Технология машиностроений

Обеспечение хорошего состояния поверхности основного металла особенно важно при наплавке стеллита. Перед наплавкой детали можно подвергать нормализации или отжигу для получения стабильной структуры основного металла. Для качественного формирования наплавленного слоя рекомендуется выполнять разделку поверхности детали с обеспечением необходимой чистоты.

 

 

 

Предварительный нагрев. Для предотвращения растрескивания наплавленного слоя, особенно при наплавке твердыми материалами, необходимо правильно выбрать температуру предварительного подогрева детали, оказывающего влияние на твердость наплавленного металла. Недостаточная температура предварительного подогрева создает, опасность возникновения трещин, а чрезмерный нагрев вызывает снижение скорости охлаждения и увеличение глубины проплавления основного металла, что не обеспечивает требуемой твердости наплавленного металла.

Предварительный подогрев осуществляют обычно газовыми горелками, ТВЧ или электрическими нагревателями, а для валков прокатных станов и других крупных изделий используют емкие нагревательные печи.

При нагреве горелками рекомендуется использовать пропан, при нагреве ацетилено-кислородным пламенем последнее должно быть нормальным (восстановительным).

Температуру предварительного подогрева следует выбирать с учетом состава и свойств основного металла. Сварочные приспособления. Наплавку рекомендуется осуществлять в нижнем положении, что позволяет широко использовать различные позиционеры (манипуляторы )и роликовые стенды.

 

13.2.2 Наплавка

 

Газовая наплавка стеллита предполагает выполнение следующих правил:

1) необходим предварительный  подогрев детали до заданной  температуры (см. таблице 13.2.2.1), а для  крупных изделий — подогрев  их с обратной стороны, чтобы  во время наплавки поддерживать  температуру основного металла 400—500°С;

2) наплавляемая поверхность  должна находиться по возможности в точном горизонтальном положении;

 

 

 

3) наплавку необходимо  выполнять науглероживающим пламенем при поддержании расстояния между ядром пламени и основным металлом ~3 мм в условиях запотевания поверхности основного металла; во избежание перегрева наплавлять следует более широким, но коротким пламенем, чем при газовой сварке;

4) подачу наплавочного  металла и его плавление следует  начинать после запотевания поверхности основного металла; расплавляемый конец присадочного прутка необходимо держать ближе к поверхности сварочной ванны, но без ввода внутрь ванны. Для обеспечения хорошего растекания стеллита по поверхности основного металла пруток рекомендуется держать в определенном положении без изменения угла наклона и поворачивая его в разные стороны. Наплавку осуществляют обычно при перемещении сопла горелки вперед, как показано на рисунке 13.2.2.1.

 

 

Рисунок 13.2.2.1 – Схема наплавки газовым пламенем с перемещением сопла горелки углом вперед:

1 — наплавочный пруток; 2 — направление наплавки; 3 — сопло горелки.

 

Дуговую наплавку покрытыми электродами осуществляют различными материалами, требующими разной скорости охлаждения наплавленного металла. В частности, при наплавке стеллита, мартенситных материалов и карбида вольфрама предпочтительно замедленное охлаждение, а при наплавке аустенитной коррозионно-стойкой стали, чистого никеля, фосфористой бронзы и

 

 

высокомарганцовистого аустенитного материала наплавленный металл рекомендуется охлаждать с высокой скоростью. В первом случае перед наплавкой проводят предварительный подогрев, тогда как во втором необходимость подогрева отпадает, а наплавку рекомендуется осуществлять узкими валиками при малой силе тока. В таблице 13.2.2.2 приведены значения силы тока и температуры предварительного подогрева деталей при износостойкой и коррозионно-стойкой наплавке промышленными электродами. Наплавку коррозионно-стойких материалов и некоторых твердых сплавов (стеллита, карбида вольфрама) осуществляют обычно при меньшей силе тока, чем наплавку мартенситных и перлитных материалов.

 

Таблица 13.2.2.2 – Сила тока (А) и температура предварительного подогрева деталей при дуговой наплавке покрытыми электродами

Наплавочные материалы	Диаметр электрода, мм				Температура предварительного подогрева, °С
	3,2	4	5	6
Коррозионно-стойкая сталь:
– аустенитная	70–115	95–160	135–230	160–280	–
– ферритная	70–115	90–145	130–180	160–210	100–400
Никель и его сплавы:
– никель	75–120	90–160	180–200	190–230	–
– инконель	70–120	90–145	115–180	–	>=120
– монель-металл	75–120	100–150	140–190	190–230	>=100
Медь и ее сплавы:
– медь	70–100	110–160	140–230	170–270	280–600
– бронза	60–110	100–150	150–200	190–230	–
–медноникелевый сплав	90–120	130–160	160–200	220–260	>=150
Материалы   для   износостойкой наплавки:
– стеллит	85–110	120–170	150–210	200–280	300–500
– перлитная сталь	60–130	110–180	160–240	200–300	>=150
– мартенситная сталь	90–160	140–190	180–240	220–310	>=150
–марганцовистая   аустенитная сталь	70–140	95–180	130–240	220–300	–
–высокохромистые на основе железа	100–130	110–180	150–240	190–240	>=150
– карбид вольфрама	70–90	100-120	130–170	150–200	>=300

 

Дуговую наплавку в среде СО2 осуществляют с использованием наплавочной проволоки диаметром 1,2 мм при оптимальной силе тока в пределах 80—300 А, а проволоки диаметром 1,6 мм при силе тока 200—500 А. При неизменной силе тока увеличение вылета электродной проволоки требует, повышения скорости ее подачи (или производительности наплавки), уменьшая глубину проплавления основного металла, при этом эффективность газовой защиты снижается. При обычном расходе защитного газа (20 л/мин) нормальная длина вылета электрода составляет 20 мм.

Наплавку в среде защитного газа необходимо проводить в местах, защищенных от прямого воздействия ветра.

Наплавка под флюсом электродной проволокой отличается высокими скоростью и производительностью процесса, в частности при непрерывной наплавке прокатных валков и других тел вращения. На рисунке 13.2.2.2 схематически показан процесс непрерывной наплавки валка. При наплавке таких деталей необходимо смещать дугу (электродную проволоку) относительно зенита детали в направлении, противоположном ее вращению.   Размер такого смещения (опережения) оказывает значительное влияние на внешний вид наплавленного валика (рисунок 13.2.2.3). Оптимальный размер опережения устанавливают в зависимости от конкретного диаметра детали.

Увеличение вылета электрода приводит к повышению производительности наплавки и снижению глубины проплавления основного металла. Однако, учитывая, что стабильность горения дуги и переход легирующих элементов в наплавленный металл в результате выгорания и окисления их шлаком снижаются, не рекомендуется наплавка при чрезмерно большом вылете электрода.

 

 

Рисунок 13.2.2.2 – Схема наплавки валка:

1 – направление вращения; 2 – вертикальная ось сечения  валка; 3 — сварочная дуга; 4 —  смещение (опережение) дуги относительно  зенита детали.

 

Рисунок 13.2.2.3 – Влияние опережения на внешний вид наплавленного валика:

а — малое; б — нормальное; в — большое.

 

Наплавка под флюсом ленточным электродом — высокопроизводительный способ, широко используемый для нанесения антикоррозионных покрытий на внутренние поверхности крупногабаритных сосудов высокого давления, применяемых в нефтеперерабатывающей промышленности и атомной энергетике.

Слой металла, наплавленный с помощью ленточного электрода, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) ровная и гладкая поверхность валиков при равномерной толщине наплавленного слоя; 2) хорошая укладка наплавленных валиков без подрезов и наплывов на концевых участках; 3) отсутствие дефектов в наплавленном металле при глубине проплавления основного металла не менее 0,5

 

мм и малой степени разбавления наплавленного металла основным металлом, доля которого для первого слоя не должна превышать 15%.

При наплавке происходит влияние силы тока и напряжения дуги на формирование валиков. В интересах повышения производительности процесса предпочтительна большая сила тока, однако при этом возрастает влияние основного металла на состав наплавленного слоя, а также увеличивается краевой угол смачивания. Повышение напряжения дуги вызывает снижение влияния основного металла на состав наплавленного металла. Вместе с тем при режиме наплавки с особо высоким напряжением дуги и током малой силы указанное влияние (степень проплавления), напротив, повышается.

Также при наплавке происходит влияние угла наклона наплавляемой поверхности детали или образца на геометрическую форму валиков. Наклон поверхности в направлении наплавки или в поперечном направлении на угол более 3° приводит к неудовлетворительному формированию валика и увеличению степени проплавления основного металла. Таким образом, при наплавке ленточным электродом предельно допустимый угол, наклона наплавляемой поверхности детали составляет 3°. Оптимальный вылет электрода составляет 20—45 мм.

 

13.2.3 Последующая  обработка изделий и контроль  качества наплавки

 

Последующий нагрев. Износостойкой наплавке нередко подвергают детали из подкаливающихся средне- и высокоуглеродистых сталей. В таких случаях охлаждение на воздухе после наплавки может стать причиной растрескивания и отрыва наплавленного слоя. Для предотвращения этих нежелательных явлений необходимо принимать меры по снижению скорости охлаждения металла путем газопламенного нагрева наплавленного участка или загрузки всего изделия после выполнения наплавки в нагревательную печь.

При наплавке сосудов высокого давления или иных изделий из низколегированной стали, склонной к образованию трещин замедленного \

 

разрушения, в период после окончания наплавки до начала термообработки (отпуска) температуру наплавленного изделия необходимо поддерживать на уровне ~300°С (обезводороживание).

Обработка для снятия напряжений. Под влиянием термического цикла наплавки в изделиях могут возникать остаточные напряжения, вызывающие образование трещин как в основном, так и в наплавленном металле и создающие угрозу разрушения конструкций в целом. В таких случаях после наплавки необходима обработка, обеспечивающая релаксацию остаточных напряжений.

Наиболее распространенными видами такой обработки являются отпуск для снятия напряжений, механическая релаксация напряжений и проковка.

1. Отпуск для снятия  напряжений в сварных элементах  конструкций энергетического оборудования осуществляют согласно нормам, в которых определен режим термообработки для сосудов высокого давления (таблица 13.2.3.1).

2. Механическая релаксация  напряжений состоит в том, что  на конструктивный элемент, содержащий  внутренние остаточные напряжения, действует постоянная нагрузка, после снятия которой происходит релаксация напряжений. Способ механической релаксации не пригоден для крупных конструктивных элементов и наплавленных изделий с недостаточной пластичностью.

3. Проковка — деформация  поверхностного слоя наплавленного  металла специальным молотком (проковка) с целью релаксации в нем  напряжений, Этот способ используют  для снятия внутренних напряжений  и предотвращения образования  трещин в наплавленном металле. В частности, проковку как способ снятия остаточных напряжений используют для высокомарганцовистой аустенитной стали.

 

  

 

 

 

Таблица 13.2.3.1 – Температура термообработки для снятия остаточных напряжений в элементах конструкций энергетических сооружений (продолжительность термообработки 1 ч на 25 мм толщины листа)

Материал конструкции	Температура обработки, °С
Углеродистая сталь	595
Низколегированная сталь с содержанием 0,75% Сr и суммарным содержанием остальных легирующих элементов до 2%	595
Низколегированная сталь с содержанием 0,75—2% Сr и суммарным содержанием остальных легирующих элементов до 2,75%	595
Легированная сталь с суммарным содержанием легирующих элементов до 10%	680
Ферритная коррозионно-стойкая сталь	735
Мартенситная коррозионно-стойкая сталь	760
Подвергающаяся закалке и отпуску сталь с временным сопротивлением σВ=6,68 МПа	595

 

  Механическая обработка. Наплавленные изделия во многих случаях подвергают последующей механической обработке под заданные чистовые размеры. Механическая обработка сопровождается освобождением остаточных напряжений в наплавленном металле, и, как следствие, деформацией изделия. Поэтому изделия, которые после наплавки требуют механической обработки, следует подвергать термообработке для снятия напряжений.