Многоэлектродная наплавка

Влияние режимов на качество наплавки и производительность процесса

Сварочный ток, напряжение и скорость наплавки определяют производительность процесса, качество и формирование наплавленного металла Указанные фак­торы взаимосвязаны. Оптимальное их сочетание с пра­вильно выбранным составом флюса позволяет получить наплавленный металл с требуемыми физико-механиче­скими свойствами.

Вместе с тем у многоэлектродной наплавки есть и специфические особенности. Увеличение производитель­ности процесса за счет ширины наплавляемого слоя требует только увеличения сварочного тока при сохра­нении напряжения и скорости наплавки. Эта особен­ность значительно упрощает выбор режимов в широком диапазоне производительности процесса и ширины на­плавляемого слоя и позволяет прогнозировать силу тока источника питания для наплавки слоев необходимой величины. Например, при использовании проволоки диа­метром 4 мм для наплавки слоев толщиной 20—30 мм на каждые 100 мм ширины необходима сила тока ООО А при напряжении 40 В.

Ширина расстановки электродных проволок и ско­рость их подачи в зону наплавки оказывают существен­ное влияние на характер протекания процесса. А. П. Сущенко изучал влияние ширины расстановки электродов на формирование наплавленного слоя. Он использовал ток постоянный обратной полярности силой 1000—1400 А, напряжение наплавки 30—32 В, скорость наплавки 6,18 м/ч, число электродов 6, диаметр элек­тродов 3 мм, проволоку Св-08, флюс АН-60, вылет электродов 50 мм. Толщина наплавляемого изделия

4 Зак. 471

Рис. 22. Макроструктура слоев наплавленного' металла шири­ной 50 мм в зависимости от силы тока на электродах:

а — 450 А; 6 — 830 А; в—1150 А; г — J365 А

Рис. 23. Макроструктура слоев шириной 100 мм, наплавленных:

а — одними электродными проволо­ками: б — то же. по слою металли­ческого порошка. количество кото­рого от массы электродов составляем 25 % (1), 50 % (2); 75 % (3); 100 %

(4)

20 мм. Наплавку выполняли углом назад при а=40°. Ширина расстановки электродов 50 и 100 мм, расстоя­ние между их осями 10 и 20 мм.

Результаты исследований показаны на рис. 22 и 23. На рис. 22 ширина наплавки составляла 50 мм при расстоянии между осями электродов 10 мм. Наплавку вели одними электродами без шихты. С увеличением силы тока наплаьки при прочих равных условиях уве­личивалась глубина проплавления основного металла. Одновременно по краям валика образовались наплывы, несплавившиеся с основным металлом.

Анализируя полученные результаты, можно сказать, что наиболее экономично использование тока силой 450 А, так как он обеспечивает минимальное проплав­ление основного металла и хорошее формирование на­плавленного слоя. Для сохранения оптимальных усло­вий по мере повышения тока следует увеличивать ширину наплавки или вылет электродов, чтобы полезно использовать теплоту, выделяющуюся на электродах.

На рис. 23 ширина расстановки электродов между осями составляла 20 мм, в таких условиях каждый

Рис. 24. Макроструктура слоев, наплавленных:

о—-одними э/тек. родными прово­локами; б — электродными прово­

локами по слою металлического по­рошка. количество порошка 75 % мас - сп проволоки

электрод наплавляет отдельный валик (поз. а). Подача на поверхность металлического порошка приводит к тому, что жидкая ванна у электродов становится общей, но глубокое проплавление сохраняется под каж­дым из них, т. е. налицо индивидуальное плавление электродов. Увеличение дозы металлического порошка уменьшает волнистость зоны сплавления, но не ликви­дирует ее совсем. В этом сказалась слишком широкая расстановка электродов. Уменьшение расстояния между электродами и увеличение их числа ликвидирует этот недостаток. При нормальной расстановке элекфодов введение шихты уменьшает глубину проплавления и ликвидирует волнистость зоны сплавления.

На рис. 24 показана макроструктура наплавленного металла с шихтой и без шихты при нормальной расста­новке электродов (10 мм между осями) и их диаметре 3 мм. Введение шихты резко уменьшает глубину про­плавлення. При избытке шихты возможно несплавле - IIие. В пределах ширины до 100 мм формирование на­плавленного валика происходит очень похоже на фор­мирование валика при наплавке лентой с той лишь разницей, что производительность процесса при много­электродной наплавке в 2—3 раза выше, чем при на­плавке лентой, а диапазон устойчивых режимов шире.

Качество наплавки в значительной мере зависит от характера протекания процесса. А. П. Сущенко на основании обобщения большого опытного материала предложил схему протекания многоэлектродной на­плавки под флюсом на постоянном токе (рис. 25). При этом электроды горят не все сразу, а попеременно, и обеспечиваемое тенловложение уменьшает глубину проплавления. На схеме и поперечных макрошлифах видно, что края валика проплавляются на большую глу­бину. У крайних электродов плавится несколько боль­шее количество флюса. Это хорошо видно на сечении

Рис. 25. Схема протекания многоэлектродной наплаькн под флю­сом на постоянном токе:

1 — электроды; 2 — флюс; 3 — шлаковая оболочка; 4.— основной металл

шлакового слоя при наплавке валика шириной 100 мм шестью электродами диаметром 3 мм (рис. 26).

Такое плавление крайних электродов относительно просто может быть объяснено с точки зрения электри­ческого поля, возникающего вокруг системы электродов. У крайних электродов повышается напряженность электрического поля, в результате они обгорают на большую длину, при этом плавится больше шлака. Импульсы тока получаются мощными, но редкими, в результате глубина проплавления увеличивается. Улучшить характер проплавления можно подбором скорости подачи крайних электродов или изменением их диаметра.

Правильный подбор параметров режима позволяет получить хорошее формирование значительных по пло­щади поверхностей (рис. 27, а и б) при высокой произ­водительности процесса (50—150 кг/г и более; в зави­симости от конфигурации деталей и мощности источ­ника тока.

Не менее эффективно использовать для этих целей горизонтальную электрошлаковую наплавку [31]. Про­изводительность такого процесса может быть еще выше, а диапазон режимов шире. Эю объясняется тем, что скорости ведения электрошлаковой наплавки значи­тельно ниже, чем для дуговой. В результате под элек­тродами постоянно находится прослойка жидкого металла, которая улучшает распределение теплоты по наплавляемой поверхности, препятствуя ее глубокому ироплавлению. Это дает возможность повысить плот­ность тока на электродах без опасения глубокого про­плавления основного металла. На рис. 28, а и Є пока - заны внешний вид и сечение сляба шириной 400 мм при толщине наплавленного слоя 15 мм. Опыты показали, что основным препятствием для увеличения производи­тельности многоэлектродной наплавки является мощ­ность источника тока и подводящих коммуникаций. Варьируя числом проволок, их диаметром, напряже-

Рис. 28, Слмб шириной 400 мм, наплавленный горизонтальным электрошлаковым способом:

а — внешний вид; б — сечение

нием источника сварочного тока и скоростью наплавки, многоэлектродным способом можно наносить слои тол­щиной 2—50 мм и шириной в зависимости от возмож­ности удержания образующейся ванны жидкого метал­ла на поверхности изделия. Уже получены слои шири­ной 600 мм.