Механізовані способи наплавлення зношених деталей

Механізовані способи наплавлення  зношених деталей

Механізовані способи наплавлення  застосовуються для відновлення  зношених деталей класу валу. Вибір  способу наплавлення проводиться  за такими показниками: застосованості, продуктивності, вартості відновлення, довговічності відновлених деталей.

Наплавлення деталей класу «вали» здійснюється на спеціальних установках, в яких механізовані процеси обертання  деталей, подачі зварювального дроту, переміщення зварювальних головок  щодо деталей.

Зазвичай, такі установки вмонтовуються  на токарно-гвинторізних верстатах, переобладнаних стосовно певного виду наплавлення. Для зниження швидкості обертання  між електромотором і коробкою передач  верстата встановлюється додатковий редуктор, на супорті верстата вмонтовується  пристосування для кріплення  зварювальної головки, на передній бабці - щиток приладів.

Кожен з видів наплавлення має  свої особливості.

Наплавлення деталей підшаром флюсу  застосовується для відновлення  відповідальних деталей. Цим видом  наплавлення, наприклад, відновлюються  колінчасті вали, напівосі, вилки карданних шарнірів і інші деталі.

Дуга горить в зоні, захищеній  рідким шлаком розплавленого флюсу  і газами, що перешкоджає освіті оксидних і нітридних з’єднань в металі, що наплавляється; сприяє формуванню якісних швів; попереджає розбризкування металу, що наплавляється; забезпечує протікання структурних змін; покращує умови роботи зварювачів. Наплавлення під шаром флюсу дозволяє набувати необхідних властивостей покриттів за рахунок підбору електродного дроту і флюсу. Висока продуктивність процесу порівняно з іншими видами наплавлення забезпечується за рахунок застосування великої щільності струму, кращого використання присадних матеріалів і електричної енергії.

Наплавлення деталей під шаром  флюсу виконується електродним дротом маркий Св-08; Св-08Г2С, Св-12Г2Х, Св-15, Св-18ХГСА, Св-18ХМА, СВ-ЗОХГСА (ГОСТ 2246-70); пружинними проволоками (ГОСТ 9389-60), проволоками із сталей 45, 60, 75 (ГОСТ 1050—60), порошковими проволоками Пп-х12, Пл-х12вф, ПП-25Х5ФМС-0, Пп-у25х17т і ін.

Захист зони горіння дуги проводиться  безмарганцевистими, середньомарганцевистими і високомарганцевистими плавленими і керамічними флюсами. Для наплавлення відповідальних деталей автомобілів найбільше застосування знайшли високомарганцевисті плавлені флюси маркий АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45 і керамічні АНК-18, ЖСН-1 з легуючими добавками. При наплавленні колінчастих валів використовують флюс АН-348А з добавкою 2,5% графіту і 2% ферохрому.

На якість наплавлювальних робіт великий вплив мають параметри електричного струму (напруга і сила струму), швидкість наплавлення і швидкість подачі дроту, її хімічний склад, діаметр і положення щодо деталі.

Якість формування валів при  наплавленні залежить від щільності  струму і швидкості наплавлення. Малі і великі швидкості наплавлення  приводять до непровару і поганої якості наплавлених швів. Оптимальні швидкості наплавлення залежать від діаметру електродного дроту, конструкції і розмірів деталей. При відновленні деталей автомобілів застосовують електродний дріт діаметром від 0,8 до 3,2 мм. При цьому зміну сили зварювального струму залежно від діаметру електродного дроту можна виразити формулою:

 

де a і b   – постійні коефіцієнти;a=50 , b=70…80 ;

d_a  – діаметр електродного дроту, мм.

На формування валів при наплавленні  здійснює вплив виліт електродного дроту. Збільшення вильоту електроду  призводить до втрати тепла і погіршення умов для формування валів. Зазвичай, величина вильоту A_в визначається за емпіричною залежністю:

 

Для утримання флюсу і розплавленого  металу при наплавленні циліндрових  деталей електродний дріт зміщують убік, зворотний напряму обертання  деталі. Величина зсуву вибирається  експериментально залежно від швидкості  наплавлення, діаметру деталі і форми  мундштука. Для автомобільних деталей  вона дорівнює 5- 8 мм.

Крок наплавлення залежить від  способу (у один, два проходи) наплавлення, діаметру деталі, діаметру електродного дроту, швидкості подачі дроту. Величина кроку наплавлення коливається  в межах від 3 до 12 мм/об. При виборі кроку наплавлення слід забезпечувати  таке накладення валів, при якому  кожен подальший вал повинен  перекривати попередній на 1/3 його ширину. Для попередніх розрахунків режимів  наплавлення можна приймати крок наплавлення рівним  _.

Швидкість подачі дроту залежить від  діаметру деталі, сили зварювального  струму, діаметру електроду. Для деталей  діаметром 50- 150 мм при наплавленні електродним дротом діаметром 1,6- 2,6 мм швидкість подачі дроту 1.6 – 2.6мм  можна розраховувати за формулою:

, м/год.,

де D - діаметр деталі, мм.

Швидкість наплавлення циліндрових  деталей залежить від тих самих  параметрів, що і швидкість подачі дроту. Для деталей діаметром 50- 150 мм при наплавленні електродним дротом 1,6- 2,6 мм швидкість наплавлення можна розраховувати за емпіричною залежністю.

Розраховані і вибрані при проектуванні технологічних процесів режими підлягають коригуванню у виробництві.

Наплавленням під шаром флюсу  не можна відновлювати деталі малого діаметру (менше 50 мм) і великої довжини, оскільки відбувається їх сильний нагрів і викривлення. Наплавлення під шаром флюсу ведеться постійним струмом зворотної полярності.

Джерела струму вибираються з падаючою характеристикою типу ПСО-500, ПСОВІ-500.

Для подачі дроту використовуються механізми ПШ-54, ПДШМ-500, автомати А-580м, АДФ-500, АБС, А-384н і ін.

Наплавлення і зварка деталей в  середовищі захисних газів застосовується для відновлення деталей з  тонколистової сталі 10 і 20, середньовуглецевих сталей 40 і 45 і ін. Цим способом відновлюють зношені розподільні вали, вилки карданних шарнірів, посадочні поверхні валів трансмісії.

Як захисне середовище використовуються вуглекислий газ, азот, аргон, суміші газів. Найбільшого поширення при  відновленні деталей набули зварка і наплавлення в середовищі вуглекислого газу і зварка неплавким електродом в середовищі аргону. Застосування як захисне середовище вуглекислого газу призводить до окислення металу шва. Щоб нейтралізувати окислювальну дію вуглекислого газу, застосовують електродні дроти з підвищеним вмістом  марганцю і кремнію Св-08ГС, Св-10ХГ2С, Св-18ХГСА та інші по ГОСТ 2246-70, наплавлювальні дроти Нп-4Х13, НП-ЗОХГСА. Захисний газ в зону горіння дуги подається концентрично електроду або збоку. Установки для наплавлення деталей в середовищі СО₂ складаються з токарного верстата, джерела струму, шафи управління, механізму подачі дроту, газової апаратури.

Для наплавлення в середовищі СО₂ використовуються джерела струму з жорсткою або зростаючою зовнішньою характеристикою і високими динамічними властивостями. Таким вимогам задовольняють випрямлячі ВС-300, ІПП-300П, КПП-300; перетворювачі ПСОВІ-500, ПСГ-500, АЗД-7,5/30 і ін.

Подача дроту в зону дуги здійснюється напівавтоматами А-547, А-547-р, А-537, ПРМ-2, ПДПГ-300-5, ПТПГ-1, ОСН-1М, ПДГ-301, ПДГ-302, ПДПГ-500, Р-912 і ін.

До складу газової апаратури  входять балони з вуглекислотою, що знижують редуктори типу РК.-53К, підігрівачі  газу, осушувачі газу, вимірники  витрати газу типу РС-5.

Формування валів при наплавленні  в середовищі СО₂ залежить від напруги дуги, сили зварювального струму, матеріалу і діаметру дроту, швидкості її подачі, вильоту електроду, швидкості наплавлення, витрати газу.

Для наплавлення в середовищі СО₂ використовується постійний струм (direct current)зворотної полярності. Напруга U_св  і сила зварювального струму I_св  залежать від діаметру електродного дроту і розраховуються за формулами: 

; 

.    

мм.

Збільшення напруги дуги веде до розбризкування рідкого металу і  утворення пор. Стійкість горіння  дуги поліпшується із зменшенням діаметру електродного дроту, із збільшенням  вмісту в ній кремнію і марганцю. Швидкість подачі дроту розраховується за формулою: 

при  мм.

Виліт електроду приймають рівним 6- 12 мм, а швидкість наплавлення – 60-80 м/год. Для забезпечення захисту зони горіння дуги від дії атмосфери витрата вуглекислого газу повинна складати 6-10 л/хв. при тиску 1,2-1,5 кгс/см².

Підвищення напруги дуги, сили зварювального  струму, вильоту електроду вимагає  відповідного збільшення витрати СО₂.

Вібродугове наплавлення в середовищі рідини застосовується для відновлення деталей машин, що працюють при незначних динамічних навантаженнях. Спосіб дозволяє наплавляти зносостійкі тверді покриття завтовшки 1- 2 мм, має високу продуктивність, не робить термічного впливу на основний метал. Недоліком способу є значне зниження втомної міцності відновлених деталей (до 40-60%).

При цьому виді наплавлення електрод разом з поступальною ходою вібрує із заданою частотою і амплітудою. Процес горіння дуги супроводжується  періодичними перервами. У зону зіткнення  електроду і деталей подається  рідина, яка охолоджує деталь і  іонізує дугу. Як охолоджуючі рідини використовують розчини кальцинованої  соди з добавкою 0,5% мінерального масла  або 15%-ні водні розчини гліцерину. Подача дроту і її вібрація здійснюються спеціальними механізмами типу УАНЖ, ГМВК, КУМА-5М, ВДГ і ін. Джерела струму повинні мати жорстку характеристику.

Наплавлення ведеться зварювальним дротом СВ-ЗОХГС, Св-18ХГСА, ОВС, ВС, ПК-1, СВ-ЮГС  діаметром 1,2- 2,0 мм. Швидкість подачі дроту 60-90 м/год., сила струму 120-180 А, крок наплавлення , амплітуда коливань електроду 1,5- 2 мм, а їх виліт 5- 8 мм. Швидкість наплавлення коливається в межах 30-60 м/год.

Наплавлення в середовищі водної пари застосовується при відновленні  невідповідальних деталей з середньовуглецевих сталей. Конструкція установки для цього виду наплавлення включає пароутворювач. Наплавлення ведеться зварювальними проволоками Св-08Г2С, Нп-40, Нп-60 на постійному струмі зворотної полярності.

Напруга дуги 28-32 В, сила струму (100-120) А, швидкість подачі дроту 120-160 м/год., швидкість наплавлення 30-40 м/год., тиск пари 1,05 кгс/см². Дріт в зону дуги подається так само, як і в інших видах механізованого наплавлення деталей.

Наплавлення і зварювання деталей  плазмою

Суть способу полягає в отриманні  струменя плазми з температурою 16000-24000°С за рахунок обжимання і продування газу (аргону, гелію, азоту, водню) через  розряд електродуги. Плазма (plasma medium) є речовиною в сильно іонізованому стані. Плазмою можна наплавляти, зварювати, різати метали. Як джерела живлення дуги для отримання плазми застосовують перетворювачі типу ПСОВІ-500, випрямлячі ІПН. Регулювання струму в ланцюзі вольфрамовий електрод - сопло і вольфрамовий електрод - присадна проволока виконується реостатами РБ-300.

Утворення плазми відбувається в спеціальних  плазмових головках типу ІМЕТ-107, які  складаються з корпусу, електротримача, водоохолоджуваного сопла - каналу і сопла для подачі захисного газу. Електродотримач ізольований від інших частин пластмасовою або керамічною втулкою.

Неплавкий вольфрамовий електрод діаметром 3- 5 мм встановлюють в електродотримач з вильотом 8- 10 мм. Його кінець повинен розташовуватися на рівні верхнього зрізу сопла-каналу. Струмоведучий присадний дріт або порошок подаються безпосередньо під плазмову головку. Виліт дроту з мундштука до плазмового струменя 15 мм. Відстань від сопла-каналу плазмової головки до присадного дроту 5-8 мм. Для поліпшення якості наплавлення плазмова головка з присадним дротом повинні здійснювати коливальні рухи з амплітудою 8- 60 мм і частотою до 60 коливань в хвилину.

Сила струму в дузі вольфрамовий електрод-сопло (чергова дуга)  дорівнює 15-25 А при напрузі 10-12 В, а в основній дузі (вольфрамовий електродо-присадочний дріт) - до 130 А при діаметрі вольфрамового електроду 3 мм.

При використанні як плазмоутворючого газу аргону його витрата складає 1-3 л/хв. Для оберігання металу, що наплавляється, і відновлюваної деталі від дії атмосфери зона плазми оточується захисним середовищем з аргону, азоту або СО₂, витрату яких складає 10-15 л/хв.