Наплавочные работы

НАПЛАВОЧНЫЕ РАБОТЫ

Виды и назначение наплавки

Наплавкой называют нанесение посредством сварки плавлением слоя металла на поверхность изделия. Ее используют для восстановления исходных размеров деталей и для придания поверхностным слоям детали особых свойств, требуемых для ее успешной эксплуатации.

При наплавке посредством сварки плавлением образуется ванна жидкого металла, в состав которого входит часть расплавленного металла изделия и наплавляемый электродный металл. Таким образом, металл электрода оказывается разбавленным металлом изделия. При восстановлении изношенных деталей, если не требуется повышение их износостойкости или других свойств, применяют электроды и присадочную проволоку состава, обеспечивающего получение металла, аналогичного или близкого к составу металла изделия. Если же по эксплуатационным требованиям необходимо увеличить износостойкость, жаростойкость и другие свойства, применяют разнообразные легированные электроды и проволоку, которые с учетом частичного разбавления наплавляемого металла обеспечивают образование поверхностного слоя нужного качества. Кроме повышенного легирования используют технологические приемы снижения доли основного металла в наплавке, в частности уменьшают энергию сварки (наплавка на малых токах), увеличивают поперечные колебания электрода и др.

Существует другой способ устранения доли основного металла в составе наплавленного. Для этого нагрев основного металла при наплавке не доводят до его расплавления, а только до температуры смачивания. Расплавляемый электродный металл растекается по поверхности нагретой детали, доведенной до температуры смачивания, и между ними образуются химические связи. Несмотря на кажущуюся эффективность этого способа, он не нашел широкого применения вследствие ненадежности обеспечения прочных химических связей между наплавляемым металлом и деталью. В промышленности широко применяют первый способ восстановительной наплавки и наплавки слоев с особыми свойствами путем расплавления основного и наплавляемого металла, но с необходимыми ограничениями доли основного металла.

При ручной дуговой наплавке применяют следующие способы наплавки: специальными электродами; порошкообразных металлических смесей угольной или графитизированной дугой; в среде аргона специальной наплавочной проволокой.

Технология ручной дуговой наплавки стали

Для электродуговой наплавки специальными электродами используют большое количество марок покрытых электродов различного назначения. ГОСТ предусматривает 44 типа таких электродов. Основными характеристиками электрода каждого типа, согласно ГОСТ, являются химический состав наплавленного металла и твердость в рабочем состоянии. Кроме того, электроды разделяются по их назначению, например наплавку изношенных деталей машин (осей и валов), работающих на смятие и интенсивные ударные нагрузки, производят электродами Э15Г5 марки ОЗН-400У. Наплавленный металл, как видно из наименования типа электрода, обеспечивает содержание в среднем 0,15% (0,12-0,18) углерода, 5% (4,1-5,2) марганца и твердость по Роквеллу (ИКС) 40-44. Подвергаемые износу, смятию и интенсивным ударным нагрузкам, концы рельсов, оси, автотранспортные и другие детали наплавляют электродами Э11ГЗ марки ОЗН-ЗООУ с содержанием 0,11% (0,08-0,13) углерода, 3% (2,8-4) марганца и твердость по Роквеллу 28-35. Для наплавки металлорежущего инструмента применяют электроды марок ОЗИ-4, ОЗИ-5, ЦИ-1М и ЦИ-2У. Используется большое количество других марок электродов для наплавки изношенных штампов и рабочих поверхностей штампов холодной, горячей штамповки, горячей и холодной обрезки, кузнечно-прессового и режущего инструмента, ножей дорожных машин и т.д. Ручная дуговая наплавка покрытыми электродами на поверхности деталей широко распространена, так как ее можно применять при различных конфигурациях деталей и типовом сварочном оборудовании - нужны только наплавочные электроды и навыки сварщика.

Для наплавочных электродов используют специальную электродную проволоку, изготовляемую в соответствии с ГОСТ. Из различных марок этой проволоки изготовляют стержни и наносят на них специально покрытие. Отдельные марки электродной проволоки используют при аргонодуговой наплавке вольфрамовым электродом. Для наплавки твердых сплавов применяют литые стержни, так называемые стеллиты марок В2К, ВЗК и их заменители стеллитоподобные сплавы сормайт-1 и сормайт-2. Стеллиты получают в индукционных печах сплавлением кобальта, вольфрама, хрома и других элементов, а сормайты плавят без вольфрама и кобальта. На полученные литые стержни наносят покрытие и используют для ручной электродуговой наплавки. Электроды марки ЦН-2 со стержнем марки ВЗК употребляют для наплавки уплотнительных и трущихся частей арматуры, работающей при температуре до 600 °С в агрессивных средах. Электроды марки ГН-1 со стержнем из сплава сормайт-1 используют для ремонта и изготовления быстроизнашивающихся деталей засыпных аппаратов доменных печей, а марки ЦС-1 с таким же стержнем - для ремонта и изготовления зубьев и ковшей экскаваторов, ножей автогрейдеров и др. Литые стержни, кроме того, используются для аргонодуговой наплавки вольфрамовым электродом.

Для уменьшения доли основного металла в наплавке применяют пониженный сварочный ток, обеспечивающий устойчивое горение дуги. При однослойной наплавке использование таких режимов уменьшает долю основного металла до 0,3-0,45. При поперечном колебании электрода эта доля может быть уменьшена до 0,25. Для дальнейшего уменьшения присутствия основного металла в наплавке ее следует вести в 2-3 слоя. В случаях, когда металл наплавки и зоны термического влияния склонны к закалке и образованию трещин, необходимо применять предварительный и сопутствующий подогрев - при наплавке твердых сплавов до температуры 300-600 °С в зависимости от состава металла. Необходимо отметить, что электродуговая ручная наплавка покрытыми электродами - трудоемкий и низкопроизводительный процесс в связи с пониженными режимами и работой вручную. Производительность такой наплавки 0,8-3 кг/ч, а при автоматической наплавке под флюсом 2-15 кг/ч и электрошлаковой - до 150 кг/ч. Однако ручную наплавку продолжают широко применять благодаря простоте и доступности процесса.

Для наплавки твердых сплавов применяют порошкообразные зернистые материалы, например сталинит, который приготовляют перемешиванием порошков ферромарганца, углеродистого феррохрома, чугунной стружки и нефтяного кокса. Этот материал используют для наплавки ножей бульдозеров, деталей ковшей экскаваторов и т.д. Твердость наплавки по Роквеллу ИКС 52. Для наплавки бурильного инструмента применяют смесь вольфрама и углерода - Вокар. В промышленности применяют и другие смеси.

Для наплавки порошкообразной смеси подготавливают плоскость наплавляемой детали, очищая ее от ржавчины, масла и грязи. Затем на подготовленную поверхность насыпают тонкий слой (0,2-0,3 мм) прокаленной буры (флюса) и на него слой порошкообразной смеси высотой 2-7 мм, который разравнивают и уплотняют гладилкой. Наплавку производят угольной или графитизированной дугой прямой полярности либо переменным током с осциллятором, совершая плавные движения электрода поперек полосы на 40-50 мм с постепенным продвижением вдоль нее (рис.1). После расплавления порошка высота его уменьшается в 2-4 раза. Возможна многослойная наплавка, но общая толщина наплавленного слоя для разных смесей ограничена; например, для сталинита - 5-6 мм, вокара - 3-4 мм. Рекомендуются предварительный подогрев до 500 °С и медленное охлаждение в горячем песке, закрытом асбестом.     

 
Рис.1. Наплавка порошкообразной смеси угольным электродом

Некоторое применение нашла аргонодуговая наплавка неплавящимся (вольфрамовым) электродом высоколегированных сталей и сплавов. Для наплавки используют высоколегированную наплавочную проволоку и литые стержни.

Технология наплавки цветных металлов

Наплавку меди или бронзы на стальные, медные и бронзовые детали осуществляют ручной дуговой сваркой покрытыми электродами, дуговой сваркой в инертных газах неплавящимися вольфрамовыми электродами и угольными электродами с применением защитного флюса, нанесенного на присадочный пруток. Для наплавки используют электроды со стержнем из меди или бронзы. Применяют электроды марки К-100 со стержнем из меди М1 и покрытием, замешанным на жидком стекле и состоящим из ферромарганца (47,5%), полевого шпата (12,5%), плавикового шпата (15%) и кремнистой меди (20%). Этими электродами сваривают медные детали между собой или выполняют наплавку меди на сталь.

При наплавке меди на медь применяют предварительный подогрев до температуры 300-500 °С, так же, как при сварке меди. Наплавленный слой подвергают проковке.

Применяют наплавочные электроды марки ЗТ со стержнем из кремнистой бронзы марки БрКМцЗ-1. Металл, наплавленный этими электродами, близок по химическому составу и свойствам к кремнистой бронзе. Наплавку выполняют короткой дугой, постоянным током обратной полярности. Для получения наплавленного металла нужного состава бронзовый стержень электрода подбирают другой марки с соответствующим составом покрытия.

Наплавку неплавящимся (вольфрамовым) электродом в азоте или в аргоне производят с применением присадочного металла из меди или ее сплавов в зависимости от требуемого состава наплавленного металла. Для наплавки употребляют азот особой чистоты и аргон высшего сорта. Устойчивость дуги в азоте ниже, чем в аргоне, поэтому предпочтение отдается аргону, на его большую стоимость. Для такой наплавки можно использовать лантанированные вольфрамовые электроды, обладающие хорошей устойчивостью. Наплавку на сталь производят при минимальной погонной энергии и с минимальной глубиной проплавления стали. Для этого часто используют дополнительное охлаждение стали водой с обратной стороны, что ускоряет кристаллизацию наплавляемого слоя и предупреждает появление трещин в стали.

Наплавку меди и ее сплавов на сталь можно производить угольным электродом, используя в качестве присадочного металла медные или бронзовые прутки (марок М0, М1, БрКМцЗ-1). Для улучшения процесса и качества наплавки эти прутки покрывают защитным флюсом (например, состоящим из 95% порошка буры и 5% металлического магния, смоченных жидким стеклом). Для предупреждения науглероживания стали сварку ведут длинной дугой со скоростью более 15 м/с во избежание расплавления основного металла. Качество наплавки невысокое, поэтому такой способ не получил распространения. Для улучшения качества рекомендуются проковка шва при температуре 550-800 °С и быстрое охлаждение в воде.

НАПЛАВКА ТВЕРДЫМИ СПЛАВАМИ

Способы наплавки

Сущность процесса наплавки. Наплавка - это процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления и упрочнения деталей машин и оборудования путем нанесения на их рабочие поверхности металлических покрытий, обладающих необходимым комплексом свойств: износостойкостью, термостойкостью, кислотостойкостью и др. С помощью наплавки создают биметаллические изделия, у которых выгодно сочетаются свойства наплавленного и основного металлов. Наплавляемые детали весьма разнообразны по массе, форме, материалам и условиям работы. Это вызвало необходимость разработки разных способов наплавки.

Дуговая наплавка. В большинстве случаев процессы наплавки основаны на применении дуговой сварки плавящимся электродом. Эти процессы отличаются способами защиты наплавляемого металла от вредного воздействия воздуха и степенью механизации.

Ручная наплавка покрытыми электродами применяется в тех случаях, когда использование механизированных способов невозможно или нецелесообразно. Для получения минимальной глубины проплавления основного металла электрод наклоняют в сторону, обратную направлению наплавки. Наплавку выполняют электродами диаметром 2-6 мм на постоянном токе 80-300 А обратной полярности ("плюс" на электроде). Производительностью процесса 0,8-3  кг/ч.

При ручной наплавке требуется высокая квалификация сварщика, так как процесс необходимо вести на минимально возможном токе и напряжении с целью уменьшения доли основного металла в наплавленном, однако при этом должно обеспечиваться сплавление наплавленного и основного металлов.