Технологии наплавки

При осуществлении того или иного процесса наплавки происходит оплавление поверхности металла - основы, расплавление присадочного материала, соединение их и кристаллизация образовавшейся смеси. Соотношение долей основного и присадочного металлов в наплавленном слое определяет его состав, микроструктуру и свойства. При восстановительной наплавке нелегированным металлом доля основного металла не ока­зывает существенного влияния на свойства наплавленного слоя. Напротив, при упроч­няющей наплавке легированным металлом увеличение доли основного металла приво­дит к ухудшению свойств наплавленного слоя.

Ручную электродуговую наплавку выполняют на постоянном и переменном токе штучными неплавящимися или плавящимися электродами. В качестве неплавяще­гося электрода чаще всего используют графитовые (угольные) стержни. На наплавляе­мую поверхность наносят слой наплавочной смеси или пасты соответствующего состава и расплавляют теплом дуги. Толщина наплавленного слоя -1-3 мм. Угольным электро­дом по слою смеси чаще всего наплавляют плоские поверхности. Более распространена наплавка плавящимися покрытыми электродами. Достоинства способа: простота и ма­невренность; недостатки: низкая производительность (1-3 кг/ч), тяжелые условия тру­да, снижение усталостной прочности наплавленных деталей.

Достоинствами механизированной наплавки являются: непрерывность процес­са, достигаемая в результате использования электродной проволоки или ленты в виде больших мотков; подвод тока к электроду на минимальном расстоянии от дуги, позво­ляющий применять токи большой силы без перегрева электрода.

Из всех способов механизированной наплавки наибольшее распространение по­лучила наплавка под флюсом. Схема этого способа показана на рис.8. Электродная проволока 1 непрерывно с постоянной скоростью подается в ду­говой промежуток. Подвод тока к про­волоке осуществляется в непосредст­венной близости от дуги при помощи втулки 2. В дуге 3 проволока плавится.
Капли металла, пройдя дуговой проме­жуток, смешиваются с расплавленным металлом изделия 4 и образуют сва­рочную ванночку 5. После кристалли­ зации получается наплавленный валик 6, покрытый шлаковой коркой 7 и не­расплавившимся флюсом 8. Избыток флюса ссыпается, а остывшая шлаковая корка удаляется. Формируется однород­ный наплавленный металл без пор и раковин. Производительность процесса одноэлектродной наплавки под слоем флюса неве­лика.

Рис.8

            Поэтому наряду с одноэлектродной наплавкой применяют и другие разновидности этого способа: наплавку электродной лентой, многоэлектродную и многодуговую наплавку, наплавку с поперечным колебанием электрода (рис.9,а,б,в,г)



Рис.9

При наплавке электродной лентой (рис.9,а) достигаются малая глубина проплавления основного металла и возможность наплавить за один проход валик шириной до 100 мм. При многоэлектродной наплавке (рис. 9,б) в зону дуги одновременно подаются несколь­ко электродов, подключенных к одному полюсу источника сварочного тока. Дуга перио­дически перемещается с одного электрода на другой; при этом образуется общая свароч­ная ванна, формируется широкий валик. При многодуговой наплавке (рис. 9, в) применя­ется несколько наплавочных аппаратов или один аппарат с изолированными друг от друга несколькими электродами, каждый электрод питается от отдельного источника тока.



При наплавке деталей малого диаметра, глубоких внутренних поверхностей и ряда высоколегированных сплавов затруднено удаление шлаковой корки. Этого недос­татка лишена механизированная наплавка открытой дугой и наплавка в защитных газах. При наплавке открытой дугой в качестве электрода используется порошковая проволока. Для защиты металла от кислорода и азота воздуха в ее сердечник вводят, кроме легирующих элементов, газо- и шлакообразующие компоненты и раскислители (при наплавке крупных деталей используют не порошковую проволоку, а ленту). Ино­гда используют голую легированную проволоку, содержащую в небольших количествах РЗМ



Наплавку в защитных газах чаще выполняют плавящимся электродом. В каче­ стве защитных газов используют углекислый газ, аргон, азот.

Вибродуговая наплавка.

 

Схема процесса показана на рис.10. Характерной особенностью способа является применение виб­рирующего плавящегося электрода. Электрод в  виде голой проволоки подается в дугу специаль­ным аппаратом, который обеспечивает вибрацию электрода вдоль его оси. В результате процесс со­стоит из циклов, в каждом из которых происхо­дят: 1) замыкание электрода с наплавляемой по­верхностью; 2) размыкание и образование дуги; 3) подача электрода к изделию до замыкания. Длительность циклов определяется частотой виб­рации электрода. Частота вибрации электродов обычно составляет 30 - 100 пер/с; амплитуда -0,75 - 1,0 диаметра электрода. Производитель­ность вибродуговой наплавки мала (0,5 - 3,0 кг/ч), поэтому восстанавливать этим способом крупные детали с большим износом не рекомендуется. На рис. 10: 1- кассета с электродной проволокой;2 – механизм подачи проволоки; 3 - электромагнит вибратора; 4 - вибрирующий рычаг; 5 - опорный узел; 6 - хоботок; 7 –изделие.



Рис.10

Электрошлаковая наплавка (ЭШН)

Схема процесса показана на рис. 11.



Рис.11

В пространстве, образованном наплавляемой поверхностью 6 и формирующим устройством 5, создается ванна расплавленного флюса-шлака 2, в которую не­прерывно подается металлический электрод 1. Ток, проходя между электродом и наплавляемым изделием, нагревает расплавленный шлак и поддерживает высо­кую температуру и электропроводность. Шлак расплав­ляет электрод и оплавляет поверхность изделия. Ниже шлаковой ванны образуется металлическая ванна 3, ко­торая, затвердевая, дает слой 4, прочно сплавленный с ме­таллом изделия. Процесс наплавки начинают на графи­товых, медных или стальных подкладках. Формирующее устройство в виде охлаждаемого водой медного ползуна медленно перемещается вверх с помощью специально­го механизма.



При электрошлаковой наплавке в качестве электродов используют проволоку, литые стержни и пластины, трубы, в качестве шлака - флюс АН-25. Благодаря примене­нию больших токов (несколько тысяч ампер) достигают очень высокой производитель­ности - до 150 кг наплавленного металла в час. ЭШН плоских поверхностей может про­изводиться при вертикальном, нижнем и наклонном положениях наплавляемой поверх­ности.

Для торцовой наплавки деталей сложной формы используется прием стыкошлаковой наплавки (рис.12).



Рис.12

Процесс начинается наведением шлаковой ванны на дне водоохлаждаемой формы. Электродом служит хвостовик детали 1 с приваренной пластиной или прутком из легированного металла 2, которые расплавляются в пер­вую очередь. В момент погружения хвостовика 1 в шлак происходит его разогрев, а затем он погружается в металли­ческую ванну. Таким образом успешно восстанавливают зу­бья экскаваторов, сверла и метчики большого диаметра и т.п.

Плазменную наплавку применяют в тех случаях, когда необходимо наплавить слой толщиной от 0,5 до 5,0 мм при строго регламентированной доле основного металла. Приме­няют несколько разновидностей плазменной наплавки. При­садочный материал нужного состава подают в плазменную дугу или выделенную плазменную струю в виде проволоки, ленты спрессованных металлокерамических колец, пластин, пасты или порошка. На рис.13 показана схема плазменной наплавки с токоведущей присадочной   проволокой.



Рис.13

Источни­ком тепла для расплавления присадочной проволоки является двухдуговой разряд. Одна дуга (маломощная) горит между вольфрамовым электродом 1 и соплом 2, вторая (основная) - между вольфрамовым элек­тродом и проволокой 4. Через сопло 3 подается за­щитный газ. Основной металл разогревается теплом перегретого расплавленного металла проволоки    и факелом плазменной струи.   По этой схеме   наплавляются: бронзы, латуни, нержавеющие стали и т.п.

На рис. 14 показана схема плазменно-порошковой наплавки.


Порошок нужного состава вдувают в дугу через специальные каналы в горелке. Во внутреннем   рабочем   сопле   2    формируется плазменная струя, по соплу 3 подается приса­дочный порошок, а по соплу 4 - защитный газ. Источник 5 служит для зажигания дуги между электродом 1 и соплом 2;  в плазменной  струе этой  дуги плавится порошок. Источник 6 фор­мирует плазменную  дугу прямого действия, ко­торая оплавляет поверхность изделия и является дополнительным источником тепла для плавле­ния присадочного порошка. Производительность указанных способов невелика (0,5-10 кг наплав­ленного металла в час). Более высокой производительностью (до 30 кг/час) обладает плазменная наплавка с подачей в ванну двух пла­вящихся электродов.



Рис.14

При индукционной наплавке в качестве источника нагрева используются токи высокой частоты. Нагрев осуществляется с помощью индуктора, присоединенного к машинному или ламповому генератору ТВЧ. Практическое применение нашли два спо­соба индукционной наплавки: 1) с использованием твердого присадочного материала, наносимого на наплавляемую поверхность в виде порошка, пасты или прессованных брикетов; 2) с использованием жидкого присадочного материала, расплавляемого в от­дельной индукционной печи и определенными порциями подающегося на разогретую поверхность наплавляемой детали.        Наплавку твердым присадочным материалом применяют для повышения износостойкости бил и молотков дробилок, лап культиваторов, лемехов плугов (рис.15). На рисунке. 1- де­таль, 2 - смесь порошков сплава и флюса, 3 - индуктор. В качестве присадочного материала используют порошок спла­ва сормайт 1, а также композиции сормайт - релит, сормайт - феррохром. Применяют также индукционную наплавку клапанов двигателей внутреннего сгорания. Присадочный материал в виде литых колец из сплава ВЗК или НХ15С2Р2 укладывают в предварительно проточенную канавку на тарелке клапана, а затем расплавляют с помощью специальных индукторов.



Рис.15



Наплавку жидким присадочным металлом в свою очередь подразделяют на: 1) наплавку заливкой жидкого присадочного сплава; 2) наплавку намораживанием. При наплавке заливкой жидкого металла толщина наплавляемого слоя должна быть более 5 мм, а соотношение массы наплавленного металла к массе металла - основы достигает 30 %. Преимущества этого метода: а) нет необходимости в изготовлении и применении сварочной проволоки, ленты и т.д.; б) возможность наплавки "ненаплавляемых" пар ме­таллов (чугун на чугун, чугун на сталь и др.). При наплавке заливкой жидкого присадочного сплава (рис. 16) наплавляемую деталь 1, поверх­ность которой покрыта слоем защитного флюса 2, нагревают с помощью индуктора 4 токами вы­сокой частоты и помещают в литейную форму 3; расплавленный металл заливают в простран­ство   между наплавляемой   поверхностью   и внутренней поверхностью формы. После за­твердевания расплав формирует наплавленный слой, имеющий надежное сцепление с металлом - основой.



Рис.16

Разновидностью описанного способа является  "дуплекс - заливка".   При ее осущест­влении по наплавляемой поверхности детали, помешенной в литейную форму, перепускают большое количество расплава. В результа­те этого поверхность разогревается. Последняя порция расплава кристаллизуется на ней и формирует наплавленный слой. Излишки жидкого металла сливают в стоящую рядом с первой литейную форму.

Наплавкой намораживанием (рис.17) компенсируют износы от 0,5 до 3 мм. При ее осуществлении наплавляемую деталь 1 нагревают в тигле с рас­плавленным шлаком 2, а затем быстро переносят в тигель с расплавленным присадоч­ным металлом 3 и выдерживают в течение 0,5 - 1,5 секунд. За это время на наплавляе­мой поверхности кристаллизуется ("намораживается") слой указанной толщины.



Рис.17

Для надежного сплавления присадочного металла с металлом - основой последний дол­жен быть нагрет до температуры, большей tн:

,

где tp , tм.о- температура расплава и металла - основы, соответственно; b2,  b1 -теплоаккумулирующие способности жидкого и твердого металлов, соответственно.


Содержание раздела

---