Технология машиностроений

Проблема наплавки этим способом, связанная с обильным выделением дыма, решена разработкой специального дымового коллектора.

 

13.1.5 Наплавка  в среде углекислого газа

 

Наплавка плавящимся электродом в среде защитного газа протекает в условиях газового потока со стороны подачи электродной проволоки (наплавочного материала), что обеспечивает защиту зоны дуги от окружающего воздуха.

В качестве защитного газа используют СО2) хотя в последнее время распространена практика наплавки в смеси углекислого газа с аргоном и другими инертными газами. Все эти варианты носят общее название наплавки плавящимся электродом в среде защитного газа.

При осуществлении износостойкой наплавки в СО2 используют проволоку сплошного сечения или порошковую проволоку. Эти два вида проволоки имеют разное назначение в соответствии с их особенностями, перечисленными в таблице 13.1.5.1.

Основное преимущество наплавки в СО2 состоит в возможности повышения производительности процесса за счет его осуществления в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Недостаток этого способа, присущий и другим способам с применением защитных газов, связан с невозможностью работы на открытом воздухе из-за влияния ветра на процесс наплавки.

 

 

Таблица 13.1.5.1 – Особенности применения проволоки сплошного сечения и порошковой проволоки для наплавки

Показатели процесса наплавки	Проволока сплошного сечения	Порошковая проволока
Скорость плавления и эффективность    наплавки	Выше, чем для порошковой проволоки	Ниже, чем для проволоки сплошного сечения
Питание при наплавке	Только   постоянным   током	Постоянным и переменным током
Шлакообразование	Практически   отсутствует	Обеспечивается покрытие валика шлаком (образованным шихтой порошковой      проволоки)
Состояние    поверхности валика	Хуже, чем при наплавке порошковой проволокой, что связано с разбрызгиванием металла	Хорошее
Глубина проплавления	Больше, чем при наплавке порошковой проволокой	Меньше, чем при наплавке проволокой сплошного сечения
Введение  легирующих элементов в наплавляемый металл	Наплавка металла низкой твердости с невысоким содержанием легирующих элементов	Возможно получение высоколегированного наплавленного металла с высоким уровнем твердости
Основное назначение	Для наплавки деталей, подвергаемых последующей механической -обработке, например зубчатых колес кранов	Для наплавки деталей, применяемых без последующей обработки, например траков гусениц и катков тракторов

 

13.1.6 Наплавка в среде защитного (инертного) газа

 

Способ состоит в дуговой наплавке при защите зоны дуги аргоном, гелием или иным инертным газом. Наплавку в среде инертного газа осуществляют в двух вариантах: плавящимся и вольфрамовым электродами.

Наплавка плавящимся электродом в среде защитного газа характеризуется тем, что дуга возникает между основным металлом и электродным наплавочным материалом. Наплавка протекает в условиях автоматической подачи электродной проволоки. В качестве защитного газа чаще всего используют аргон, хотя при работе в среде чистого аргона дуга теряет стабильность при наплавке любого материала, кроме алюминиевых сплавов. С целью стабилизации дуги при наплавке стали к аргону добавляют до 20% кислорода или углекислого газа, что существенно влияет на процесс наплавки (рисунок 13.1.6.1). Поэтому задача получения наплавленного металла с заданными свойствами требует тщательного выбора состава защитного газа.

 

 

 

 

 

Рисунок 13.1.6.1 – Влияние содержания СО2 и кислорода в составе защитного газа на глубину проплавления основного металла при дуговой наплавке плавящимся электродом (Ф 1,2 мм, постоянный ток обратной полярности силой 250 А, наплавка, без предварительного подогрева со скоростью 40 см/мин).

 

Наплавка вольфрамовым электродом в среде инертного газа характеризуется тем, что дуга, за счет теплоты которой происходит плавление наплавочного присадочного металла, возникает между основным металлом и вольфрамовым электродом. Процесс аргонодуговой наплавки, сходный с газовой наплавкой, протекает в условиях подачи наплавочного прутка и его плавления дугой. Применение механизированных средств подачи наплавочного материала с постоянной скоростью позволяет осуществлять наплавку в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Применение инертного газа исключает необходимость использования флюса, поэтому данный способ особенно эффективен при наплавке цветных металлов, высоколегированных сталей и других материалов, чувствительных к окислению и азотированию. Высокое качество наплавленного металла обеспечивается при широком выборе наплавочных материалов. Стабильная дуга колоколообразной формы образуется в широком диапазоне силы тока, что обеспечивает спокойное формирование сварочной ванны и ровный валик наплавленного металла с гладкой поверхностью. Этот способ уступает наплавке плавящимся электродом по производительности из-за высокой концентрации энергии и низкой эффективности использования теплоты дуги.

 

 

13.1.7 Прочие  способы наплавки

 

Электрошлаковая наплавка. Наплавка этим способом протекает в условиях непрерывной подачи электродной проволоки (или ленты) внутри слоя расплавленного шлака, а плавление их происходит за счет теплоты электросопротивления при пропускании тока между основным металлом и электродом.

Электрошлаковая наплавка обладает следующими преимуществами: 1) экономичность наплавки возрастает при увеличении толщины наплавляемого слоя (применение многоэлектродных головок обеспечивает наплавку слоя большой толщины без существенного увеличения продолжительности наплавки); 2) меньше расход шлака, чем при дуговой наплавке под флюсом; 3) возможность наплавки высокоуглеродистых и других материалов, обладающих высокой чувствительностью к образованию трещин, что обеспечивается низкой скоростью охлаждения наплавленного металла; 4) относительная простота процесса наплавки, особенно при использовании расходуемого наконечника.

Электрошлаковую сварку осуществляют обычно в вертикальном положении сварного шва, однако в последнее время разработан способ электрошлаковой наплавки в нижнем положении с использованием ленточных электродов, как показано на рисунке 13.1.7.1.

 

 

 

 

Рисунок 13.1.7.1 – Схема электрошлаковой наплавки ленточным электродом в нижнем положении:

1 — ролики подачи электрода; 2 — ленточный электрод; 3 — мундштук (токоподвод); 4— бункер для флюса; 5 — наплавочный флюс; 6 — жидкий шлак; 7 — ванна жидкого металла; 8 — основной металл; 9 — наплавленный металл; 10 — источник питания; 11 — затвердевшая шлаковая корка; 12 — направление наплавки.

 

Плазменная наплавка. Наплавка этим способом включает возникновение между основным металлом и электродом горелки (катодом) электрической дуги, обеспечивающей переход в плазменное состояние рабочего газа, подаваемого в зону дуги. При этом из сопла горелки истекает высокотемпературная  плазменная  струя, обеспечивающая плавление наплавочного материала.

На рисунке 13.1.7.2 схематически показана плазменная наплавка нагретой наплавочной проволокой. При наплавке этим способом две проволоки, последовательно подключенные к источнику питания переменного тока подаются с постоянной скоростью в сварочную ванну под плазменной горелкой, где происходит их быстрое расплавление под действием теплоты плазмы в сочетание с нагревом электросопротивлением самих проволок при пропускании переменного тока. Для образования плазмы используют смесь гелия (75%) с аргоном (25%), а в качестве защитного газа применяют аргон, защищающий сварочную ванну и кристаллизирующийся наплавочный металл позади плазменной горелки от действия окружающего воздуха. При наплавке в условиях поперечных колебаний плазменной

 

горелки получают валик шириной до 64 мм. В качестве наплавочного материала используют коррозионно-стойкую сталь, никель и его сплавы, сплавы меди и др. При наплавке проволокой диаметром 2,4 мм получают слой толщиной до 6,5 мм.

В практике наплавки применяют способ, сочетающий в себе плазменную наплавку с дуговой наплавкой плавящимся электродом в среде инертного газа. При этом электрод плазменной горелки и обычный металлический электрод соединяют с противоположной полярностью, и при силе тока выше 300 А столбчатая дуга превращается во вращающуюся, что обеспечивает наплавку валика шириной 40 мм при глубине проплавления основного металла менее 1 мм.

 

 

Рисунок 13.1.7.2  – Схема плазменной наплавки:

1 — источник питания постоянного тока; 2 — плазменная горелка; 3 — электродвигатель для подачи проволоки; 4 — наплавочная проволока; 5 — источник переменного тока для подогрева проволоки.

 

13.2 Практика  наплавки

 

13.2.1 Подготовка  к наплавке

 

Прокалка наплавочных материалов. Возникновение холодных трещин в наплавленном металле и зоне термического влияния связано обычно с тремя причинами: 1) с высокой твердостью наплавленного металла; 2) с жестким закрепленным состоянием наплавленного участка поверхности детали, исключающего релаксацию напряжений в металле за счет пластической деформации; 3) с водородной хрупкостью, возникающей под действием диффузионного водорода. Наибольшее число проведенных исследований посвящено изучению влияния диффузионно-подвижного (диффузионного) водорода, основным источником которого является влага в составе наплавочных материалов.

На рисунке 13.2.1.1 показано соотношение между содержанием влаги в покрытии электродов для ручной наплавки и флюсе для автоматической наплавки и содержанием диффузионного водорода в наплавленном металле. Повышение влажности наплавочных материалов всегда сопровождается увеличением содержания диффузионного водорода в наплавленном металле.

Влажность наплавочных материалов частично включает остаточную кристаллизационную воду, однако основная ее часть приходится на водяные пары, поглощаемые из окружающего воздуха.

 

Рисунок 13.2.1.1 – Зависимость содержания диффузионного водорода Н в наплавленном металле от содержания влаги Н2О в электродах с покрытием основного типа:

а — быстрое охлаждение металла (через 5 с после кристаллизации) в глицерине при 45°С; х — электрод D5016 с покрытием основного типа (26°С, относительная влажность 73%); О — электрод L80 с покрытием основного типа (20°С, относительная влажность 60%); б — хромоникелемолибденовый электрод Е10016 Ф 4 мм, быстрое охлаждение металла (через 10 с после кристаллизации) в глицерине при 104°С; 1, 2, 3 — варианты электродного покрытия.

 

 

На рисунке 13.2.1.2 показана зависимость содержания поглощенной влаги в электродах с покрытием основного типа от продолжительности выдержки этих электродов в среде воздуха. При некотором состоянии атмосферного воздуха электроды поглощают достаточно большое количество влаги в течение нескольких часов выдержки. Следовательно, перед наплавкой электроды, флюсы и другие шлакообразующие материалы необходимо прокалить в течение 1 ч при температуре, приведенной в таблице 13.2.1.1. Если после прокалки их длительное время не применяют, то непосредственно перед наплавкой эти материалы необходимо подвергать повторной прокалке.

 

 

Рисунок 13.2.1.2 – Зависимость содержания поглощенной влаги Н2О в электродах с покрытием основного типа от продолжительности (t) выдержки их на воздухе с разной относительной влажностью:

----- – электроды для  наплавки высокопрочной стали Ф 5 мм (23—26°С);

____ – электроды для  наплавки высокопрочной стали, Ф  4 мм (20°С).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 13.2.1.1 – Температура прокалки наплавочных материалов

Наплавочные материалы	Температура сушки, °С
Электроды с покрытиями:
высокорутиловым	80—120
карбонатно-рутиловым	200—250
основного типа	300—350
графитосодержащим	150—200
Порошковая  проволока с флюсовой сердцевиной	250—350
Керамический флюс	250—300
Плавленый флюс	250—400

 

Обработка поверхности перед наплавкой. Для получения качественного наплавленного слоя поверхность детали перед наплавкой рекомендуется подвергать зачистке с целью полного удаления различных загрязнений (влаги, масла, пыли, ржавчины), а также возможных дефектов в виде трещин, следов износа, упрочненных слоев и др.

Для зачистки поверхности основного металла используют разнообразные способы обезжиривания, из которых наиболее надежна промывка ацетоном. Для удаления оксидной пленки и мелких трещин используют дисковые и ленточные инструменты из абразивных материалов или пескоструйную обработку. Глубокие поверхностные трещины удаляют различными способами обработки резанием.