ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

МЕТОДЫ ЛЕГИРОВАНИЯ

Получение наплавленного слоя с особыми свойствами, как пра­вило, связано с получением сплавов со значительным количеством легирующих элементов. При дуговой наплавке плавящимся или неплавящимся электродом, в среде защитных инертных газов, плазмеїшой наплавке химический состав наплавленного металла по всем основным легирующим элементам примерно соответствует химическому составу электродного материала. Дополнительного устойчивого легирования наплавленного металла в результате металлургических взаимодействий наплавляемого металла с газо­вой фазой (например, азотом или кислородом, которые можно добавлять к инертному газу, — как правило, аргону) обычно достичь не удается.

При наплавке плавящимся электродом в углекислом газе приходится считаться с потерями легирующих элементов за счет их окисления, хотя и несколько меньшего, чем при дуговой сварке без защиты от воздуха.

При сварке в среде защитных газов легирование наплавленного металла достигается в основном выбором соответствующего при­садочного металла (электродная проволока сплошного сечения, порошковая и др.) или применением дополнительных наплавоч­ных материалов (паст, перед сваркой наносимых на кромки, или щшсадочных прутков, порошков, засыпаемых на поверхность перед сваркой или вдуваемых в сварочную ванну, дополннтель-

пых проволок, прутков, укладываемых на поверхность или пода­ваемых в сварочную ванну, и др.).

Наплавка электродами, имеющими специальные покрытия, позволяет получить довольно значительное легирование через составляющие электродного покрытия (обычно вводимые в покры­тия в виде порошков металлов, сплавов или углеродистых состав­ляющих) или посредством выбора состава металлического стержня электрода.

Переход легирующих элементов из стержня и покрытия электрода зависит от свойств элемента (его сродства к кисло­роду, температуры испарения и др.), от композиции электрод-

його покрытия и металла стержня электрода, а также от коэф­фициента массы покрытия (табл. 116). Варьируя составами элек­тродного стержня, количеством и составом покрытия, можно получить множество составов наплавленного металла, легирован­ных различными элементами и, следовательно, обладающими различными свойствами в исходном состоянии после наплавки или после последующей термообработки.

При наплавке покрытыми электродами состав наплавленного металла весьма незначительно зависит от режима наплавки (главным образом усиливается выгорание углерода при значи­тельном увеличении силы сварочного тока и напряжения дуги).

При ручной наплавке покрытыми электродами стабильность качества очень зависит от квалификации сварщика, низка про­изводительность наплавки (0,5—2,0 кг/ч).

Значительно более высокая производительность наплавки достигается при механизированных способах, в частности при дуговой автоматической наплавке под флюсом. Для наплавки применяют плавленые и керамические флюсы. Легирование наплавленного металла определяется составом электродной про­волоки и металлургическими взаимодействиями между расплав­ленным металлом и флюсом-шлаком или дополнительно вводи­мыми в сварочную ванну компонентами в виде насыпаемой на по­верхность изделия крупки, содержащей легирующие элементы, плп в виде пасты с легирующими составляющими, наносимой на поверхность.

Наиболее распространены методы легирования при наплавке под флюсом путем использования следующих материалов.

1. Углеродистой или легированной электродной проволоки сплошного сечения, металлической холоднокатаной, литой или спрессованной из порошков ленты и нелегирующпх или слабо­легирующих, относительно слабоокислительных плавленых и реже керамических флюсов (хотя иногда для наплавки углеро­дистых и низколегированных сталей используют высококрем­нистые, высокомарганцовистые флюсы, приводящие к окислению ряда легирующих элементов при наплавке).

2. Порошковой проволоки (порошковых лент) при тех же флюсах, позволяющей вводить до 40% легирующих металли­ческих составляющих к общей массе проволоки. В ленты сложной формы (рис. 180) может быть введено до 70% легирующих метал­лических составляющих. Флюсы такие же, как в варианте 1.

3. Легирующих флюсов, в основном керамических, содержащих легирующие металлические добавки, и флюсов-смесей. Из керами-

ческих флюсов максимально удается ввести в наплавленный металл до 30—35 % легирующих элементов.

Металлические наплавочные мате­риалы — низкоуглеродистые и низко­легированные или такие же, как в варианте 1, реже — в варианте 2.

4. Предварительной засыпки и дозированного нанесения или введения порошка, укладки на наплавляемую поверхность леги­рованных прутков и др.; флюс обычно не легирующий, как в вариан­те 1.

5. Дополнительной проволоки, вводимой в дугу и подключен­ной в сварочную цепь параллельно основному металлу. Масса такой расплавляемой дополнительной проволоки может дохо­дить до 0,8 массы расплавляемой основной проволоки. Этот метод одновременно уменьшает и количество расплавляемого при наплав­ке основного металла (уменьшает у0).

Влияние режима при наплавке под флюсом на химический состав наплавленных слоев значительно большее, чем при наплавке покрытыми электродами. Это определяется значительно большим проплавлением основного металла и большим влиянием режима на относительную массу переплавляемого флюса (т. е. количества пере­плавляемого флюса на 1 кг расплавляемой электродной проволоки).

Влияние режима сварки и насыпной массы флюса на глубину проплавления /гпр и долю основного металла у0 при наплавке на низкоуглеродистую сталь проволокой типа Св-08А показано на рис. 181, а на относительную массу шлака ф при применении ке-

Рис. 183. Области режимов наплавки, в пределах которых состав наплавленного металл а в допустимой мере отклоняется от среднего:

I — наплавка проволокой ЭИ 701 под флюсом АН - 20; II — наплавка порошковой проволокой ІІП-ЗХ2В8 под флюсом АН-20; 111 — наплавка низкоуглеродистой проволокой под легирующим флюсом на основе АН-20; IV — наплавка низко­углеродистой проволокой под флюсом АН-20 по насыпанному слою порошка ферросплава

рамических флюсов — на рис. 182. При керамических флюсах, в боль­шинстве случаев легирующих, влия­ние режима на относительную массу переплавляемого флюса, и следовательно, на химический состав наплавленного металла оказывается особенно сильным. Однако и при использовании плавленых флюсов необходимо считаться с влиянием режима (рис. 183).

Наиболее распространенные проволоки сплошного сечения, применяемые для механизированной наплавки, регламентированы ГОСТ 10543—75. В определенных случаях можно использовать другие проволоки, в частности сварочные по ГОСТ 2246—70.

Применение в качестве плавящегося электрода ленты весьма целесообразно. При этом уменьшается у0 (меньшее число слоев позволяет получить желаемый состав), ослабляется влпяпие режима на относительную массу переплавляемого шлака, дости­гается более ровная наплавленная поверхность.

В качестве наплавочных применяют обычно ленты холодно­катаные толщиной 0,4—1 мм и шириной 20—100 мм, а также ленты, получаемые прокаткой залитого в охлаждаемые валки жидкого металла (например, чугуна) и спрессованные холодной прокаткой из порошков и дополнительно спеченные — металло­керамические (табл. 117).

Весьма разнообразные составы наплавленного металла могут быть получены посредством порошковых проволок, изготовляе мых из низкоуглеродистой ленты и сердечника, состоящего из смеси металлических порошков или смеси металлических порошков и газошлакообразующих.

Примеры химического состава наплавленного металла при наплавке порошковыми проволоками под флюсом и открытой дугой, а также при применении порошковых лент (см. рис. 180) приведены в табл. 118. При наплавке чаще всего используют плавленые флюсы марок АН-20 (в сочетании с низколегирован­ными и высоколегированными проволоками), АН-60 (при больших скоростях наплавки при низкоуглеродистой и низколегированной проволоках). Флюсы 48-ОФ-6, АН-26 применяют в сочетании с высоколегированными проволоками. При наплавке чугунной лентой используют флюсы АН-28 и АН-27, которые позволяют дополнительно легировать металл хромом до 1 %.

Керамические флюсы обычно используют при наплавке низко­углеродистой и низколегированной проволокой. Так, керами­ческий флюс AIIK-18 (~ 6,5% СаС03; ~ 27% CaF2; ~ 28% MgO; ~ 18% А1„03; - 2,5 Ка20 + К20; ~ 6% Сг; ~ 2,5% Мп; ~0,16% С; ~2% А1; ~ 0,25 Ті; ~ 0,25% Si и 3,5% Fe) при использовании нелегированной проволоки марки Св-08А по ГОСТ 2246—70 при оптимальных режимах обеспечивает полу­чение наплавленного металла состава 0,15—0,25% С; 0,2—0,4% Si; 1-1,8% Мп; 3-5% Сг; S <0,04%; Р <0,03%; HRC 35-45.

При. электрошлаковой наплавке легирование осуществляется за счет электродного материала, в качестве флюса обычно исполь­зуют флюсы АІІФ-1 и электропроводный в твердом состоянии АН-25 (в основном для начала електрошлакового процесса).

При использовании дуги с неилавящимся электродом (уголь­ным без защиты от воздуха или вольфрамовым с защитой инерт­ными газами) легирование обеспечивается в основном только наплавляемым материалом и его перемешиванием с основным металлом. При ручном процессе можно применять стержни из про­волок сплошного сечения (согласно ГОСТ 10543—75 или 2246—70 или другого состава), литые прутки из недеформируемых спла­вов (высокохромистые чугуны — сормайт № 1, сормайт № 2, а также кобальтовые стеллиты типа ВЗК и др.), порошковые присадки (трубка с сердечником из твердых термически стойких карбидов — ликар), а также порошкообразные (размером 100— 750 мкм) и зернистые наплавочные материалы (сталинит — смесь феррохрома, ферромарганца, чугунной стружки и нефтяного кокса).

Некоторые характеристики литых прутков для аргонодуговой наплавки неилавящимся электродом приведены в табл. 119.

В ряде случаев механизированной наплавкой аргонодуговым методом вольфрамовым электродом можно расплавлять уложен­ные на место наплавки заготовки наплавочного материала, выпол­ненного в виде литья или из прессованных порошков. При доста­точно хорошо подобранном режиме такая наплавочная заготовка (брикет* кольцо и пр.)* расплавляясь* нагревает лежащую под
жидким металлом поверхность до оплавления, в результате чего расплав соединяется с основным металлом.

По такой схеме можно получать наплавленные слои любой композиции, хотя при этом необходимо учитывать и возможность образования трещин в слое или по зоне сплавления. В качестве присадки при аргонодуговой паплавке можно использовать спе­ченные из порошков прутки. Аналогично получается соединение и при плазменной наплавке при горении дуги на проволоке из наплавляемого сплава (например, медной или бронзовой). В этом случае перегретый металл расплавленной проволоки осуществ­ляет необходимую тепловую подготовку к оплавлению поверх­ности не включенной в цепь дуги наплавляемой детали.

Имеются плазмотроны, в которых через дугу, горящую между электродом и соплом плазмотрона, вдувается мелкий порошок (обычно с размером частиц до 100 мкм) наплавляемого материала; он расплавляется, перегревается до необходимой температуры и, поступая на наплавляемую поверхность в виде капель, приво­дит к оплавлению основного металла и установлению металли­ческой связи (свариванию) наплавляемого металла с основным.

Возможности регулирования химического состава наплавляе­мого металла при таких способах очень широки.