РЕМОНТ ОБОРУДОВАНИЯ СВАРКОЙ

АВТОМАТИЧЕСКАЯ И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ НАПЛАВКА

Применение автоматических и полуавтоматических способов в наплавочных работах позволяет резко повысить производи - тельность работы, освободить сварщика-наплавщика от тяже­лого и однообразного труда, обеспечить равномерность состава наплавки и заданные размеры наплавляемого слоя, уменьшить расход наплавочных материалов и электроэнергии.

В промышленности применяются следующие способы авто­матической и полуавтоматической наплавки: обычной электрод­ной проволокой (ГОСТ 2246—60) под плавленым флюсом, а также под керамическими флюсами; специальными наплавоч­ными проволоками (ГОСТ 10543—63) открытой дугой, с защи­той дуги углекислым газом и под плавлеными или керамиче­скими флюсами; порошковыми проволоками и лентами откры­той дугой, под слоем плавленого флюса или с газовой защитой в углекислом газе; ленточными электродами с газовой защитой, под керамическими или плавлеными флюсами; вибродуговая наплавка; газовая наплавка цветных металлов и сплавов на стальные изделия с применением газообразного флюса. Автома­тические способы наплавки рекомендуются для массовых работ •с большим объемом наплавки. Особенно удобно применение авто­матической наплавки для тел вращения, так как такие работы легко поддаются механизации с использованием, например, то­карных станков или роликовых приводных стендов.

Наплавка обычной углеродистой стали выполняется под стандартными плавлеными флюсами ОСЦ-45 или АН-348А, из­готовляемыми в соответствии с ГОСТом 9087—59. В качестве присадочной проволоки можно применять проволоки Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-08ГС, Св-12ГС по ГОСТу 2246—60 и другие про­волоки этого типа. При этих работах не регламентируется ко­личество расплавляемого основного металла, переходящего в наплавку, поэтому процесс наплавки можно вести на макси­мально возможных режимах по току.

Наплавка металла с особыми свойствами. Обычные плав­леные флюсы, применяемые для сварки и наплавки, не могут изменять состав металла наплавляемого слоя. Они лишь за­щищают металл от кислорода и азота воздуха, обеспечивают устойчивое горение дуги, формируют наплавляемый слой, пре­дотвращают разбрызгивание металла, уменьшают скорость остывания наплавки и защищают металл от выгорания леги­рующих примесей.

Для получения слоев из металла с особыми свойствами при пользовании этими флюсами необходимо применять специаль­ные легированные проволоки. Состав проволоки для получения нужного состава металла наплавки выбирается с учетом раз­бавления его расплавляемым металлом изделия. Для получе­ния стабильных результатов необходимо точно выдерживать режимы наплавки. При большом объеме наплавляемого метал­ла и значительном нагреве изделия необходимо снижать ток по мере нагрева изделия. Применение сложных составов прово­лок, особенно легированных элементами, дающими большую твердость, не всегда может быть рекомендовано ввиду сложно­сти изготовления этих проволок, сравнительно высокой стоимо­сти их и дефицитности. Проволоки для наплавочных работ выпускаются по ГОСТу 10543—63 «Проволока стальная на­плавочная». ГОСТ предусматривает выпуск восьми марок углеродистой проволоки с содержанием углерода от 0,27 до 0,70% и одиннадцати марок легированной проволоки, в которых содержание углерода изменяется в пределах 0,12—1,10%. Эти проволоки легируются марганцем, кремнием, хромом, никелем, а некоторые из них вольфрамом и ванадием. По ГОСТу (0543—63 выпускается еще девять марок высоколегированных проволок с присадкой из хрома, никеля и марганца; эти прово­локи можно применять для наплавки под плавлеными флюсами и в защитной атмосфере углекислого газа.

Керамические флюсы дают возможность легировать металл наплавки в широких пределах, они не дефицитны, просты в из­готовлении и могут быть широко рекомендованы для наплавоч­ных работ (табл. 17 и 18). Для сварки под этими флюсами употребляется обычная сварочная проволока.

Наплавка порошковой проволокой может производиться од­ним из следующих способов: открытой дугой без защиты и с защитой углекислым газом; под плавлеными флюсами. Основ­ным преимуществом порошковых проволок является возмож­ность широкого изменения состава наплавленного металла пу­тем изменения состава шихты. Составы наиболее распростра­ненных порошковых проволок даны в табл. 19.

Для наплавки порошковой проволокой могут применяться любые автоматы и полуавтоматы, предназначенные для дуговой сварки и наплавки. Некоторым затруднением при этом яв­ляется возможность смятия проволоки подающими роликами. Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал специаль­ный держатель А-725-Б; который может быть включен к лю­бому полуавтомату.

Наплавка ленточным электродом. Для получения тонких равномерных слоев на большой площади целесообразно приме­нять наплавку ленточным электродом под флюсом. Наплавку можно выполнять металлической или порошковой лентой. На-

плавка металлической лентой широко применяется при покры­тии стальных поверхностей тонким слоем из нержавеющей стали, в частности, рабочих лопастей и камер гидротурбин для защиты их от кавитации. Наплавка ленточным электродом обеспечивает получение ровного и тонкого слоя наплавленного металла с минимальной глубиной расплавления основного ме­талла.

Порошковая лента изготовляется из двух полос, скреплен­ных между собой по кромкам закаткой или сваркой. Проме­жуток между полосами заполняется зернистой шихтой. Такая лента позволяет получать наплавленный слой любого заданного - состава. Состав некоторых литых лент дан в табл. 20.

Наплавка выполняется под слоем плавленого или специаль­ного бескислородного флюса. Для различных способов наплав­ки можно применять флюсы ОСЦ-45, АН-348А, АН-20, АН-26, 48-ОФ-6, 48-ОФ-9 и ряд других, в зависимости от марки наплав­ляемой ленты.

Вибродуговая наплавка. Сущность способа состоит в том, что к вращающейся детали автоматической головкой подается проволока, конец которой совершает продольно-осевые колеба­тельные движения, прикасаясь к детали и отходя от нее на заданную величину (рис. 92). Благодаря таким колебаниям между вращающимся изделием и проволокой периодически за­жигается дуга, которая гаснет в момент короткого замыкания

проволоки с изделием и вновь возбуждается при удалении ее конца от изделия. В момент короткого замыкания расплавлен­ный металл проволоки приваривается к поверхности детали. Для уменьшения нагрева детали на дугу и деталь подается водная эмульсия, содержащая 50—60 г кальцинированной со­ды н 10—15 г технического мыла на 1 л воды. Режимы наплав­ки: напряжение дуги изменяется в пределах 4—32 в; частота колебаний 25—100 гц диаметр сварочной проволоки 1—3 мм; сварочный ток 110—210 а.

Наплавленный металл представляет собой мелкопористую металлическую массу, насыщенную кислородом, азотом и во­дородом. В процессе наплавки из металла интенсивно выгорают углерод, марганец и кремний. Благодаря периодичности зажи­гания дуги обеспечивается минимальный нагрев основного ме­талла, при котором деформации наплавляемой детали отсутст­вуют.

Вибродуговая наплавка рекомендуется для нанесения слоев толщиной 1—2 мм на шейки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания и на различные детали станочного обо-

рудовання. Недостатками этого способа являются: сравнительно большие потери металла на угар и разбрызгивание (от 10 до 30%); малая прочность наплавленного слоя; возможность мест­ной закалки основного металла, особенно высокоуглеродистых сталей, при наплавке деталей с большой массой.

Принципиальная схема вибродуговой наплавки Дана на рис. 92.

Электрошлаковая наплавка. Способ электрошлаковой на­плавки применяется для деталей, где наплавляемый слой после обработки должен иметь толщину не менее 8 мм. Для обеспе­чения этого условия минимальная толщина слоя после наплавки должна равняться 10—12 мм. Этим способом можно наплавлять металлы, обладающие специальными свойствами: износостойко­стью, жаростойкостью, электропроводностью, стойкостью против коррозии.

На сталь можно наплавлять медь и медные сплавы (лату­ни, бронзы). Обычно глубина расплавления основного металла составляет 2—3 мм, что обеспечивает постоянство состава ме­талла наплавляемого слоя, который определяется составом при­падочного металла.

Наплавка токами высо­кой частоты. Наплавляемый сплав в виде зернистой крупки или пасты наносится на наплавляемую поверх­ность детали, которая затем1 нагревается токами высокой частоты. При нагревании наплавляемой поверхности до плавления одновременна расплавляется и шихта; при этом расплавленный металл ровным слоем растекается по поверхности, соединяясь с металлом детали. На рис. 93 дана схема наплав­ки режущей части лемеха.

Преимущества этого спо­соба заключаются в следу­ющем: малая и равномерная глубина расплавления основного металла, величину которой можно достаточно точно регулиро­вать режимом нагрева; возможность в ряде случаев соединения наплавляемого слоя без расплавления основного металла; крат­ковременность и одновременность процесса расплавления всей массы шихты; высокая производительность; возможность авто­матизации процесса; улучшение условий труда.

Для равномерности плавления в шихту твердых сплавов добавляют 3—9% буры или борной кислоты. Хорошие резуль­таты получаются при выполнении массовых работ по наплавке - лемехов плугов. Шихта ВИСХОМ-9 или У35Х7Г7 приготов­ляется в виде пасты путем замеса ее на патоке и наносится слоем нужной толщины на рабочую кромку лемеха. Толшина наплавленного слоя составляет 1,5—2,5 мм. Чтобы наплавить 200 см2 поверхности, требуется около 2—2,5 мин.

Для наплавки применяется газовое ацетилено-кислородное пламя и та же аппаратура, что и для газовой сварки. В ряде случаев для целей наплавки можно рекомендовать работу на газах — заменителях ацетилена, например, пропан-бутановой смеси. Производительность газовой наплавки ниже, чем дуговой, тем не менее она находит широкое применение в производстве при восстановлении различных мелких деталей, изготовленных из чугуна, стали, меди, латуни, бронзы, алюминия и его сплавов.

Особеностямн газовой наплавки являются: широкая возмож­ность регулировки степени нагрева основного металла; малая глубина проплавления основного металла; возможность наплав­ки слоя малой толщины (0,5 мм) заданного состава; возмож­ность наплавки на сложные криволинейные поверхности с ост­рыми кромками.

Наплавка черных металлов. Наплавка обычных углероди­стых сталей осуществляется нормальным пламенем, сварочной проволокой Св-08 и Св-08А. Более твердые и прочные слои получаются при наплавке проволоками Св-08ГС, Св-10ГС, СВ-12Г2, Св-12ГС по ГОСТу 2246—60.

Наплавка чугунных деталей производится в том случае, когда требуется получить обрабатываемый слой, и выполняется по то и же технологии, что и сварка чугунных деталей. В каче­стве присадочных материалов применяются прутки марок А и Б по ГОСТу 2671—44. Наплавка выполняется нормальным пла­менем с отношением кислорода и ацетилена в смеси |3= 1,1:1 при минимальной глубине расплавления основного металла. В ряде случаев для наплавки достаточно нагреть наплавляемую поверхность до 850- 900 СС и к нагретой поверхности под флю­сом ФНЧ-1 присаживать расплавленный металл прутка. Глу­бина расплавления регулируется изменением угла наклона горелки к наплавляемой поверхности.

Газовая наплавка чугуна широко применяется при восста­новлении изношенных зубьев шестерен, направляющих реек механизмов скольжения, различных изношенных плоскостей, уплотнительных седел клапанных гнезд в головках двигателей внутреннего сгорания и др. деталях. Наплавленный металл во всех случаях имеет твердость НВ в пределах 200—250 и легко обрабатывается обычным режущим инструментом. Если тре­буется получить наплавленный металл, обладающий повышен­ной плотностью, без наличия даже микроскопических газовых включений, нужно применять газообразный флюс марки БМ-1 или БМ-2, разработанных ВНИИавтогенмаш.

Наплавка твердых сплавов. Твердые износостойкие и эро­зионностойкие слои наплавляются сплавами типа стеллитов, сормайтов и высоколегированных чугунов. Газовая наплавка

в этом случае обеспечивает однородность наплавленного метал­ла, полное отсутствие пористости, отсутствие перемешивания наплавляемого сплава с основным металлом, равномерность наплавленного слоя. Составы наиболее употребительных литых сплавов для газовой наплавки даны в табл. 21. Наплавку ве­дут нормальным пламенем. Наплавляемая поверхность дово­дится до начала плавления. Для лучшего соединения расплав­ленной присадки с основным металлом применяют порошковые флюсы, составы которых приведены в табл. 22.

В случае газовой наплавки зернистыми сплавами последние должны быть заключены в металлическую оболочку, например, трубку. Такие «трубчатке» присадочные прутки особенно удоб­ны для наплавки зернистых вольфрамосодержащих сплавоЕ типа «Вокар». В состав шихты вводится некоторое количество флюсующих веществ (буры и борной кислоты), чем обеспечи­вается равномерное флюсование наплавки. В последнее время для наплавки твердых сплавов начинают применять специаль­ные порошковые проволоки, также содержащие флюсующие вещества.

Наплавка цветных металлов. Детали, изготовленные из меди, ■бронзы, латуни, алюминия и его сплавов, в процессе эксплуа­тации теряют свои размеры в результате механического износа или воздействия различных агрессивных сред. Восстанавли­вают такие повреждения чаще всего газовой наплавкой. В ка­честве присадочных металлов применяют стержни, близкие по составу к основному металлу. Для наплавки медных деталей и деталей из медных сплавов требуются флюсы, содержащие буру или борную кислоту. Весьма хорошие результаты дает применение газообразных флюсов марки БМ-1 или БМ-2.

В ряде случаев при восстановлении размеров деталей, из­готовленных из бронзы, в качестве присадочного металла можно применять латуни Л62; ЛК-62-0,5; ЛОК-1-ОЗ, которые дают плотный наплавленный металл, хорошо сопротивляющийся истиранию. Детали больших размеров и весом более 10 кг перед наплавкой должны быть подогреты до 400—450 °С. По­догрев производят газовой горелкой или в специальных печах. После наплавки рекомендуется быстрое охлаждение детали на воздухе, а для бронз с высоким содержанием меди — в. воде.

Наплавка деталей, изготовленных из меди, производится медной проволокой. Детали больших размеров наплавляются двумя горелками одновременно, одной из которых подогревают деталь, а второй ведут наплавку. Наплавленный металл мо­жет быть дополнительно уплотнен путем проковки наплавлен­ного слоя в горячем состоянии.

Детали, изготовленные из алюминия и алюминиевых спла­вов, восстанавливают наплавкой с применением флюса АФ-4А. В качестве присадки выбирают металл, близкий по составу к основному металлу. В машиностроении чаще всего приходится восстанавливать литые детали, изготовленные из алюминиево­кремниевых сплавов AJI2; AJI4; AJI9; АЛ8; AJI13. Для этих сплавов применяют литые стержни из сплавов AJI2 и АЛ8. Обычно наплавка изношенных бортов, кромок и посадочных мест деталей производится без подогрева. Для деталей сложной конфигурации рекомендуется применять общий равномерный подогрев до 250—350 °С.

В ряде случаев требуется покрыть поверхности черных ме­таллов медью, латунью, бронзой. Такие наплавки осуществля­ются ацетилено-кислородной горелкой с применением газооб­разных флюсов БМ-1 или БМ-2. Для небольших деталей можно применять и порошковые флюсы. При применении газообраз­ного флюса указанных марок получается плотный наплавленный металл, хорошо сплавленный с основным.

Поверхность детали, подлежащая наплавке, тщательно очи­щается и обезжиривается, а затем нагревается газовой горел­кой до температуры, близкой к температуре плавления приса­дочного металла. При больших габаритных размерах детали на­плавка может выполняться на предварительно нагретую деталь.

В ряде случаев целесообразно наплавку выполнять двумя сварочными горелками, одну из которых располагают впереди (по ходу процесса наплавки) и подогревают ею металл, а вто­рой с флюсом БМ-1 ведут наплавку. Благодаря присутствию в газовом пламени флюсующих веществ вся поверхность металла, подлежащая наплавке, покрывается тонким плотным слоем ак­тивного флюса, выпадающего из пламени. Наплавка под слоем такого флюса обеспечивает полную защиту расплавляемого цветного металла от окисления, что особенно заметно при на­плавке латунными сплавами. Обычно латунь при расплавлении газовой горелкой (даже в присутствии порошковых флюсов) выделяет большое количество белых паров окиси цинка. При газообразном флюсе таких выделений не бывает. Ванна жидкого металла—-спокойная, блестящая, без признаков кипения. По­верхность металла после остывания также получается ровной, блестящей и неокисленной.

Способ этот нашел широкое применение для наплавки уплот­няющего слоя на детали шиберов, задвижек и другой арматуры, в которых уплотнение осуществляется латунными кольцами. На заводах, выпускающих такую арматуру, созданы автоматические линии наплавки. Этот же способ используется для наплавки антифрикционных слоев, а также для защиты поверхностей стальных деталей от механического воздействия и искрообра - зования при работе во взрывоопасных цехах. Для наплавки рекомендуются следующие материалы: латуни различных марок (например, JI62), не содержащие кремния, свинца, олова; бронзы, в частности, БрКМцЗ-0,5, дающие плотный слой при наплавке на чугун и сталь; медь марок Ml и МЗ-С.

Для нормального процесса газофлюсовой наплавки газооб­разного флюса расходуется около 30 г на 1 кг наплавленного металла или 70 г на 1 м3 ацетилена. Следует отметить, что на­плавленный металл дает очень хорошее соединение с чугуном и сталью; прочность его равна прочности литой латуни.

Процесс газовой наплавки с флюсами БМ-1 и БМ-2 может быть легко автоматизирован. Для этой цели ВНИИавтогенмаш создал ряд установок автоматической наплавки, в которых автоматически регулируются : температура нагрева детали, ско­рость подачи присадочной проволоки в горелку, число оборотов наплавляемой детали, а также колебательные движения горел­ки и проволоки в поперечном направлении наплавки.

[1] Здесь и далее индекс «н» означает повреждения, устраняемые наплав кой, а индекс «с» — повреждения, устраняемые сваркой.

[2] Всесоюзный научно-исследовательский институт строительства, трубо­проводов.

[3] См. Федот ьев В. И. Сопротивление материалов. Физматгиз, 1962, стр. 277—282.