Многоэлектродная наплавка

ХАРАКТЕРИСТИКА МНОГОЭЛЕКТРОДНОЙ НАПЛАВКИ

Многоэлектродную наплавку можно определить как нанесение слоя металла на поверхность изделия свар­кой, осуществляемой двумя и более электродами одно­временно с общим подводом сварочного тока. Этот спо­соб еще называют наплавкой расщепленным электро­дом.

Способ обеспечивает высокую производительность процесса и качество наплавленного металла, снижение удельного тепловложения и, как следствие, уменьше­ние проплавления и коробления деталей.

Высокое качество металла при многоэлектродной наплавке достигается интенсивным перемешиванием металла и получением однородного химического состава наплавленного слоя в результате мощных конвектив­ных потоков в сварочной ванне. Конвективные потоки образуются благодаря импульсному плавлению от­дельных электродов и сложным магнитным и электри­ческим полям в зоне плавления электродов и ванне жидкого металла и шлака Под воздействием магнит­ных и электрических полей ток, протекающий через ванну, способствует коагуляции неметаллических включений, а относительно длительное существование жидкой ванны создает условия для их всплывания.

В работе [32J показано, что при использовании четы­рех электродов диаметром 3 мм достигается произво­дительность расплавления электродного металла до 90 кг/ч. Высокая производительность наплавки (80— 200 кг/ч) при использовании 4—15 электродов и более диаметром 2, 3 и 4 мм отмечается в работах [10, 25 и др.]

В отличие от наплавки лентой, когда с увеличением ширины ленты выше критической производительность падает ввиду уменьшения плотности тока [16], у много­электродной наплавки с увеличением числа электрод­ных проволок и ширины наплавки производительность непрерывно увеличивается [10, 31]. Дополнительные возможности повышения производительности процесса открывает подача в сварочную ванну порошкообразных присадочных маїериалов [13 17} которые уменьшают избыток количества теплоты в ванне, позволяют вести процесс на форсированных режимах и получать при этом высокое качество металла, создавать необходи­мые композиции сплавов из исходных компонентов прямо на поверхности изделия в ходе процесса на - плаьки [31}. Наплавка слоя за один проход автомата позволяет проектировать роботы с минимальным числом рабочих движений.

Другой важной особенностью многоьлектродной на­плавки является импульсное индивидуальное или груп­повое (по два три и более) плавление элею родов. При правильном выборе напряжения и скорости подачи электродной проволоки в многоэлектродной системе происходит самопроизвольное импульсное плавление электродов без применения специальных устройств [31].

В работе [25] показаны условия плавления электро­дов в импульсном режиме, которые обеспечивают мелкокапельный перенос металла и на 20—25 % увели­чивают количество расплавленного металла при сохра­нении величины расходуемой мощности. Это объяс­няется тем, что мгновенная плотность пульсирующего тока в электродах в 4 раза больше средней арифмети­ческой, приходящейся на один электрод.

Существует некоторая критическая скорость подачи электродов в сварочную ванну, при которой происходит скачкообразный переход от чередующегося к одновре­менному горению дуг на всех электродах [31}. При этом суммарный сварочный ток увеличивается на 20—25 % и наблюдается мелкокапельный перенос металла с не­значительным разбрызгиванием.

Импульсное плавление электродов благотворно влияет на качество наплавленного металла* Дуги, попеременно возникающие на электродах, оказывают на сварочную ванну сложное электрическое и механиче­ское воздействие [17], вызывая в ней мощные конвек­тивные потоки, которые способствуют ее хорошему перемешиванию, удалению газов и различных включе­ний, а также улучшают формирование слоя [30].

Импульсное плавление электродов по фронту рассре - дотачивает тепловложение в основной металл и умень­шает глубину проплавления, сохраняя одновременно высокий градиент температуры в ванне. Однако им­пульсное плавление электродов не всегда связано с короткими замыканиями на ванну. В работе [2] с по­мощью киносъемки и осциллографирования показано, что при наплавке четырьмя самозащитными проволо - ками во всем диапазоне значений сварочного тока и напряжения, соответствующих благоприятному форми­рованию валика, перенос электродного металла проис­ходит в виде потока мелких капель, непрерывно огде - ляющихся от оболочки и сердечника в процессе дуювого разряда. Попеременное возбуждение дуг на отдельных или одновременно на нескольких электродах происхо­дит без коротких замыканий на ванну

В работе [30] показано, что при искусственно создан­ной прерывистой подаче двух электродов в зону дуги колебания режима гораздо в меньшей степени сказы­ваются на формировании и размерах валика, чем при одноэлектродной наплавке. При сварке двумя электро­дами, подключенными к одниму полюсу источника тока, во всех случаях колебание суммарного тока намного меньше, чем тока на каждом электроде. Изменения тока и напряжения на дугах, связанные с капельным переносом металла, влияют на стабильность режима гораздо слабее, чем при одноэлектродной сварке. Увеличение числа электродов свыше четырех снижает колебания суммарного тока до 10 % и менее [17].

В зависимости от характера горения дуг (индиви­дуальное или групповое) температура ванны жидкого металла может быть разной. При индивидуальном горении дуг температура ванны снижается и, как следствие, уменьшается глубина проплавления основ­ного металла. При групповом горении дуг температура ванны увеличивается и, как следствие, увеличивается глубина проплавления. Эта особенность характерна только для многоэлектродной наплавки и позволяет в широких пределах управлять металлургическими и технологическими свойствами процесса.

Еще одной особенностью многоэлектродной на­плавки следует назвать возможность изменения числа электродов, подаваемых в зону горения дуги. Это позволяет получать наплавленные слои переменного химического состава путем подачи проволок различного химического состава по определенной программе; на­плавлять изделия сложного профиля, например плуж­ные лемехи, крестовины железнодорожных переводов

и т. п., путем подачи отдельных проволок по заданной программе; использовать электроды различного диа­метра, улучшая при этом распределение теплоты в сва­рочной аанне, и тем самым повышать качество наплав­ленного слоя и равномерность тепловложения в основ­ной металл; изменять по ходу наплавки расстановку электродов, а следовательно, и тепловложение в основ­ной металл.

Используя несколько электродов, можно значитель­но уменьшить долю основного металла в металле шва. По данным работы [29] при наплавке двумя электро­дами на постоянном токе прямой полярности доля основного металла снижается до 20—25%. По данным работ [10, 17] доля основного металла в металле на­плавки может быть доведена даже дс 15 %. Это откры­вает большие перспективы, ибо позволяет уже в первом слое получать наплавленный металл заданного состава.

Незначительная глубина проплавления свидетельст­вует о малом удельном тепловложении [25, 34], следо­вательно, можно ожидать снижения внутренних напря­жений и деформаций после наплавки. В работе [26] приведено опытное сравнение продольных и поперечных деформаций пластин, наплавленных одно - и много - электродным способами под флюсом при условии рав­ного тепловложения (15190 кДж). Установлено, что деформации при многоэлектродной наплавке в 3,5 ргзг меньше, чем при одноэлектродной.

С проплавлением тесно связано качество наплав­ленного слоя. Чем меньше проплавление, тем ближе химический состав наплавленного слоя к составу элек­тродного материала.

Известно [22], что при наплавке одной проволокой из-за глубокого проплавления основного металла тре­буемый химический состав наплавки получается лишь в третьем слое. Многоэлектродный способ позволяет при использовании легированной или порошковой прово­локи получать необходимый химический состав на­плавленного металла уже в первом слое на глубину более 60 % толщины покрытия [25]. Если наплавку вести несколькими низкоуглеродистыми проволоками по слою легирующего порошка или крупки, то требуе­мый химический состав можно получать в первом слое на 90—95 % толщины этого слоя.

В качестве источников питания для многоэлектрод­ной наплавки используют генераторы, трансформаторы и выпрямители. Многие авторы [10, 17, 34] предпочи­тают трансформаторы, устраняющие вредное влияние магнитного дутья и повышающие экономичность про­цесса. Трансформаторы для многоэлектродной наплав­ки должны иметь напряжение холостого хода, близкое к напряжению сварки, а также жесткую или полого­падающую внешнюю характеристику. Это несколько ухудшает процесс зажигания дуги, однако хорошо со* ответствует импульсному характеру плавления электро­дов [17, 25, 34]. Генераторы рекомендуют с возрастаю­щей внешней характеристикой и независимым возбуж­дением, что улучшает их динамические характеристики и облегчает процесс зажигания дуги [25, 34] Серийно выпускаемою выпрямители используют без балластных реостатов [31]. Существующие многоэлектродные аппа­раты позволяют подавато электродные проволоки не только все ^назУ» н0 и поочередно в необходимой после­довательности [17].