8 - источник питания косвенной
дуги; 9 - источник питания дуги
прямого действия;
10 - трансформатор; 11 - источник
питания дуги плавящегося электрода;
12 - порошок; 13 - порошок твердого
сплава.
Внутри каждой из этих групп
имеется большое количество различных
вариантов составов, которые обеспечивают
те или иные характеристики, требуемые
для конкретных условий эксплуатации
изделия. Как правило, задача наплавки
- получение достаточно однородного по
требуемым характеристикам (техническим
условиям) слоя наиболее экономичными
и производительными методами.
Обычно наплавляют на конструкционные
углеродистые или низко- и среднелегированные
стали.
При наплавке мартенситных
сталей, аустенитных сталей на низкоуглеродистые
или низколегированные возможно образование
хрупких прослоек промежуточных составов,
зон с выпадением твердых и малопластичных
интерметаллидов, зон с ослабленными границами
зерен в связи с прониканием жидкого наплавляемого
металла, малорастворимого в основном
металле (при наплавке медных сплавов
на ряд сталей). При наличии таких прослоек
возможны хрупкие разрушения (образование
трещин, отслаивание слоя от основного
металла) еще при изготовлении изделия.
В результате часто приходится отказываться
от выполнения наплавки одним составом
наплавляемого материала (обеспечивающего
требуемые свойства поверхности), и применять
усложненную технологию - предварительно
наплавлять подслой, т.е. промежуточный
слой из другого наплавочного материала,
который может обеспечить надежные свойства
в зоне сплавления с основным материалом
детали, а затем тот материал, который
требуется на поверхности наплавленной
детали по условиям ее надежной эксплуатации.
При наплавке медных сплавов
на ряд сталей могут образоваться межзеренные
трещины в основном металле, распространяющиеся
обычно перпендикулярно границе сплавления.
Применение подслоя из хромоникелевой
ферритно-аустенитной стали (с содержанием
в структуре не менее 40 % ферритной фазы)
полностью исключает возникновение подобных
трещин при последующей наплавке на такой
подслой сплавов на медной основе. Иногда
необходимость подслоя может вызываться
и другими причинами. Например, при эксплуатации
наплавленной детали в условиях частых
теплосмен в результате различных значений
коэффициентов линейного расширения основного
металла и металла первого слоя в зоне
сплавления возникают иногда очень большие
термические напряжения, вызывающие после
воздействия определенного числа циклов
разрушения в результате термической
усталости.
В целях уменьшения локализации
напряжений целесообразно предварительно
на основной металл наплавлять подслой
с промежуточным значением коэффициента
линейного расширения. Такой подслой ограничивает
развитие диффузионных прослоек (обезуглероживание
в углеродистой стали и появление карбидной
прослойки в более легированной аустенитной
стали возле линии сплавления), которые
после длительной работы, наплавленной
детали при высоких температурах или после
термообработки изделия в некоторых случаях
могут снижать эксплуатационные характеристики
изделия.
Таким образом, в различных
случаях при наплавке необходимо комплексно
решать ряд сложных вопросов: выбор материала,
обеспечивающего соответствующие условиям
эксплуатации свойства; возможность наплавки
этого материала непосредственно на основной
металл детали или подбор материала для
наплавки подслоя; выбор способа и режима
наплавки, формы и методов изготовления
наплавочных материалов; выбор термического
режима для выполнения наплавки (сопутствующего
подогрева для исключения получения хрупких
подкаленных зон в металле детали или
в хрупком наплавленном слое; интенсификации
охлаждения наплавляемой детали, когда
для металла нежелательно длительное
пребывание при высоких температурах);
установление необходимости последующей
термической (общей или местной) обработки
(для получения необходимых эксплуатационных
характеристик или возможности промежуточной
механической обработки).
При возможности получения
желаемых результатов путем использования
нескольких способов наплавки (если необходимо
и последующей механической обработки)
важны и технико-экономические показатели
сопоставляемых способов.
Основными разновидностями способа наплавки,
нашедших широкое применение в практике
восстановления деталей являются: электродуговая,
электроконтактная, вибродуговая, газовая,
плазменная и лазерная.
Электродуговая
наплавка
включает
в себя виды: под слоем флюса, в среде защитных
газов и открытой дугой. Наплавка под слоем
флюса рекомендуется для восстановления
деталей со значительным износом. Она
обеспечивает стабильное качество наплавленного
металла и высокую производительность.
Наплавка
в среде защитных газов, в основном углекислого
газа (CO2), применяется для восстановления
различных деталей и обладает рядом преимуществ.
Основными из них являются: простота, возможность
наплавлять слой метала небольшой толщины,
хорошая видимость зоны горения дуги и
др. В качестве материала широко используются
электродная проволока и лента. Для получения
износостойких поверхностей применяют
также порошковую проволоку. Основным
недостатком наплавки в углекислом газе
является значительное разбрызгивание
металла.
Наплавка
открытой дугой имеет следующие преимущества
перед способами наплавки под слоем флюса
и в среде защитного газа в том, что отпадает
необходимость в специальной защите сварочной
ванны. Это обеспечивается применением
специальных материалов, например порошковой
проволоки, в состав которой входят защитные
газо- и шлакообразующие вещества.
Электроконтактная
наплавка
сущность которой заключается в совместном
деформировании наплавляемого металла
и поверхностного слоя детали, нагретых
в месте деформации до пластического состояния
короткими импульсами тока. Имеет перед
электродуговой наплавкой ряд преимуществ:
повышение производительности труда,
меньшую зону термического влияния, благоприятные
условия труда, низкую энергоёмкость,
уменьшение расхода металла вследствие
меньшего припуска на механическую обработку.
В качестве наплавляемого материала могут
использоваться проволока, лента, порошки.
Вибродуговая
наплавка
основана на использовании теплоты кратковременной
дуги, возникающей в момент разрыва цепи
между вибрирующим с постоянной частотой
и амплитудой электродом и наплавляемой
поверхностью. По сравнению с электродуговой
она имеет меньшую зону термического влияния
и значения деформаций, позволяет получать
тонкие слои наплавляемого металла (0,5
– 1,0 мм).
Газовую
наплавку
проводят путём расплавления пруткового
или порошкового наплавочного материала
в газокислородном пламени горелки. При
восстановлении и упрочнении деталей
широкое применение находит газовая наплавка
твёрдых порошкообразных самофлюсующихся
материалов. Преимуществом этого способа
восстановления является возможность
получения гладких равномерных по толщине
слоёв наплавляемого металла с минимальным
припуском на обработку.
Плазменная
наплавка
при таком методе в качестве источника
теплоты используют струю плазмы, представляющую
собой сильно ионизированный газ с температурой
до 15000-20000 градусов по Цельсию. Плазма
образуется путём вдувания в электрическую
дугу плазмообразующего газа и обжатия
его струи водоохлаждаемым соплом. Может
использоваться другой поток газа, окружающий
струю плазмы для защиты наплавляемого
слоя от воздействия атмосферы. В качестве
присадочного материала используют проволоку
или металлический порошок. Последний
нашёл широкое применение, способствуя
значительному повышению износостойкости
и увеличению срока службы восстановленных
деталей.
Лазерная
наплавка
данный
способ восстановления деталей осуществляют
с помощью светового лазерного луча, излучаемого
оптическим квантовым генератором. Благодаря
узкой направленности лазерного луча
и высокой плотности энергии в зоне его
воздействия на материал возможно наплавлять
практически любые материалы. Наиболее
простой является наплавка порошковых
материалов. Сущность этого процесса заключается
в нанесении порошковой смеси на изношенную
поверхность детали и в последующей её
обработке мощным излучением (лазером).
Локальная фокусировка излучения позволяет
проводить наплавку труднодоступных мест.
При этом исходная структура почти не
изменяется и таким образом удаётся достичь
высокой износостойкости и предела усталости.
Локальность и скорость наплавки являются
существенным достоинством метода, поскольку
исключает разогрев детали и искажение
её формы. Низкая энергоёмкость, высокая
производительность и незначительные
потери наплавляемого материала делают
лазерную наплавку перспективным способом
восстановления изношенных деталей.
2.Напыление — нанесение
слоя из мелких частиц вещества на поверхность
материалов и изделий в защитных или декоративных
целях.
Газопламенное напыление — наиболее доступный из методов газотермического
напыления.
Газопламенное напыление предполагает
формирование капель (частиц) малого размера
расплавленного металла и перенос их на
обрабатываемую поверхность, где они удерживаются,
формируя тем самым непрерывное покрытие.
Металлический либо полимерный порошковый,
проволочный либо шнуровой материал подается
в пламя ацетилен-кислородной либо пропан-кислородной
горелки, расплавляется и переносится
сжатым воздухом на напыляемую поверхность,
где, остывая, формирует покрытие. Метод прост в освоении и применении,
может применяться как в ручном, так и
в автоматизированном режиме.
С помощью газопламенного напыления
наносят износостойкие и коррозионно-стойкие
покрытия из железных, никелевых, медных,
алюминиевых, цинковых сплавов, баббитовые
покрытия подшипников
скольжения, электропроводные покрытия,
электроизоляционные покрытия (рилсан),
декоративные покрытия. Широко применяется
для восстановления геометрии деталей
насосно-компрессорного оборудования,
крышек и валов электродвигателей, нестандартного оборудования.
Покрытия, полученные газопламенным
напылением, отличаются пористостью в 2-10 %, могут обрабатываться резанием либо шлифованием.
Газотермическое
напыление (англ. Thermal Spraying) — это процесс нагрева, диспергирования и переносаконденсированных частиц распыляемого материала газовым или
плазменным потоком для формирования
на подложке слоя нужного материала. Под
общим названием газотермическое напыление
(ГТН) объединяют следующие методы: газопламенное
напыление, высокоскоростное
газопламенное напыление, детонационное
напыление, плазменное
напыление, напыление
с оплавлением, электродуговая металлизация иактивированная
электродуговая металлизация.
По своей сути газотермическое
напыление очень похоже на сварку, отличие
заключается в функциональном назначении
переносимого материала. Цель сварки —
соединение конструкционных элементов
сооружений, цель газотермического напыления —
защита поверхности от коррозии, износа
и т. д.
Детонационное
напыление — одна из разновидностей газотермического
напыления промышленных
покрытий в основе которого лежит
принцип нагрева напыляемого материала
(обычно порошка) с последующим его ускорением
и переносом на напыляемую деталь с помощью
продуктов детонации. При детонационном напылении
для нагрева и ускорения напыляемого материала
используется энергия продуктов детонации
газокислородного топлива. В качестве горючего газа обычно
применяется пропан-бутановая
смесь.
Газопламенное
напыление покрытий выполняют установками
газопорошкового напыления из самофлюсующихся
металлических порошков. Самофлюсованиемназывают самопроизвольное удаление оксидов с поверхности частиц покрытия при их
оплавлении. Для этого оксиды должны иметь
невысокую температуру плавления, небольшую плотность и высокую жидкотекучесть. Наиболее часто для этих целей применяют
сплавы на никелевой основе системы Ni-Cr-B-Si.
Оксиды B2O3-Cr2O3-SiO2 образуют легкоплавкий
шлак, всплывающий при оплавлении на поверхность
в виде тонкого стекловидного налета.
Выдержка при температуре оплавления
1050-1080 °C должна составлять 1-2 мин. Кроме
флюсования при оплавлении происходит
формирование износостойкой структуры,
основу которой составляют боридные и
карбидные фазы высокой твердости.
Напыление с оплавлением проводится
как вручную, так и в автоматизированном
режиме. Оплавление может производиться
специализированными горелками (предпочтительно),
стандартными ацетилен-кислородными горелками,
в печи, либо индукционным методом. Оплавленные
покрытия системы NiCrBSi примерно в 1,5 раза
превосходят по износостойкости улучшенную сталь 38ХМЮА.
К недостаткам метода относят:
высокая температура
при оплавлении, которая часто приводит
к термическим поводкам;
Высокие требования
к качеству и грануляционному составу
самофлюсующихся порошков. Недостаточно
качественный материал может привести
к повышенной пористости покрытия, неполному
или неравномерному оплавлению частиц;
Относительно большие
припуски под мехобработку;
Применение
Технологию применяют для защиты плунжеров штанговых насосов, деталей железнодорожного
транспорта, роликов металлургии и др. В последние годы технология часто
заменяется более современными технологиями плазменной
наплавки и высокоскоростного
газопламенного напыления.
Плазменное
напыление — процесс нанесения
покрытия на поверхность изделия с помощью плазменной струи.
Сущность плазменного
напыления заключается в том, что в высокотемпературную
плазменную струю подаётся распыляемый
материал, который нагревается, плавится
и в виде двухфазного потока направляется
на подложку. При ударе и деформации происходит
взаимодействие частиц с поверхностью
основы или напыляемым материалом и формирование
покрытия. Плазменное напыление является
одним из вариантов газотермического
напыления.