ЭЛЕКТРОГАЗАСВАРЩИК

Технология наплавки

Процесс наплавки начинается с тщательной очистки детали от грязи, масла, краски. Рекомендуется поверхнос­ти, подлежащие наплавке, обжигать газовыми горелками. Применяют также промывку горячим раствором щелочи с последующей промывкой горячей водой, очистку стальной щеткой. Для предупреждения больших внутренних напря­жений и образования трещин наплавляемые детали часто подогревают до температуры, зависящей от основного и на­плавляемого металлов. Приемы и режимы наплавки зави­сят от формы и размеров деталей, толщины и состава на­плавляемого слоя.

Большое значение для качества и формирования наплав­ляемого слоя имеет доля основного и присадочного метал­ла. Влияние основного металла на качество наплавляемого слоя пропорционально доле его участия в образовании слоя. Эта доля зависит не только от способа наплавки, но осо­бенно от режима напланки. Например, при наплавке под флюсом влияние режима на качество наплавляемого слоя больше, чем при ручной наплавке покрытыми электрода­ми, что объясняется большим проплавлением основного металла. Преимуществом наплавки порошковой проволо­кой (или лентой) является меньшая плотность тока, что обеспечивает меньшую глубину проплавления основного металла и, как следствие, меньшее перемешивание его с наплавляемым металлом. При нанесении слоя в виде от­дельных валиков должно быть обеспечено оптимальное перекрытие валиков при ручной наплавке на 0,30—0,35 ширины, а при механизированной — на 0,4—0,5 ширины валика.

Ручную дуговую наплавку производят электродами с диаметром стержня 4—5 мм. Сварочный ток составляет 160—250 А. Напряжение дуги — 22—26 В. Наплавку про­

изводят короткой дугой постоянным током обратной по­лярности. При наплавке перегрев наплавленного слоя не допускается. Для этого слой наплавляют отдельными ва­ликами с полным последовательным охлаждением каждо­го валика.

По химическому составу и физико-механическим свой­ствам наплавленный металл будет отличаться как от ос­новного, так и от присадочного металла.

Одним из важных параметров процесса наплавки явля­ется глубина проплавления основного металла: чем мень­ше глубина проплавления, тем меньше доля основного металла в наплавленном. Химический состав наплавлен­ного металла будет ближе к присадочному. Обычно хими­ческий состав присадочного металла и металла наплавки выравнивается во втором-третьем слое.

С другой стороны, на глубине проплавления распола­гается переходная зона от основного металла к наплавлен­ному. Эта зона считается наиболее опасной, с точки зрения разрушения металла. Металл переходной зоны охрупчен из-за большой скорости охлаждения металла шва, имеет повышенную склонность к образованию холодных трещин по причине большой неоднородности химического состава металла и соответственно большой разности коэффициен­тов линейного расширения. Отсюда следует, что чем боль­ше глубина проплавления, тем больше зона ослабленного участка и тем ниже прочность детали. И, наоборот, чем меньше глубина проплавления, тем в меньшей мере теря­ется прочность детали. Металл наплавки по химическому составу приближается к присадочному, при этом отпадает необходимость в наложении второго слоя.

Исходя из изложенного, выбор оборудования для наплав­ки, режимов и технологии должен проводиться из условия обеспечения минимальной глубины проплавления основно­го металла h и заданной величины наплавленного слоя.

Высота наплавленного слоя ha складывается из величи­ны износа /ги, толщины дефектного слоя Лдс и высоты не­ровностей йнер (рис. 70).

На практике величина дефектного слоя принимается равной 1,5—2,0 мм, высота неровностей — 1,0—1,5 мм:

К = К + (2,5—3,5) мм.

При толщине наплавленного слоя больше 5 мм наплав­ку желательно вести в два слоя для уменьшения глубины проплавления.

Выбор режимов наплавки зависит от толщины наплав­ленного слоя.

Выбор наплавочных материалов производится исходя из требований, предъявляемых к металлу трущихся поверх­ностей в зависимости от вида изнашивания. Например, для условий абразивного изнашивания требуется высокая твер­дость наплавленного металла, которая обеспечивается ис­пользованием наплавочных материалов с повышенным содержанием углерода, хрома, марганца, вольфрама.

Для условий коррозионного изнашивания коррозион - ностойкость достигается легированием металла хромом в количестве больше 12% (нержавеющие стали).

Режимы и технология наплавки назначаются в зависи­мости от требуемой высоты наплавленного слоя. В поня­тие режима входит выбор силы тока, напряжения и скоро­

сти наплавки. Сила тока и напряжение должны быть ми­нимальными, но обеспечивать стабильное горение дуги.

Величина силы тока определяется в основном диамет­ром электрода. Для наплавочных работ, применяются элек­троды малых диаметров (4,0—5,0 мм).

Выбор сварочного оборудования производится в соот­ветствии с режимом наплавки. Параметры источника тока должны обеспечивать заданные режимы наплавки.

Ручная дуговая наплавка применяется при индивиду­альном способе выполнения ремонтных работ.

Выбор марки электродов производится исходя из тре­бований, предъявляемых к металлу поверхности в зависи­мости от условий работы деталей (табл. 30).

Для восстановления деталей типа валов, работающих при нормальных условиях, рекомендуются электроды 03H-400, обеспечивающие твердость НВ 375—425 без тер­мической обработки.

Наплавка деталей, работающих при коррозионном из­нашивании, выполняется электродами ЦП-6М, химичес­кий состав наплавленного металла 08X17 Н8 С6 Г или ЦН-5 (24X12). Для деталей, работающих в условиях абразивного износа, рекомендуются электроды Т-590 (Э-320Х25 С2ГР).

Режимы наплавки указываются на пачках электродов.

Для наплавки могут применяться и сварочные электро­ды, но механические свойства наплавленного металла низ­кие.

Наплавка плоских поверхностей выполняется в наклон­ном положении способом сверху вниз.

Наплавка цилиндрических поверхностей выполняется по винтовой линии или продольными валиками. Порядок наложения швов приводится на рис. 71.

Таблица ЗО Наиболее распространенные типы и марки электродов для наплавки и основные области их применения

Зернистые порошковые смеси наплавляют с помощью угольного электрода. На подготовленную поверхность на­сыпают тонкий слой флюса — прокаленной буры (0,2— 0,3 мм) и слой порошковой смеси толщиной 3—7 мм и ши­риной не более 50 мм. При большей ширине наплавляют несколько полос. Слой разравнивают и слегка уплотняют гладилкой. Наплавку производят плавными поперечными движениями угольного электрода вдоль наплавляемой по­верхности. Скорость перемещения должна обеспечивать сплавление наплавляемого сплава с основным металлом. Ток постоянный прямой полярности. При диаметре элект­рода 10—16 мм сварочный ток составляет 200—250 А, на­пряжение дуги — 24—28 В. Длину дуги поддерживают в пределах 4—8 мм.

Автоматическая наплавка под флюсом рекомендуется при большом объеме работ.

Сущность процесса наплавки состоит в том, что дуга горит под слоем флюса. Под действием тепла дуги рас­

плавляются электродная проволока, основной металл и часть флюса. Расплавленный металл электрода переносит­ся на основной, образуя слой наплавленного металла. Пе­ренос происходит в зоне расплавленного флюса, который надежно защищает жидкий металл от контакта с воздухом.

По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс затвердевает, образует шлаковую корку, легко отделяющу­юся от металла наплавки. Неизрасходованная часть флюса собирается и возвращается в дальнейшем для наплавки.

Процесс наплавки осуществляется с помощью напла­вочных установок, конструкция которых зависит от кон­фигураций наплавляемых деталей. При ремонте автомоби­ля чаще всего встречаются детали цилиндрической формы типа валов. Для восстановления размеров таких деталей промышленностью выпускается наплавочная установка типа А-580М, которая легко монтируется на месте резцедержа­теля на переоборудованном то'карном станке, имеющем частоту вращения 0,2—5 об/мин (рис. 72).

Проволока из кассеты 1 подающими роликами 2 через направляющую 3 подается в зону горения дуги на деталь 4, закрепленную в патроне токарного станка. Флюс из бунке­ра 5 подается на дозатор 6. Наплавка на вал осуществляет­ся по винтовой линии с заданным шагом.

Выбор марки наплавочной проволоки производится в зависимости от требуемых физико-механических свойств наплавленного металла. Легирование наплавленного слоя при наплавке под флюсом производится в основном через электродную проволоку, реже — через проволоку и флюс. Для наплавки чаще всего применяют плавленный флюс АН - 348А.

Для наплавки деталей из малоуглеродистых сталей при­меняют проволоку Св-08А, Св-08ГС, Св-1-Г2; для деталей из среднеуглеродистых сталей — Нп-65, Нп-ЗОХГСА.

Выбор режимов наплавки производится исходя из тол­щины наплавляемого слоя, диаметр наплавочной проволо­ки принимается в пределах 1,6—2,5 мм, при этом сила тока колеблется 150—200 А, напряжение — 25—35 В, скорость подачи сварочной проволоки — 75—180 м/ч, скорость на­плавки — 10—30 м/ч.

При выборе источника питания предпочтение отдается источникам постоянного тока, преобразователям и выпря­мителям с падающей характеристикой. Наплавку ведут на обратной полярности.

Наплавка под флюсом по сравнению с ручной дуговой наплавкой имеет следующие преимущества: высокая про­изводительность процесса, возможность получения наплав­ленного металла с заданными физико-механическими свой­ствами, высокое качество наплавленного металла, лучшие условия труда сварщиков, отсутствие ультрафиолетового излучения.

К недостаткам процесса относятся: большая глубина проплавления из-за высокого нагрева детали, невозмож­

ность наплавки деталей диаметром менее 50 мм из-за труд­ности удержания флюса на поверхности детали.

Механизированная наплавка под флюсом применяется для наплавки коленчатых валов, полуосей и других дета­лей.

Наплавка в среде углекислого газа довольно широко применяется для восстановления размеров изношенных деталей.

Оборудование для наплавки в среде углекислого газа деталей цилиндрической формы состоит из вращателя — модернизированного токарного станка и наплавочной го­ловки А-580М, смонтированной на суппорте токарного стан­ка (рис. 73).

Наплавочная проволока из кассеты 1 тянущими роли­ками 2 через мундштук 3 подается в зону горения дуги с основным металлом. Дуга горит в среде углекислого газа, подаваемого из углекислотного баллона 5 через подогрева­тель 6, редуктор 7, осушитель 8 в сопло 4, установленное

на конце мундштука через изоляционную втулку 9. Выте­кая из сопла, углекислый газ оттесняет воздух и предохра­няет расплавленный металл от окисления. Давление газа 0,15—0,20 МПа. Деталь типа вала устанавливается в пат­роне токарного станка с поджатием центром задней бабки.

Наплавка осуществляется по винтовой линии с опреде­ленным шагом. Снизу на деталь подается жидкость (3— 5 % водный раствор кальцинированной соды) для охлажде­ния детали в процессе наплавки. Охлаждающая жидкость может подаваться непосредственно на наплавленный ме­талл или рядом с ним, создавая различные скорости ох­лаждения.

Таким образом происходит совмещение процесса на­плавки с термической обработкой металла шва. Кроме того, охлаждение значительно снижает коробление деталей, что очень важно при наплавке валов значительной длины.

Выбор режимов наплавки в среде углекислого газа про­изводится в том же порядке, что и при наплавке под флю­сом.

Однако имеется особенность назначения марки напла­вочной проволоки: содержание марганца и кремния в ней должно быть не менее чем по 1 % для предотвращения об­разования пор. Для наплавки у малоуглеродистых сталей применяют сварочную проволоку марок Св-С8Г2С, Св-12ГС и др.

Для среднеуглеродистых низколегированных сталей используют проволоку Св-18ХГСА, Нп-30ХГСА. При на­плавке проволокой Нп-ЗОХГСА без охлаждения твердость наплавленного металла составляет 30—35 HRC, с охлаж­дением — 50—52 HRC.

Для наплавки в среде углекислого газа используются малые диаметры проволок в пределах 0,8—1,6 мм. Сила сварочного тока колеблется от 70 до 200 А, скорость на­плавки — до 100 м/ч. Для наплавки в среде углекислого газа применяются источники постоянного тока (преобразо­ватели и выпрямители) с жесткой характеристикой.

Механизированная наплавка в среде углекислого газа по сравнению с наплавкой под флюсом имеет следующие преимущества: меньший нагрев детали, возможность со­вмещения наплавки с термической обработкой, более вы­сокая производительность процесса, возможность наплав­ки деталей малых размеров.

К недостаткам процесса относится то обстоятельство, что легирование наплавленного металла ограничено толь­ко химическим составом электродной проволоки.

Для расширения диапазона легирования наплавленно­го металла применяется порошковая проволока, представ­ляющая собой металлическую оболочку, внутри которой располагаются легирующие, раскисляющие, ионизирующие и шлакообразующие элементы. Такой комплекс легирова­ния позволяет проводить сварку и наплавку как с защитой сварочной дуги, например — углекислым газом, так и без всякой внешней защиты наплавленного металла от окис­ления. Наличие шлакообразующих компонентов в составе порошковой проволоки обеспечивает надежную защиту от окисления расплавленного металла.

Для наплавки и сварки малоуглеродистых сталей при­меняют порошковую самозащитную проволоку ПП-АН2М, ПП-11 и др., выпускаемую диаметром 1,6—2,0 мм.

Выбор марки порошковой проволоки для наплавки сред­неуглеродистых низколегированных сталей производится в зависимости от условий работы деталей. Например, ме­талл, наплавленный порошковой проволокой ПП-ЗХ2В8, сохраняет высокую твердость и прочность при повышен­ных температурах.

Выбор режимов наплавки порошковыми проволоками проводится в том же порядке, что и при наплавке в среде углекислого газа. Параметры режимов наплавки следую­

щие: диаметр электродов 1,6—2,0 мм, сила тока 160—200 А, скорость наплавки 10—40 м/ч. Оборудование для наплав­ки — то же самое, что и в среде углекислого газа. В каче­стве источника тока применяются преобразователи и вып­рямители.

Достоинства наплавки порошковой проволокой состоят в меньшей стоимости процесса и возможности выполне­ния наплавочных работ во всех положениях.

Вибродуговая наплавка рекомендуется для наплавки деталей типа валов, схема которой приводится на рис. 74.

Проволока из кассеты 1 тянущими роликами 2 через мундштук 3 разрезной конструкции подается в зону горе­ния на детали 5. При вращении эксцентрика 4 проволоке придаются возвратные продольные колебания. Наплавоч­ная установка устанавливается на суппорте токарного стан­ка на место резцедержателя. Деталь крепится в патроне токарного станка. Снизу на деталь подается охлаждающая

жидкость (3—5 % раствор кальцинированной соды) для от­вода тепла.

Выбор марки наплавочной проволоки ведется в зависи­мости от требований, предъявляемых к рабочей поверхнос­ти. Для обеспечения твердости 50—55 HRC применяется проволока Нп-65 или Нп-ЗОХГСА с охлаждением. Мень­шая твердость 35—40 HRC достигается наплавкой прово­локой Нп-ЗОХГСА без охлаждения наплавленного слоя.

Наплавка выполняется как без внешней защиты для неответственных деталей, так и в среде углекислого газа — для ответственных.

Режимы наплавки должны обеспечить получение наплав­ленного слоя заданной толщины. Диаметр электрода при­нимается равным 1,2—2,0 мм. Напряжение дуги составляет 16—18 В. Сила тока колеблется в пределах 100—200 А. Ско­рость наплавки 1—2 м/мин.

Источниками питания дуги служат преобразователи и выпрямители с жесткой внешней характеристикой. Поляр­ность обратная.

Достоинством вибродуговой наплавки является то, что это один из немногих способов восстановления деталей малых, размеров. Кроме того, вибродуговая наплавка от­личается малой глубиной зоны термического влияния и незначительным нагревом детали.

Плазменная наплавка является одним из эффективных способов, позволяющим наносить металл различного хим­состава различной толщины с минимальной глубиной про­плавления. Выполняется с помощью плазмотронов (рис. 75).

Принцип работы следующий. Вначале зажигают так на­зываемую дежурную дугу 3, которая горит между вольфра­мовым электродом 1 (катод) и медным водоохлаждаемым соплом 2 в газовой среде. В качестве плазмообразующих га­зов применяются чаще всего аргон или азот. Для ионизации

аргона напряжение дежурной душ должно быть не менее 90 В, сила тока — 40—50 А, для чего в сварочную цепь вклю­чается сопротивление R. Расход аргона при горении дежур­ной дуги незначительный (давление 0,03—0,05 МПа).

При использовании в качестве ионизирующего газа азота напряжение для горения дежурной дуги должно быть не ниже 180 В, давление азота — 0,03—0,05 МПа. Дежурная дуга выдувается из канала сопла в виде газового пламени. Диаметр канала сопла 4—5 мм. Для зажигания основной плазменной дуги прямого действия 5 газовым пламенем дежурной дуги касаются основного металла 4 (рис. 75,6). Происходит переброс дуги с сопла на основной металл, минуя сопротивление R. Ток резко возрастает до 300—500 А. В этот момент необходимо резко увеличить расход газа (дав­ление газа 0,3—0,4 МПа). Температура внутри столба дуги при использовании в качестве плазмообразующего газа ар­гона до 20 ООО °С.

Для осуществления процесса наплавки электродную проволоку подают в зону плазменной дуги, металл элект­рода плавится и переносится на деталь.

Для прекращения процесса наплавки плазмотрон отры­вают от детали, основная дуга гаснет, но продолжает го­реть дежурная дуга.

В качестве наплавляемого материала могут использо­ваться не только порошки металлов, но и неметаллов (ке­рамический порошок). Это позволяет нанести керамику на металлы.

Режимы наплавки выбираются в зависимости от тол­щины наплавляемого слоя, толщины основного металла и др.

Для наплавки на неметаллические поверхности и дета­ли с небольшой толщиной стенки применяются плазмо­троны с плазменной дугой косвенного действия (рис. 75, а).

Зажигание дежурной дуги и обеспечение ее устойчиво­го горения осуществляется так же, как и для плазмотрона с плазменной дугой прямого действия. Для зажигания ос­новной плазменной дуги косвенного действия 4 замыкают­ся контакты5 (рис. 75, а) и включается основная сварочная цепь. Резко возрастает ток, увеличивается мощность дуги, одновременно включается и повышенный расход газа. Плаз­менная струя ионизированного газа выходит из сопла в виде мощного газового пламени.

Для осуществления наплавки электродный материал в виде порошка подается в струю плазмы, разогревается до температуры плавления и в виде капель переносится на основной металл. Подача порошков в струю плазмы про­изводится с помощью инертных газов: аргона, азота и др.

В состав оборудования для наплавки входят плазмотрон со шкафом управления, источник питания постоянного тока

(обычно выпрямитель) с падающей характеристикой. Для наплавки деталей цилиндрической формы плазмотрон ус­танавливается на суппорт токарного станка, переоборудо­ванного на низкое число оборотов.

К достоинствам плазменной наплавки относятся воз­можность регулирования температуры нагрева металла, высокая производительность процесса, малая глубина зоны термического влияния, высокое качество наплавленного металла.

К недостаткам процесса необходимо отнести более вы­сокие требования по электробезопасности при выполнении наплавочных работ.

Газовая наплавка применяется сравнительно редко, в основном при индивидуальном способе выполнения работ, из-за трудности механизации процесса, и др.

Плавление металла осуществляется газовым пламенем, образующимся при сгорании кислорода в среде ацетилена. Температура пламени в зоне ядра составляет 3100—3200°С.

Защита расплавленного металла от окисления осуще­ствляется самим газовым пламенем и флюсами. В каче­стве флюса используют буру или смесь буры и борной кис­лоты.