно

согласовываться с током дуги. Обычно наплавку ведут при напряжении дуги

28—32 В и силе тока 300—450 А электродной проволокой диаметром 3—4

мм.

Техника наплавки предусматривает различные приемы ведения работ

при наплаве тел вращения, плоских поверхностей и деталей сложной формы.

Цель их одна — получение качественного наплавленного слоя заданных

свойств и минимальная деформация изделия.

При наплавке тел вращения это достигается ведением непрерывного

процесса по винтовой линии с перекрытием последующим валиком

предыдущего. Плоские детали целесообразно наплавлять электродными

лентами с минимальным проплавлением основного металла.

Применяемые в качестве наплавочных материалов хромоникелевые

аустенитные стали обладают высокими антикоррозионными свойствами.

Если в эту сталь добавить марганец, возрастет ее вязкость, что важно для процесса наплавки.

Когда хромоникелевые аустенитные стали используются для наплавки,

то использовать надо покрытые электроды одинакового с этой сталью

состава. Сама наплавка ведется в среде газа аргона или под флюсом.

Подогревать хромоникелевые стали не требуется.

 

Наплавочные материалы

 

Самыми распространенными наплавочными сплавами являются:

Порошковые смеси:

Сталинит М — применяется в виде порошка для наплавки

быстроизнашивающихся деталей из стали и чугуна. Сталинит М

содержит хром 24 — 26%, марганец 6 – 8,5%, углерода 7 – 10%, кремния

до 3%, фосфора до 0,5%, серы до 0,5%, остальное железо. Производят

Сталинит М из ферромарганца марки МН – 6, феррохрома марки ХР – 6,

нефтяного кокса и железной стружки которые смешиваются в

определенных пропорциях до получения сталинита. Твердость сталинита

после наплавки составляет не менее 75HRA или 52HRC.

Вокар – это смесь из измельченного вольфрама и углерода. При

наплавке дает очень твердую смесь карбида вольфрама в железе его

твердость составляет: 1-й слой 50 – 58HRC, 2-й слой 61 – 63HRC. Применяется в основном для наплавки бурового инструмента, является дорогим сплавом.

Висхом – недорогой сплав, который не содержит вольфрама. В его

состав входят: углерод 6%, марганец 15%, хром 5%, остальное железная

или чугунная стружка. В основном применяется в сельхозмашиностроении, этим сплавом наплавляют плуги, лемеха, зубья

борон и т.д. Твердость наплавленного слоя достигает 250 – 320HB.

Боридная порошковая смесь – состоит из 50% боридов хрома, и

50% железного порошка. Наплавленный слой получается хрупким.

Применяется для деталей, работающих в абразивной среде. Твердость

наплавленного слоя 82 – 84HRA.

Литые износостойкие сплавы производятся в виде прутков

длинной 400 – 450мм:

Стеллит – состоит из растворенных карбидов хрома в кобальте.

Стеллит обладает большой коррозионной стойкостью, ударной

вязкостью, хорошие наплавочные свойства. Твердость при наплавке достигает до 46 – 48HRC.

Сормайт – состоит из растворенных карбидов хрома в никеле и

железе. Твердость достигает до 49 – 54HRC. Сормайт №1 после наплавки

не требует термообработки (можно сразу обрабатывать резцом). Сормайт

№2 менее хрупкий, чем Сормайт №1 может обрабатываться резцом только после отжига, после закалки снова приобретает высокую прочность.

Для деталей, работающих при высоких температурах применяют стеллиты. Сормайты применяют для деталей, которые работают при нормальных и слегка повышенных температурах.

Для наплавки твердых и износостойких сплавов применяют электродуговую сварку, сварку угольным электродом, газовую сварку, токи высокой частоты, так же применяют специальные наплавочные электроды.

 

 

Электроды для наплавки

Специальные электроды марок 03H-250, ОЗН-ЗОО, 03H-350, 03H-400 и

У-340 применяются для получения наплавки средней твердости деталей из

углеродистых и среднелегированных сталей (цифровые индексы показывают

среднюю твердость третьего слоя наплавки по Бринеллю).

Заданная твердость наплавки достигается введением в наплавленный

металл через покрытие одного или нескольких легирующих элементов (Mn,

Cr, Si и др.). Это способствует образованию закалочных структур и

упрочнению феррита. Покрытие наносится на обычную сварочную

проволоку. Углерод в таких электродах не является ведущим легирующим элементом. В зависимости от марки электрода содержание углерода в наплавленном металле колеблется в пределах 0,12—0,3%.

Износостойкость закаленного металла, наплавленного электродом

ОЗН-ЗОО, в 1,5 раза выше, чем закаленной стали марки 40Х. Электроды

ОЗН-ЗОО и 03H-250 следует рекомендовать для наплавки закаленных

деталей из среднеуглеродистых сталей марок 40 и 45, из хромистых сталей

марок ЗОХ, 35Х, 40Х и др. Эти электроды применимы для наплавки деталей

из малоуглеродистых сталей и сталей марок 35 и 40.

Хорошие результаты получают при наплавке закаленных деталей из

стали марки 40Х электродами У-340.

Металл, наплавленный электродами 03H-250, хорошо обрабатывается

режущими инструментами. Твердость металла, наплавленного электродом

ОЗН-ЗОО и другими, может быть снижена отжигом при 850° и охлаждением

вместе с печью.

При закалке наплавленный металл достигает твердости НВ 400-460.

Электродами ОЗН-ЗОО, 03H-250 и У-340 наплавка производится

постоянным током при обратной полярности. Ток для электрода У-340

диаметром 4 мм — 135—170 а, а для электрода ОЗН диаметром 5 мм — 210—240 а. Если в составе покрытия электрода ОЗН имеется поташ, сварку можно вести на переменном токе. После наплавки производят правку полуоси, протачивание шлицевой части и фрезерование шлицев. Затем полуось нагревают до 840—860°, закаливают в масле и отпускают при 250—300°.

При применении электродов Т-590 и Т-620 благодаря большой степени легирования Сг, В и Ti наплавленный ими металл имеет структуру карбидной эвтектики на основе а-твердого раствора и большое количество первичных карбидов. Вследствие этого термическая обработка наплавленного металла дает снижение твердости, а механическая обработка возможна только абразивами.

Металл, наплавленный электродами Т-590 и Т-620, характеризуется

повышенной, хрупкостью и склонностью к образованию трещин; поэтому при большом износе рекомендуется наплавлять только верхние рабочие слои.

Нижние слои наплавляют более мягкими электродами.

 

Технология наплавки износостойкими сплавами

Перед наплавкой устанавливают высоту наплавочного слоя,

поверхность, подлежащая наплавке, должна быть очищена от грязи,

ржавчины, окалины, масла и влаги. При наложения первого слоя наплавки стремятся каждый предыдущий валик перекрывать на 25-30% его ширины, сохраняя при этом постоянство его высоты. При необходимости увеличить высоту наплавочного валика производят наплавку следующего валика, очистив наплавленный слой от неметаллических включений и шлака, образованных при наложении предыдущего слоя.

В зависимости от марки металла наплавка может выполняться без подогрева изделия и с предварительным подогревом.

Основными требованиями, предъявляемыми к качеству наплавки, являются: надежное сплавление основного металла с наплавленным, отсутствие дефектов в наплавленном металле, идентичность свойств наплавленного и основного металла.

Надежное сплавление наплавки с основным металлом обеспечивается подбором силы тока, что для наплавочных установок с постоянной скоростью подачи электрода соответствует подбору скорости подачи проволоки или ленты.

Металлы можно наплавлять при помощи электродуговой или газовой

сварки.

Электродуговой способ наплавки сормайтом более прост. В процессе наплавки первого слоя расплавленные основной металл детали и сормайт хорошо перемешиваются, в результате первый наплавленный слой получается комбинированным с пониженной твердостью. Для получения однородного слоя сормайта наплавку ведут в два и более слоев. Этот способ применяют при наплавке больших поверхностей, но этим способом трудно наплавлять острые кромки и малые детали. Чтобы предохранить от окисления стержень сормайта в процессе наплавки, для их покрытия применяют специальные обмазки. Наплавка сормайтом при помощи ацетилено-кислородного пламени осуществляется электродами диаметром от 2 до 3 мм.

Перед наплавкой ремонтируемую деталь нагревают до поверхностного

ее оплавления, после чего в эту зону вводят электрод сормайта. Чтобы

избежать окисления наплавленного слоя » выгорания углерода, вольфрама и

хрома, наплавку производят с избытком ацетилена. В процессе наплавки

электрод сормайта необходимо держать в пламени горелки, чтобы капли сплава попадали только на расплавленную поверхность ремонтируемой детали. Горелка должна находиться под углом на расстоянии» 18—20 мм от поверхности детали. Детали сложной конфигурации и больших размеров во избежание появления внутренних напряжений предварительно подогревают до температуры 650—700 °С.

Сормайт термически обрабатывается. Отжиг производится при температуре 890—900 °С с выдержкой при данной температуре в печи до 4 ч. После выдержки деталь вместе с печью охлаждается до температуры 720—740 °С и при повторной выдержке при указанной температуре в течение 4 ч с последующим охлаждением вместе с печью до 600 °С, а в дальнейшем на воздухе твердость доводится до HRC 30—35. Детали, наплавленные сормайтом, закаливают в масле, т. е. нагревают до температуры 940—960 °С и выдерживают в течение 40—50 мин с последующим охлаждением в масле.

Отпуск производится при температуре 250 °С и выше с выдержкой в течение 1 ч и охлаждением на воздухе. После отпуска твердость сормайта № 2. HRC 40-45. Если реставрируемая деталь имеет большой износ, то вначале наплавку нужно произвести металлическим электродом и только последний слой необходимо наплавлять твердым сплавом с последующим медленным охлаждением, чтобы предотвратить образование трещин. Сормайтом № 2 наплавляют ножи прессножниц (толщина слоя до 5 мм) и другие детали.

 

 

Читайте также:

Рекомендуемые страницы:

Поиск по сайту

Проволока для наплавки – все о материалах и технологиях + видео

Почему иногда в сварочном аппарате электрод будет служить проволокой для наплавки, и в чем особенности такого метода защиты металлических изделий? Давайте разбираться.

1 Просто о наплавке

Иной раз случается так, что возникает необходимость восстановления поверхности какого-либо металлического изделия, которое либо под воздействием трения, либо в связи с механическим воздействием потеряло первоначальный вид и утратило свои свойства. Есть случаи, когда нужно придать изделию новые качества: стойкость к коррозии, дополнительную прочность, нечувствительность к высокотемпературному режиму. Иногда это достигается благодаря дополнительным устройствам, которые охлаждают, усиливают и очищают, а иногда с помощью технологий, например, методом наплавки.

Процесс наплавки

Предположим, что у нас имеется некая автомобильная деталь, которая изготовлена из железа. Как назло, технология требует, чтобы она была сделана именно из этого металла, и ни из какого больше. Когда ее установили на машину, выяснилось, что во время эксплуатации автомобиля на деталь стала попадать влага, она покрылась ржавчиной и вышла из строя. Можно, конечно, было соорудить дополнительные кожухи, резиновые или силиконовые прокладки, но ведь это дополнительные расходы на труд специалистов, что, в свою очередь, скажется и на стоимости самой автомашины.

Восстановление металлического изделия

Чтобы избежать подобной волокиты и дороговизны, приглашается хороший сварщик, который и покрывает деталь, скажем, кобальтовым слоем, увеличивая ее стойкость к коррозии, ударам и трещинам. Для создания такой оболочки рабочему потребуются специальные электроды или сварочная проволока, которые он с помощью одноименного аппарата, плазматрона или лазерной установки расплавляет и наносит (наплавляет) на поверхность нашей условной детали. Вот грубое представление о том, что представляет собой процесс с этим названием.

2 Немного о технологиях наплавки

Говорить о методах наплавки можно много, так как разнообразие их поистине велико. Просто перечислим виды с краткими характеристиками, чтобы иметь общее представление.

Дуговая, с помощью электродов. Самый распространенный способ благодаря своей универсальности. Расплавляет основной металл и смешивает его с электродным. Химический состав неоднороден, внутренние свойства непредсказуемы, а потому возможно только «косметическое» восстановление поверхности.

Плазменная. Бывает двух видов – дуговая и струйная. Первая отличается высокой производительностью, так как расплавляет металлы с помощью высокой температуры, создаваемой электрическим разрядом. Вторая – отсутствием высокотемпературного режима, что приводит к малой деформации обрабатываемой поверхности.

Плазменная технология

Газовая. Особенность этой технологии наплавки – использование или порошковой проволоки, или со сплошным сечением. Можно изменять температуру пламени, обеспечивая различную толщину слоя покрытия. Затрачивается много энергии, направленной на прогрев обрабатываемой поверхности, что может привести к деформации.

Лазерная. Довольно эффективный способ наплавки, позволяющий делать тонкий и довольно-таки прочный слой на обрабатываемой поверхности. Тем не менее он довольно дорогостоящий: требуется особое недешевое оборудование и обученные специалисты.

Лазерная наплавка

Электронно-лучевая. Делается в специальной вакуумной камере, с использованием электронного луча, интенсивность которого можно изменять. За счет отсутствия воздуха абсолютно исключается окисление и выгорание. Также весьма дорогой и затратный способ, к тому же обладающий малым коэффициентом полезного действия.

Наплавка под флюсом. Обусловлена применением различных видов проволоки и ленты. Наверное, самый предпочтительный способ для соблюдения равновесия между ровным покрытием, перемешиванием металлов и рациональным распределением энергии. Рассмотрим ее подробнее.

3 Работаем под флюсом

Начнем с определения. Флюсом при сварке называют вещество, которое благодаря своим свойствам может ослабить окисление воздухом, улучшить горение дуги, придать необходимые качества наплавленному слою и повлиять на однородность шва. Проще говоря, это своеобразная «прокладка», которая помогает провести работы должного качества.

Переходим теперь непосредственно к наплавке под флюсом. Основным элементом, отвечающим за процесс, выступает сварочная проволока, которая используется в качестве электрода. Вариантов ее диаметра довольно много, в зависимости от того, для чего она должна использоваться. Единственное требование к ней – отсутствие какого-либо покрытия. Это необходимо для того, чтобы улучшить воздействие дуги с газовым пузырем, который образуется между обрабатываемой поверхностью и флюсом.

Работа под флюсом

Говоря о полярности, следует также отметить, что для большей эффективности «плюсовой» ток поступает на проволочный электрод, а «минус» – на поверхность, которая будет подвергаться наплавке. Так почему работа с флюсом получила такое широкое распространение, в чем преимущества способа, и какие имеются недостатки? Прежде всего, перечислим преимущества:

• процесс наплавки несложный, что позволяет сварщикам с любой квалификацией качественно и в кратчайшие сроки покрыть деталь слоем;
• безопасность во время работы из-за задержки флюсом брызг неостывшего металла;
• аккуратность наплавки из-за отсутствия воздействия воздуха, получается практически ровная и гладкая поверхность.

Схема процесса

Недостатки тоже имеются, и вот какие:

• существенно уменьшает процентную прочность металлического изделия, внося изменения чуть ли не на молекулярном уровне;
• возможность применения только на крупных деталях, не имеющих сложной конфигурации (изгибы, уступы, колена и т. п.) и возможности деформации ввиду обширной области разогрева;
• повышение стоимости оборудования из-за дополнительного приспособления, обеспечивающего подачу флюса.

4 Особенность порошковой проволоки

Наверное, что собой представляет эта деталь, говорить нет смысла: в детстве все мы любили следить за работой сварщика. Он вставлял какие-то стерженьки в устройство, напоминающее вилку, и прикасался их кончиками к трубе, вызывая «бенгальский огонь», брызги которого разлетались во все стороны. При близком изучении такой металлической палочки выяснялось, что покрыта она каким-то серым шершавым веществом. Это был изолятор, защищающий стержень от атмосферного воздействия и поддерживающий стабильность электродуги.

В зависимости от целей применяют электроды с различной степенью плавления, с соответствующими марками и диаметром металлической проволоки. В последнее время во многих областях применения стали использоваться электроды с порошковой проволокой, потому что наплавка с ее помощью получается более аккуратной, слой ложится ровнее и лучше «прилипает» к поверхности, которая обрабатывается.

Порошковая проволока

Применение других видов электродов ведет к сильному разбрызгиванию расплавленного металла, чего не происходит при использовании порошковых проволок для наплавки. Выделяемый при ее работе углекислый газ улучшает КПД примерно на 15–20%, что несмотря на дороговизну материала полностью оправдывает ее применение. Когда использование флюса затруднительно, вполне можно прибегнуть к наплавке порошковой проволокой с применением открытой электрической дуги. При необходимости углекислый газ может подаваться дополнительно. Качество работ тогда улучшается существенно.

Порошковый сердечник с содержанием веществ, образующих шлак, и поддерживающий горение дуги углекислый газ считаются наиболее эффективными условиями для производства аккуратной и прочной наплавки. Дело в том, что в процессе плавления сварочная проволока, содержащая частички шихты, образует шлаковый слой, препятствующий поступлению к обрабатываемой поверхности кислорода, и, следовательно, снижает опасность коррозии. Диаметр электродов различен: от 1,6 до 3,0 мм.

Процесс плавления сварочной проволоки

Можно отметить, что применение порошковой проволоки для наплавки вполне может считаться универсальным методом: использование ее возможно не только при работе с открытой дугой, но и с использованием флюса. Эффективность процесса при этом нисколько не уменьшается.

Технология, связанная с электродами из порошка, применяется на предприятиях металлургии. В основном это операции, которые призваны вернуть первоначальные качества тем или иным деталям, составляющим узлы обрабатывающего оборудования: валы, звездочки, втулки, шестерни. Все становится ясно из названия процесса, который на профессиональном языке обозначается как «восстановительно-упрочняющая наплавка».

5 Другие электроды и будущее наплавочных технологий

Мы говорили про наплавку порошковой проволокой, но как обстоит дело с другими? Почему несмотря на некоторые недостатки, имеющиеся у них, для этого типа восстановительных работ продолжают использоваться и другие разновидности электродов? Причем список их для технологии наплавки столь обширен, что не только описание, но и перечисление займет достаточно места в статье. Оставим возможность провести более подробные исследования ГОСТов и РОСТов тем, для кого это может составить профессиональный интерес, а в рамках нашего обзора просто перечислим, какой может быть сварочная проволока, применяемая в наплавке.

1. Создающая наплавленный слой из металла с низкими показателями легированности и содержания углерода, способного противостоять сильным механическим воздействиям и интенсивному трению.
2. Для получения наплавки со средним показателем углерода и низкой легированностью, также имеющей высокую сопротивляемость ударам и трению, с учетом температур в диапазоне от нормальной до повышенной (600–650 °C).
3. Производящая покрытие из легированного или высоколегированного углеродистого металла, умеющего противостоять не только значительным внешним воздействиям, но также и абразивному износу.
4. Наплавленный металл которой имеет высокие углеродистые показатели, а также может противостоять избыточным давлению и температурам (до 600 °C).
5. Для высоколегированной наплавки из металла, способного к высокому противостоянию коррозии при постоянном трении в условиях повышенного температурного режима.
6. Применяющаяся для создания слоя с высокой легированностью, содержанием полимерных или никелевых добавок, не изменяющего своих характеристик в сверхтяжелых температурных условиях (от 900 до 1100 °C).

Высоколегированная наплавка из металла

Но следует пояснить, что различные технологии не подразумевают применения исключительно только правильно подобранных электродов. Помимо них необходимо еще иметь специальное оборудование и дополнительные приспособления. Также перед началом работ по наплавлению слоя необходимо провести некоторые действия. К примеру, произвести термообработку или позаботиться о постоянном нагреве обрабатываемой детали.

В отдельно взятой статье мы смогли рассмотреть небольшую часть, посвященную ручному способу наплавки. Помимо него существует еще и промышленная технология, которая стала доступна благодаря обширному применению лазерных, плазменных и газовых установок, высокоточных приборов и компьютеров. Применяются такие методы в случаях, когда нужно обработать большие поверхности, или необходима весьма точная, почти микронная степень обработки. Последние годы все большее применение находит роботизированная наплавка, когда изделие имеет сложную форму, и его обработка другим способом невозможна. Кроме того, решается проблема, которую в течение десятилетий пытались преодолеть инженеры – минимальное смешивание наносимого слоя с металлической основой.

Роботизированная обработка

Так как пока еще процесс роботизации слишком дорогостоящий, то и применение его возможно исключительно на производстве особой важности. Тем не менее дальнейшее развитие современной техники позволит полностью отказаться от ручной сварки. Роботизация повышает эффективность обработки деталей, значительно экономя дорогостоящие материалы и практически исключая брак. Во время самого процесса без проблем изменяются условия, если вдруг наметилось отклонение в каком-либо заданном параметре.

Способы и технология наплавки

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 25Следующая ⇒

Дуговая наплавка под флюсом. Нагрев и расплавление металла, так же как при сварке, осуществляются теплом дуги, горящей между плавящимся электродом и основным металлом под слоем флюса. Наплавка под флюсом является одним из основных видов механизированной наплавки. Основными преимуществами являются непрерывность и высокая производительность процесса, незначительные потери электродного металла, отсутствие открытого излучения дуги. Отличительной особенностью наплавки под флюсом является хороший внешний вид наплавленного слоя (гладкая поверхность и плавный переход от одного наплавленного валика к другому). В процессе наплавки возможны четыре основных способа легирования наплавленного металла (рис. 4).

Рис. 4. Способы легирования наплавленного металла:а — через сварочную проволоку, б — порошковую проволоку, в — керамический флюс, г — укладка легированной присадки.

 

1. Применение легированной проволоки или ленты и обычных плавленых флюсов. Для наплавки используют легированные сварочные проволоки, специальные наплавочные проволоки и легированные ленты, в том числе спеченные. Наплавка производится под флюсами АН-20, АН-26 и др., которые выбирают в зависимости от состава электродного металла.

2. Применение порошковой проволоки или порошковой ленты и обычных плавленых флюсов. Порошковая проволока или лента расплавляется в дуге и образует однородный жидкий расплав. Этот способ позволяет получить наплавленный металл с общим содержанием легирующих примесей до 40 — 50%. Марка порошковой проволоки или ленты выбирается в зависимости от необходимого типа наплавленного металла и его требуемой твердости.

3. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и легирующих наплавленных флюсов (керамических). Этот способ позволяет ввести в наплавленный металл до 35% легирующих примесей. При наплавке наибольшее применение получили керамические флюсы АНК-18 и АНК-19, обеспечивающие хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлаковой корки, высокую стойкость наплавленного металла против образования пор и трещин.

4. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и обычных плавленых флюсов с предварительной укладкой легирующих материалов на поверхность наплавляемого изделия.
Здесь возможна предварительная засыпка или дозированная подача легирующих порошков, а также предварительная укладка прутков или полосок легированной стали, намазывание специальных паст на место наплавки и др. Во всех случаях нанесенный легирующий
материал расплавляется дугой и переходит в наплавленный металл.

В связи с тем что в технологии выполнения между наплавкой и сваркой много общего, для наплавки применяется то же оборудование, что и при сварке соответствующими способами.

Наплавку углеродистых и низколегированных сталей выполняют под плавлеными флюсами ОСЦ-45, АН-348-А. Флюс АН-60 пригоден для одно- и многоэлектродной наплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на нормальных и повышенных скоростях, а также для наплавки электродными лентами.

Наплавку легированных сталей производят под низкокремнистыми плавлеными флюсами АН-22, АН-26 и др., а высоколегированные хромоникелевые стали и стали других типов с легкоокисляющимися элементами (титан, алюминий) — под фторидными флюсами АНФ-1 и АНФ-5.

Для предупреждения образования шлаковых включений и непроваров в наплавленном слое при многослойной наплавке необходимо тщательно удалять шлаковую корку с предыдущих слоев.

Дуговая наплавка в защитных газах. Наплавку в защитных газах применяют в тех случаях, когда невозможны или затруднены подача флюса и удаление шлаковой корки. Преимуществами данного вида наплавки являются визуальное наблюдение за процессом и возможность его широкой механизации и автоматизации с использованием серийного сварочного оборудования. Ее применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях, внутренних поверхностей, глубоких отверстий, мелких деталей и сложных форм и т.п. Технология выполнения наплавки в защитных газах во многом сходна с технологией наплавки под флюсом, отличие лишь в том, что вместо флюсовой применяют газовую защиту зоны сварки. Помимо перечисленных преимуществ это освобождает сварщика от необходимости засыпки флюса и удаления шлака. С целью уменьшения разбрызгивания металла наплавка в защитном газе производится самой короткой дугой. Наплавку плоских поверхностей во избежание коробления деталей производят отдельными участками «вразброс». Цилиндрические детали можно наплавлять по винтовой линии как непрерывным валиком, так и с поперечными колебаниями электрода: Короткие участки могут наплавляться продольными валиками вдоль оси цилиндрической детали, но здесь возможно возникновение деформаций, которые в процессе наплавки следует уравновешивать. Для этого наплавка каждого последующего валика должна производиться с противоположной стороны по отношению к уже наплавленному. При наплавке внутренних цилиндрических и конических поверхностей применяют специальные удлиненные мундштуки.

Наплавка может производиться в углекислом газе, аргоне, гелии и азоте. Высоколегированные стали, а также сплавы на алюминиевой и магниевой основе наплавляются в аргоне или гелии. Наплавка меди и некоторых ее сплавов может производиться в азоте, который ведет себя по отношению к ней нейтрально. При наплавке углеродистых и легированных сталей используют более дешевый углекислый газ. Наплавка может производиться как плавящимся, так и неплавящимся электродами. Неплавящийся вольфрамовый электрод обычно применяют при наплавке в аргоне и гелии. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. Учитывая, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, в наплавочную проволоку обязательно вводят раскислители (марганец, кремний и др.). При наплавке применяют как проволоку сплошного сечения, так и-порошковую. Для наплавки деталей из углеродистых и низколегированных сталей с целью восстановления их размеров применяют сварочные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, а также наплавочные Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА и др. При необходимости получения наплавленного слоя с особыми свойствами применяют порошковые проволоки.

Недостатком способа является то, что в процессе наплавки в углекислом газе наблюдается сильное разбрызгивание жидкого металла, приводящее к налипанию брызг на мундштук и засорению сопла горелки. Кроме того, возможность сдувания газовой струи ветром затрудняет наплавку на открытом воздухе.

Дуговая наплавка порошковыми проволоками. Наплавка порошковой проволокой с внутренней защитой основана на введении в сердечник проволоки кроме легирующих компонентов также шлакообразующих и газообразующих материалов. Применение флюсовой и газовой защиты при наплавке такой проволокой не требуется. Легирующие элементы порошковой проволоки переходят в шов, а газо- и шлакообразующие материалы создают защиту металла от азота и кислорода воздуха. В дуге тонкая пленка расплавленного шлака покрывает капли жидкого металла и изолирует их от воздуха. Разложение газообразующих материалов создает поток защитного газа. После затвердевания на поверхности наплавленного валика образуется тонкая шлаковая корка, которая может не удаляться при наложении последующих слоев. При наплавке используют различные самозащитные порошковые проволоки. Для наплавки низкоуглеродистых слоев используют сварочные проволоки типа ПП-АН3 и др. Для получения слоев с особыми свойствами применяют специальные проволоки. Так, для наплавки деталей, работающих при больших давлениях и повышенных температурах, применяют порошковую проволоку ПП-3ХВ3Ф-О, наплавку деталей, подвергающихся интенсивному абразивному износу, производят самозащитной порошковой проволокой ПП-У15Х12М-О (буква О в обозначении марки порошковой проволоки указывает, что данная порошковая проволока предназначена для наплавки открытой дугой).

Технология выполнения наплавки самозащитной порошковой проволокой в основном ничем не отличается от технологии наплавки в углекислом газе. Открытая дуга дает возможность точно направлять электрод, наблюдать за процессом формирования наплавляемого слоя, что имеет большое значение при наплавке деталей сложной формы. Одним из преимуществ этого способа является применение менее сложной аппаратуры по сравнению с аппаратурой, применяемой при наплавке под флюсом и защитном газе, а также возможность выполнять наплавочные работы на открытом воздухе; увеличивается производительность по сравнению с наплавкой под флюсом и в защитных газах, снижается себестоимость наплавляемого металла.

Плазменная наплавка и напыление. Сущность этого метода заключается в том, что нагрев присадочного металла и основного осуществляется сжатой дугой или газовой плазмой, выделенной или совпадающей со столбом дуги. Механизм образования наплавленного слоя такой же, как и при других способах дуговой наплавки. Из наплавочных материалов при плазменной наплавке используют проволоку, прутки и порошки. Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу показана на рис. 5. Между вольфрамовым электродом 1 и внутренним соплом 2 возбуждают дугу. Плазмообразующий газ, проходя через нее, создает плазменную струю 3 косвенного действия, которая обеспечивает расплавление присадочного порошка.

Рис. 5. Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу

 

 

Другая дуга, 4 прямого действия, горящая между электродом 1 и основным металлом 5, совпадает с плазменной струей прямого действия. Последняя создает необходимый нагрев поверхности, обеспечивая сплавление порошка и основного металла. Изменяя значение силы тока сжатой дуги прямого действия, можно достичь минимальной величины проплавления основного металла. Толщину наплавленного слоя можно изменять в пределах 0,3 — 10 мм с разбавлением основным металлом от 3 до 30%. При плазменной наплавке с присадочной проволокой косвенная дуга горит между вольфрамовым электродом и соплом, а дуга прямого действия — между вольфрамовым электродом и присадочной проволокой. От этих дуг получает теплоту и основной металл. Изменяя силу тока, регулируют долю основного металла и производительность наплавки. Наплавляемое изделие в этом случае в сварочную цепь не включено.

Из защитных газов при плазменной наплавке применяют аргон, азот, углекислый газ, смеси аргона с гелием или азотом и др. Выбор защитного газа связан со степенью его воздействия на наплавляемый и основной металлы. В качестве плазмообразующего могут применяться аргон, гелий, углекислый газ, воздух и др. Для обеспечения стабильного протекания процесса наплавки необходимо применять неплавящиеся электроды из такого материала, который способен без разрушения выдерживать нагревание до высоких температур. Таким требованиям лучше всего отвечают электроды из чистого вольфрама или с присадками диоксида тория, оксидов лантана и иттрия. Преимущества этого вида наплавки — малая глубина проплавления основного металла, возможность наплавки тонких слоев, высокое качество и гладкая поверхность наплавленного металла.

Помимо наплавки плазменный нагрев может использоваться также для напыления поверхностных слоев. Процесс напыления отличается от наплавки рядом особенностей. Напыление — это процесс нанесения металлических слоев из частиц напыляемого материала, нагретых до температуры плавления или близких к оплавлению, на неоплавленную поверхность обрабатываемой детали. При напылении присадочный материал используется в виде проволоки или порошков, подаваемых в сжатую дугу, где он нагревается струей газового потока и с большой скоростью подается на поверхность изделия. Толщина напыленного слоя может изменяться от сотых до десятых долей миллиметра. Напыление более толстых слоев обычно не производится в связи с тем, что толстые слои склонны к отслоению от поверхности детали (откалывание). Напыление можно производить как металлами и сплавами, так и различного вида соединениями — оксидами, карбидами, нитридами и т. п.

Технологически в отличие от наплавки напыление выполняют по способу косвенного нагрева выделенной дуговой плазмой. Если при наплавке расстояние от сопла горелки до изделия составляет 6 — 25 мм, то при напылении – 50 — 120 мм и более. Напыленные слои обладают меньшей плотностью и большей пористостью по сравнению с наплавленными и более склонны к откалыванию от поверхности детали при нарушении технологии. Однако в них практически отсутствует разбавление основным металлом.

Электрошлаковая наплавка. При электрошлаковой наплавке для оплавления основного и присадочного металла служит шлаковая ванна, разогреваемая проходящим через нее электрическим током. Этот способ наплавки, как правило, сочетается с принудительным формированием наплавляемого слоя. Сущность процесса электрошлаковой наплавки (рис. 6) состоит в том, что в пространстве, образованном поверхностью наплавляемого изделия 1 и формирующим кристаллизатором 4, охлаждаемым водой, создается ванна расплавленного шлака 3, в которую подается электродная проволока 5.

Рис. 6. Схема электрошлаковой наплавки на вертикальную поверхность

 

Ток, проходя между электродом и изделием, нагревает шлаковую ванну до температуры выше 2000°С, в результате чего электродный и основной металлы оплавляются, образуя металлическую ванну, при затвердевании которой формируется наплавленный слой 2.

Для осуществления процесса электрошлаковой наплавки различных поверхностей необходима достаточно глубокая шлаковая ванна, получение которой проще всего при вертикальном или наклонном расположении деталей. По сравнению с дуговой наплавкой это менее универсальный способ, но он весьма эффективен в тех случаях, когда на деталь необходимо наплавить слой металла большой толщины (более 14 — 16 мм). Благодаря применению большой силы тока и электродов большого сечения можно достичь высокой производительности — до 150 кг наплавленного металла в час.

Вибродуговая наплавка. Этот способ обычно используется для наплавки деталей типа тел вращения диаметром от 8 — 10 мм и более. Сущность этого метода наплавки заключается в том, что основной и электродный металл нагревается до расплавления теплотой, которая выделяется в результате возникновения периодически повторяющихся электрических разрядов, т.е. прерывисто горящей электрической дуги; Наплавленный слой образуется в процессе кристаллизации расплавленного основного и электродного металла (рис. 7). Малая длительность и прерывистость горения электрической дуги обусловлены вибрациями электродной проволоки, которые создаются с помощью электромагнитных или механических вибраторов. В процессе вибраций наблюдаются короткие замыкания вследствие прикасания электродной проволоки к наплавляемому изделию (основному металлу), а во время отрыва проволоки возникает большой силы ток и загорается электрическая дуга. При среднем значении тока Iд = 150 А экстраток достигает 1000 А.

Рис.7. Схема вибродуговой наплавки: 1 — вибрирующий наконечник, 2 — электродная проволока, 3 — деталь, 4 — наплавленный слой.

 

В качестве присадочного металла применяют наплавочные проволоки (одну или несколько), которые могут иметь возвратно-поступательные перемещения поперек сварочной ванны, а также электродные ленты, пластины или стержни большого сечения, иногда и трубы, которые используют для наплавки цилиндрических поверхностей. При наплавке обычно применяют флюсы АН-8, АН-22 и др.

Длительность горения дуги составляет 0,002 — 0,003 с.

Наплавочная установка состоит из вибродуговой головки, аппаратуры управления, вращателя, источника тока. Во время наплавки выполняются следующие движения: вращение наплавляемой детали, поступательное движение вибродуговой головки вдоль продольной оси наплавляемой детали, подача проволоки в зону дуги и вибрация проволоки. Питание осуществляется от выпрямителей, сварочных генераторов, а также от низковольтных трансформаторов с вторичным напряжением 12 — 16 В и более. Более высокие показатели достигаются при наплавке на постоянном токе обратной полярности. Обычно в сварочную цепь включают индуктивность, значение которой выбирают в зависимости от частоты вибрации электродной проволоки, напряжения, рода тока и других факторов. Для наплавки пригодны сварочные проволоки диаметром 0,8 — 2,0 мм. С целью защиты расплавленного металла от взаимодействия с окружающей средой наплавка ведется в струях жидкостей или защитных газов, а также под слоем флюса. Применяются водные растворы кальцинированной соды; смеси кальцинированной соды, мыла и глицерина; эмульсии глицерина.

Прерывистость процесса позволяет получать зону термического влияния малой ширины, поэтому наплавленные детали имеют весьма малые деформации, что особенно важно при наплавке сложных изделий, изготовленных с высокой точностью.

Если наплавка выполняется в струе жидкости, происходит ускоренное охлаждение наплавленного металла, поэтому он имеет повышенную твердость и износостойкость. Вибродуговая наплавка эффективна, если необходимо наплавлять слои металла небольшой толщины.

Недостатками вибродуговой наплавки являются сравнительно низкий коэффициент наплавки и невысокая производительность наплавки.

Сварка чугуна

Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материалами, среди которых основные — невысокая стоимость и хорошие литейные свойства. Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряжений. Наряду с перечисленными преимуществами изделия из серого литейного чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.

К чугунам относятся сплавы железа с углеродом, содержание которого превышает 2,11 % (2,14 %). В этих сплавах обычно присутствует также кремний и некоторое количество марганца, серы и фосфора, а иногда и другие элементы, вводимые как легирующие добавки для придания чугуну определенных свойств. К числу таких легирующих элементов можно отнести никель, хром, магний и др.

В зависимости от структуры чугуны подразделяют на белые и серые. В белых чугунах весь углерод связан в химическое соединение карбид железа Fe₃C — цементит. В серых чугунах значительная часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде графита. Если серые чугуны хорошо поддаются механической обработке, то белые обладают очень высокой твердостью и режущим инструментом обрабатываться не могут. Поэтому белые чугуны для изготовления изделий применяют крайне редко, их используют главным образом в виде полупродукта для получения ковких чугунов. Получение белого или серого чугуна зависит от состава и скорости охлаждения.

В зависимости от структуры чугуны классифицируют на высокопрочные (с шаровидным графитом) и ковкие. По степени легирования чугуны подразделяют на простые, низколегированные (до 2,5 % легирующих элементов), среднелегированные (2,5 … 10 % легирующих элементов) и высоколегированные (свыше 10 % легирующих элементов).

Сварочный нагрев и последующее охлаждение настолько изменяют структуру и свойства чугуна в зоне расплавления и околошовной зоне, что получить сварные соединения без дефектов с необходимым уровнем свойств оказывается весьма затруднительно. В связи с этим чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью. Тем не менее сварка чугуна имеет очень большое распространение как средство исправления брака чугунного литья, ремонта чугунных изделий, а иногда и при изготовлении конструкции.

Качественно выполненное сварное соединение должно обладать необходимым уровнем механических свойств, плотностью (непроницаемостью) и удовлетворительной обрабатываемостью (обрабатываться режущим инструментом). В зависимости от условий работы соединения к нему могут предъявляться и другие требования (например, одноцветность, жаростойкость и др.).

Причины, затрудняющие получение качественных сварных соединений из чугуна, следующие:

1. Высокие скорости охлаждения металла шва и зоны термического влияния, соответствующие термическому циклу сварки, приводят к отбеливанию чугуна, т.е. появлению участков с выделениями цементита той или иной формы в различном количестве. Высокая твердость отбеленных участков практически лишает возможности обрабатывать чугуны режущим инструментом.

2. Вследствие местного неравномерного нагрева металла возникают сварочные напряжения, которые в связи с очень незначительной пластичностью чугуна приводят к образованию трещин в шве и околошовной зоне. Наличие отбеленных участков, имеющих большую плотность (7,4 … 7,7 г/см³), чем серый чугун (6,9 … 7,3 г/см³), создает дополнительные структурные напряжения, способствующие трещинообразованию.

3. Интенсивное газовыделение из сварочной ванны, которое продолжается и на стадии кристаллизации, может приводить к образованию пор в металле шва.

4. Повышенная жидкотекучесть чугуна затрудняет удержание расплавленного металла от вытекания и формирование шва.

5. Наличие кремния, а иногда и других элементов в металле сварочной ванны способствует образованию на ее поверхности тугоплавких окислов, приводящих к образованию непроваров. Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны может быть охарактеризовано схемой, представленной на рис. 1. В случае низких скоростей охлаждения в чугунном шве и участке околошовной зоны может быть обеспечено сохранение структуры серого чугуна. На схеме W’охл обозначено наибольшее значение скорости охлаждения металла шва и высокотемпературного участка зоны термического влияния при эвтектической температуре, если чугун сваривали без предварительного подогрева.

Практически при любом составе чугуна в шве и высокотемпературном участке околошовной зоны будет иметь место отбеливание. Сварка чугуна с подогревом (300 … 400 °С) уменьшает скорость охлаждения (W»охл ) на рис. 1). При такой скорости охлаждения в шве и на участке околошовной зоны, в зависимости от количества графитизаторов, может быть получен либо белый, либо серый чугун.

Рис. 1 Влияние скорости охлаждения на структуру металла шва и околошовной зоны

При высоком подогреве (600 … 650 °С) скорость охлаждения при эвтектической температуре снижается до W»’охл, при которой отбеливания не происходит. Замедление охлаждения приводит к распаду аустени-та с образованием ферритной или перлитно-ферритной металлической основы. Таким образом, наиболее эффективное средство предотвращения отбеливания металла шва и высокотемпературного участка околошовной зоны, а также резкой закалки на участке околошовной зоны, нагревавшейся выше температуры Ас3, — высокий предварительный или сопутствующий подогрев чугуна до температуры 600 … 650 °С. Сварку с таким подогревом называют горячей сваркой чугуна.

Высокий подогрев и замедленное охлаждение способствуют также ликвидации трещин и пористости за счет увеличения времени существования жидкой ванны и лучшей дегазации ее, а также уменьшения температурного градиента и термических напряжений.

Сварку с подогревом до температур 300 … 400 °С называют полугорячей, а без предварительного подогрева — холодной сваркой чугуна. При полугорячей и холодной сварке чугуна широко используют металлургические и технологические средства воздействия на металл шва с целью повышения качества сварных соединений. К их числу относятся:

· Легирование наплавленного металла элементами-графитизаторами, с тем чтобы при данной скорости охлаждения получить в шве структуру серого чугуна;

· Легирование наплавленного металла такими элементами, которые позволяют получить в шве перлитно-ферритную структуру, характерную для низкоуглеродистой стали, путем связывания избыточного углерода в карбиды, более прочные, чем цементит, и равномерно распределенные в металле;

· Введение в состав сварочных материалов кислородосодержащих компонентов с целью максимального окисления углерода (выжигания его) и получения в металле шва низкоуглеродистой стали;

· Применение сварочных материалов, обеспечивающих в наплав ленном металле получение различных сплавов цветных металлов: медно-никелевых, медно-железных, железоникелевых и др., обладающих высокой пластичностью и имеющих температуру плавления, близкую к температуре плавления чугуна.

Горячая сварка чугуна

Наиболее радикальным средством борьбы с образованием отбеленных и закаленных участков шва и околошовной зоны и образованием пор и трещин служит подогрев изделия до температуры 600 … 650 °С и медленное охлаждение его после сварки. Технологический процесс горячей сварки состоит из следующих этапов: I — подготовка изделия под сварку; II — предварительный подогрев деталей; III — сварка; IV — последующее охлаждение.

Подготовка под сварку зависит от вида исправляемого дефекта. Однако во всех случаях подготовка дефектного места заключается в тщательной очистке от загрязнений и в разделке для образования полостей, обеспечивающих доступность для манипулирования электродом и воздействия сварочной дуги. Для предупреждения вытекания жидкотекучего металла сварочной ванны, а в ряде случаев для придания наплавленному металлу соответствующей формы, место сварки формуют. Формовку выполняют в зависимости от размеров и местоположения исправляемого дефекта с помощью графитовых пластинок, скрепляемых формовочной массой, состоящей из кварцевого песка, замешенного на жидком стекле, или другими формовочными материалами, а также в опоках формовочными материалами, применяемыми в литейном производстве (рис. 2).

После формовки необходима просушка формы при постепенном подъеме температуры от 60 до 120°С, затем проводят дальнейший нагрев под сварку со скоростью 120 … 150°С в час в печах, горнах или временных нагревательных устройствах. Замедленное охлаждение после сварки достигается при укрывании изделий теплоизолирующим слоем (листами асбеста и засыпкой песком, шлаком и др.) или при охлаждении вместе с печами, горнами.

 

Рис. 2 Формовка места сварки для горячей сварки чугуна:
а — несквозной раковины; б — недолива кромки детали, с облицовкой заплавляемой полости графитовыми пластинами; в — общий вид заформованного дефекта; 1 — деталь; 2 — формовка; 3 — графитовые пластины

Способы нагрева и нагревательные устройства применяют в зависимости от характера производства (устранение литейных дефектов, ремонтная сварка и т.д.). Например, при массовом производстве в литейных цехах автомобильных и тракторных заводов целесообразно использовать конвейерные печи; для ремонтных работ удобен нагрев в муфельных печах или в горнах с открытым кожухом; для разовых ремонтных работ крупногабаритных изделий изготовляют временные нагревательные устройства из огнеупорного кирпича, в том числе печи-ямы в земляном полу цеха.

Остывание в зависимости от веса и формы детали длится от нескольких часов до нескольких суток. Для сварки используют плавящиеся электроды со стержнями из чугуна марок А или Б (табл. 1). Стержни получают отливкой в кокиль и другими способами.

В состав покрытия, наносимого на литые прутки, диаметром 5 … 20 мм, входят стабилизирующие и легирующие материалы. В качестве последних обычно используют графит, карборунд, ферросилиций, силикокальций, силикомагний и другие элементы-графитизаторы. Горячую сварку чугуна выполняют на больших токах без перерывов до окончательной заварки дефекта. При больших объемах завариваемого дефекта два сварщика, работающие поочередно.

Табл. 1 Состав чугунных стержней для сварки чугуна

Марка	С	Si	Мn	Р	S	Сr	Ni	Назначение
А	3,0 … 3,5	3,0 … 3,4	0,5… 0,8	0,2 … 0,4	До 0,08	До 0,05	До 0,3	Для горячей сварки
Б	3,5 … 4,0	0,3 … 0,5	Для горячей и полугоря­чей сварки

Для горячей сварки чугуна можно использовать дуговую сварку угольным электродом. По возможности изменения теплового воздействия на свариваемый металл сварка угольным электродом занимает промежуточное положение между газовой сваркой и сваркой плавящимся электродом. Сваривают на постоянном токе, прямой полярности угольными электродами диаметром 8 … 20 мм. Диаметр электрода и силу сварочного тока выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла (табл. 2).
В качестве присадочного материала используют прутки марок А и Б. Для перевода тугоплавких окислов в легкоплавкие соединения применяют флюсы на борной основе, чаще всего техническую безводную (прокаленную) буру.

Табл. 2 Режимы сварки угольным электродом

Толщина металла, мм	Диаметр электрода, мм	Сила тока, А
6 … 10	8 … 10	280 … 350
10 … 20	10 … 12	300 … 400
20 … 30	12 … 16	350 … 500
30 и более	16 … 18	350 … 600

Табл. 3 Состав порошковой проволоки ППЧ-3 и наплавленного металла*, %

Материал	С	Si	Аl	Ti
Порошковая проволока Наплавленный металл	4,5 … 5,0 3,0 … 3,8	3,3 … 4,0 3,0 … 3,8	0,1 … 0,3 До 0,1	0,1 … 0,3 До 0,1
* Остальное Fe.

Горячая сварка чугуна ручным способом, особенно массивных изделий — тяжелый труд. Весьма прогрессивный способ, облегчающий труд и повышающий производительность, — механизированная сварка порошковой проволокой. В состав шихты вводят компоненты, которые позволяют получать состав металла шва, представляющий собой чугун. Состав порошковой проволоки марки ППЧ-3 для горячей сварки чугуна приведен в табл. 3.

Горячая сварка чугуна позволяет получать сварные соединения, равноценные свариваемому металлу (по механическим характеристикам, плотности, обрабатываемости и др.), однако это трудоемкий и дорогостоящий процесс. Вместе с этим в ряде случаев к сварным соединениям из чугуна не предъявляется таких требований. Часто, например, достаточно обеспечить только равнопрочность или только хорошую обрабатываемость, или плотность сварных швов. С помощью различных металлургических и технологических средств можно получить сварные соединения из чугуна с теми или иными свойствами при сварке с невысоким подогревом или вовсе без предварительного подогрева (т.е. с помощью полугорячей или холодной сварки).

Рекомендуемые страницы:

Виды наплавочных работ. Сварка

Виды наплавочных работ

Процесс нанесения с помощью сварки на поверхность детали слоя металла для восстановления ее первоначальных размеров либо для придания поверхности специальных свойств называется наплавкой. Наплавка предполагает нанесение расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с заданными свойствами и геометрическими параметрами.

Применяют наплавку для восстановления изношенных деталей, а также при изготовлении новых деталей с целью получения поверхностных слоев, которые обладают повышенными твердостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью и другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намного сократить расход дефицитных материалов при их изготовлении.

При большинстве методов наплавки, так же, как и при сварке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивается с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплавлять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающиеся от них.

Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Для получения заданных свойств наплавленного слоя применяют легирование присадочного металла в процессе наплавки, чаще всего используют специальные наплавочные электроды.

Применяют следующие виды наплавки:

• ручная дуговая выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Ручная наплавка малопроизводительна и применяется при наплавке деталей сложной конфигурации;

• плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки;

• неплавящиеся электроды применяют при наплавке на поверхность детали порошковых смесей;

• электроды из литых твердых сплавов, а также в виде трубки, заполненной легирующей порошкообразной смесью;

• автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом производится проволокой сплошного сечения, ленточным электродом или порошковой проволокой.

Легирование наплавляемого слоя осуществляют через электропроволоку, легированный флюс (при проволоке из низкоуглеродистой стали) или совместным легированием через проволоку и флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или порошка.

Наплавку в защитных газах принимают при наплавке деталей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации. Возможность наблюдать за процессом формирования валика позволяет корректировать его, что очень важно при наплавке сложных поверхностей. Наплавку производят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или неплавящимся электродом. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе постоянным током обратной полярности. Надо обратить внимание на то, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, поэтому необходимо применять наплавочную проволоку с повышенным содержанием раскислителей. Недостатком этого вида наплавки является относительно большое разбрызгивание металла.

Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при этом виде наплавки возникают большие остаточные напряжения и деформации в наплавляемых деталях. Для наплавки применяют литые твердые сплавы.

Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лентой открытой дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого вида является возможность наплавки деталей на открытом воздухе. Сварщик, наблюдая за процессом, может обеспечить хорошее формирование наплавляемых валиков. Наплавка самозащитной проволокой менее сложна, хорошо поддается механизации.

Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого или косвенного действия. Присадочным материалом служат наплавочная проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки, которые получают широкое применение благодаря высокой производительности (7–30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой глубине проплавления основного металла. При этом получают гладкую поверхность и высокое качество наплавленного слоя.

Вибродуговая наплавка выполняется специальной автоматической головкой, обеспечивающей вибрацию и подачу электродной проволоки в зону дуги. При вибрации электрода происходит чередование короткого замыкания сварочной цепи и разрыва цепи (паузы). В зону наплавки подается охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия воздуха и, охлаждая деталь, способствует уменьшению зоны термического влияния, снижает сварочные деформации и повышает твердость наплавляемого слоя. В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы солей, содержащих ионизирующие вещества (например, кальцинированной соды), облегчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы).

Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой производительностью. Этот способ позволяет получать наплавленный слой любого заданного химического состава на плоских поверхностях и на поверхностях вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход независимо от толщины наплавляемого слоя.

Для наплавки деталей экскаваторов, землеройных машин, работающих при ударных нагрузках, применяют электроды марки 12АН/ЛИВТ (тип Э–95Х7Г5С), дающие наплавляемый слой твердостью до 32HRC. Наплавку стальных и чугунных деталей, подверженных абразивному износу без ударной нагрузки, производят электродами марки Т–590 (тип Э–320Х25С2ГР). Детали, работающие в условиях сильного износа и при ударных нагрузках, рекомендуется наплавлять электродами марки Т–620 (тип Э–320Х23С2ГТР) диаметром 4–5 мм.

Механизированную наплавку производят наплавочной проволокой. Она маркируются буквами Нп и цифрами и буквами, характеризующими химический состав металла проволоки. Подбираются проволоки в зависимости от объекта наплавки и требуемой твердости наплавляемого слоя.

Марки углеродистой проволоки в зависимости от содержания углерода дают слой твердости от 160 НВ (Нп–25) до 340 НВ (Нп–85). Проволока легированная и высоколегированная позволяет получать слой твердости от 180 НВ (Нп–40Г) до 52 НКС (Нп–40Х13). При наплавке используют флюсы. Допускается производить наплавку рабочих поверхностей деталей электродной проволокой марки Св–08 под легирующим керамическим флюсом марки АНК–18 и АНК–19.

Механизированную наплавку производят также наплавочной порошковой проволокой или лентой под слоем флюса АН–348–А, АН–20 (С, СП и П), АН–2, Ан–60 и др. Для наплавки деталей машин из углеродистой стали под флюсом типа АН–348–А применяют порошковую проволоку марок ПП—АН–120, ПП—АН121 (твердость слоя 300–350 НВ) или ПП—АН–122 (твердость слоя 50–56 НRС), для наплавки высокомарганцовистых сталей применяют проволоку ПП—АН–105 (твердость слоя 20–25 НКС), для наплавки высокохромистых сталей рекомендуют порошковую проволоку марок ПП—АН–170 и ПП—АН–171. Порошковые ленты марок ПЛ—АН–101, ПЛ—АН–102 и ПЛ—АН–112 применяют для наплавки под флюсом и открытой дугой.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Технология поверхностей и покрытий — Журнал

Surface and Coatings Technology — международный архивный журнал, в котором публикуются научные статьи о значительных разработках в области проектирования поверхностей и интерфейсов с целью изменения и улучшения свойств поверхности материалов для защиты в сложных условиях контакта или агрессивных средах, или для …

Подробнее

Surface and Coatings Technology — это международный архивный журнал, в котором публикуются научные статьи о значительных разработках в области проектирования поверхностей и интерфейсов с целью изменения и улучшения свойств поверхности материалов для защиты в сложных условиях контакта или агрессивных сред, а также для повышения функциональных характеристик.Вклады варьируются от оригинальных научных статей, посвященных фундаментальным и прикладным аспектам исследований или непосредственного применения металлических, неорганических, органических и композитных покрытий, до специальных обзоров современных технологий в конкретных областях. Ожидается, что статьи, представленные в этот журнал, будут соответствовать следующим аспектам процессов и свойств / производительности:

A. Процессы: методы физического и химического осаждения из паровой фазы, термическое и плазменное напыление, модификация поверхности с помощью методов направленной энергии, таких как такие как ионные, электронные и лазерные лучи, термохимическая обработка, влажные химические и электрохимические процессы, такие как гальваника, золь-гель покрытие, анодирование, плазменное электролитическое окисление и т. д., но без покраски.

B. Свойства / рабочие характеристики: характеристики трения, износостойкость (например, истирание, эрозия, истирание и т. Д.), Стойкость к коррозии и окислению, тепловая защита, сопротивление диффузии, гидрофильность / гидрофобность, а также свойства, относящиеся к поведению интеллектуальных материалов и улучшенные многофункциональные характеристики для экологических, энергетических и медицинских приложений, но исключая аспекты устройства.

Статьи должны выходить за рамки формата технических рецептов и получать существенное новое понимание и понимание, основанное на подробных характеристиках покрытий и процессов.Экспериментальные документы должны содержать полную информацию о параметрах процесса и соответствующие характеристики микроструктуры. Кроме того, документы, включающие данные испытаний, должны содержать полную информацию об испытательном оборудовании и параметрах. Такие документы должны сообщать о взаимосвязи синтеза-характеристики-свойства-характеристики.

Рукописи должны быть написаны на хорошем английском языке и содержать сбалансированный и актуальный список литературы, отформатированный в соответствии с руководством для авторов.

Примечание для авторов:
Для рассмотрения для публикации, сопроводительное письмо к вашей статье должно четко объяснять новизну и оригинальность вашего исследования и его научный вклад помимо ранее опубликованных статей.В противном случае ваша заявка не будет рассматриваться для публикации и не будет отправлена ​​на рецензирование.

Преимущества для авторов
Мы также предоставляем множество преимуществ для авторов, такие как бесплатные PDF-файлы, либеральная политика в отношении авторских прав, специальные скидки на публикации Elsevier и многое другое. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о наших услугах для авторов.

Информацию о подаче статей см. В нашем Руководстве для авторов. Если вам потребуется дополнительная информация или помощь, посетите наш Центр поддержки

Hide full Aims & Scope .

Наши технологии обработки поверхностей | Keronite

Наша технология обработки поверхности | Керонит ⚠️ Неподдерживаемый браузер

Ваш браузер не поддерживается.

Для использования этого веб-сайта требуется последняя версия Safari, Chrome, Firefox, Internet Explorer или Microsoft Edge.

Нажмите кнопку ниже, чтобы обновить, и мы с нетерпением ждем встречи с вами.

Обновить сейчас Контур закрутки Создано с помощью Sketch.Усовершенствованная обработка поверхности

Keronite используется в тысячах различных применений в самых разных отраслях промышленности.

Перейти в разделНаш процессОсновные характеристикиОтраслиСпросите нас

Увеличение срока службы и уменьшение веса

Предпосылка нашего уникального металлического покрытия PEO проста.За этим стоит сложная наука.

Наши покрытия обладают двумя основными преимуществами:

1. Они продлевают срок службы компонентов из магния, алюминия и титана за счет ряда ключевых характеристик, уникальных для PEO. Доказано, что наши покрытия намного превосходят аналогичные покрытия, такие как анодирование и термическое напыление.
2. Эти улучшенные рабочие характеристики способствуют уменьшению веса компонента и более широкому использованию легких сплавов во многих отраслях промышленности.

Посмотрите, как мы это делаем: процесс NPI керонита

Мы разрабатываем индивидуальные решения, которые не просто работают в рамках нашей высокотехнологичной лаборатории — они с самого начала предназначены для промышленного производства.

Первый этап

Помолвка

Опыт подсказывает нам, что решение проблем лучше всего достигается путем взаимного обмена информацией.Наша технология позволяет нам создавать индивидуальные решения PEO для вашей проблемы посредством этого процесса взаимодействия.

Оптимизация проектного решения приводит как к высокопроизводительному конечному продукту, так и к продукту с высокой рентабельностью. Керонит гордится тем, что является глобально конкурентоспособным решением благодаря применению материаловедения и инженерии.

Именно этот важный шаг в нашем процессе помогает нам развивать прочные отношения с нашими клиентами; подход к внедрению новых продуктов, основанный на решениях.

Второй этап

Разработка решений

Совместная работа над пониманием требований к характеристикам продукта помогает Keronite бросить вызов существующим парадигмам традиционных возможностей обработки поверхности.

Используя наш опыт в PEO в сочетании с опытом наших материаловедов, химиков и инженеров, мы можем разрабатывать, тестировать и развивать ряд решений по покрытиям, которые решают проблемы наших клиентов.

Все наши решения разрабатываются исключительно собственными силами и сочетают в себе наши индивидуальные составы электролитов с проверенными параметрами процесса PEO, чтобы обеспечить оптимальное решение.

Этап третий

Индустриализация

Мы не разрабатываем современные покрытия, которые работают только в наших лабораториях.Мы разрабатываем все решения по нанесению покрытий с учетом эффективности обработки и масштабируемости.

Мы используем методы моделирования PEO для определения оптимальной стоимости производства. Затем мы нанимаем опытную команду инженеров, которые проектируют, строят и управляют проектами выделенных производственных ячеек бережливого производства с использованием ведущих в отрасли методологий управления процессами.

Четвертый этап

Производство

Успешная индустриализация гарантирует стабильное производство.Благодаря нашим специализированным и экономичным производственным ячейкам мы обеспечиваем высокий уровень удовлетворенности клиентов, высокий уровень своевременной и полной доставки и высокую доходность, гарантируя, что общая стоимость приобретения для наших клиентов всегда покрывается.

Наши производственные мощности сертифицированы по стандартам ISO9001 и AS9100.

Пятый этап

Непрерывное совершенствование

Наше партнерство с ведущими университетами и текущие исследовательские проекты означают, что мы всегда находим способы улучшить предложения PEO.

В

Keronite работает преданная своему делу команда инженеров, которые из года в год стремятся улучшать качество наших клиентов. Это улучшение достигается несколькими способами: увеличенная обработка, которая напрямую снижает отпускные цены, сокращение времени выполнения заказа для увеличения оборотного капитала клиента и управление цепочкой поставок для сокращения административных накладных расходов.

Основные характеристики

Керонит позволяет производить твердые, плотные и керамические покрытия для легких сплавов, которые могут быть тщательно адаптированы для обеспечения сочетания различных характеристик.

коррозия

Защита от коррозии

Инертная керамическая структура

PEO обеспечивает превосходную естественную химическую стабильность и защиту от коррозии. Покрытия прошли испытания в солевом тумане более 2000 часов (ASTM B117).

износ

Износостойкость

Благодаря сочетанию высокой твердости, сильной адгезии и податливости PEO обеспечивает полное износостойкое решение для компонентов.

термический

Управление температурным режимом

Мы создали покрытия для теплопередачи (0,8 — 10 Вт м-1 к-1) и теплового барьера (до 900 ℃). Универсальность PEO позволяет выбрать качество управления температурным режимом.

твердость

Чрезвычайная твердость

PEO обеспечивает твердость до 2000HV.Покрытия PEO изготавливаются из фазового корунда, одного из самых твердых природных элементов в мире.

электрическая

Электроизоляционная

Ceramic — это натуральный изолятор, обладающий впечатляющими характеристиками пробоя диэлектрика (до 20 кВ).

деформация

Деформационная устойчивость

Неровная микроструктура и мелкодисперсная пористость

PEO превосходно сцепляются с подложками.PEO обеспечивает значения модуля Юнга около 30 ГПа.

зеленый

Чистые технологии

В поле зрения отсутствуют органические соединения, VoC, сильные кислоты или тяжелые металлы. Наши покрытия соответствуют всем нормативным требованиям.

усталость

Показатели усталости

PEO обеспечивает сверхточные покрытия с толщиной покрытия от 1 мкм.Слойная структура PEO и неравномерная структура пор способствуют усталостным характеристикам, что означает, что материал можно удалить, чтобы сэкономить дополнительный вес.

адгезия

Сильная адгезия

Плазменное электролитическое окисление — это процесс преобразования, который означает, что слой формируется из основы, обеспечивая исключительную адгезию и отличное покрытие.

универсальность

Универсальность процесса

Ученые, работающие с Keronite, могут управлять покрытиями, строго контролируя параметры обработки PEO. Полученные покрытия можно настраивать, а это значит, что наши ученые могут создать покрытие, которое достигнет всех целей вашего задания.

Керонитовые покрытия используют технологию обработки поверхности плазменным электролитическим окислением (ПЭО).

PEO — это электрохимическая обработка поверхности алюминия, магния или титана. Компоненты подвергаются воздействию жидкого электролита, и электрический потенциал применяется для образования керамики на основе оксида.

Узнать больше о PEO

Промышленность

Наши решения уже встроены в широкий спектр приложений в огромном количестве отраслей.

.

Дом | Curtiss-Wright Surface Technologies

• Дом
• Компания
  • О нас
  • Рынки
  • Новости
  • Выставки и выставки
• Услуги
  • Все услуги
  • Дробеструйная обработка
  • Суперфинишная обработка
  • Лазерная обработка
  • Специальные покрытия
    • Все инженерные покрытия
    • Термическое напыление
    • Твердопленочные смазочные материалы и покрытия жидких компонентов
    • Париленовые конформные покрытия
  • Услуги по испытанию материалов и аналитике
  • Последующая обработка аддитивного производства
Местоположение
• Ресурсы
  • Техническая литература и брошюры по технологиям
  • ПРИМЕРЫ
  • ВИДЕО
• Свяжитесь с нами

• Дом
• Компания
  • О нас
  • Рынки
  • Новости
  • Выставки и выставки
• Услуги
  • Все услуги
  • Дробеструйная обработка
  • Суперфинишная обработка
  • Лазерная обработка
  • Специальные покрытия
    • Все инженерные покрытия
    • Термическое распыление
    • Твердопленочные смазочные материалы и покрытия жидких компонентов
    • Париленовые конформные покрытия

.