2.4. Определение основных параметров процесса наплавки

Исходным критерием для выбора режима наплавки является величина износа, а также толщина стенок или диаметр ремонтируемой детали. Кроме того, при разработке технологии наплавки должны быть предусмотрены мероприятия по предотвращению сварочных деформаций, из которых наибо­лее часто применяют методы уравновешивания деформаций и интенсивного отвода тепла в процессе, наплавки. При наплавке ремонтируемых деталей деформации недопустимы, так как их трудно, а зачастую и невозможно устранить методами правки или механической обработки.

При разработке технологии наплавки (в отличие от сварки) необходимо стремиться к уменьшению глубины проплавления, особенно когда применяется легированная износостой­кая наплавка, так как для участия основного металла в на­плавке yo возрастает с увеличением глубины проплавления, в результате чего снижается твердость и износостойкость.

При восстановлении наплавкой деталей подвижного со­става в депо наиболее широко применяют ручную или полу­автоматическую дуговую наплавку плавящимся электродом, так как ремонт деталей носит мелкосерийный характер.

Наплавка производится широким валиком с амплитудой поперечного перемещения от 2 до 5 диаметров электрода. Такой прием увеличивает прогрев валика и замедляет охлаждение сварочной ванны, что уменьшает возможность появления непроваров, шлаковых включений и пор.

40

Валики накладывают после удаления шлака, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2 — 1/3 ширины предыдущего. Доля участия основного металла в наплавке у₀ снижается с 0,65 у первого валика до 0,45 у последующих. Поверхность наплавки более ровная и припуск на механическую обработку составляет 2—3 мм. При многослойной наплавке необходимо применять тонкие валики, что уменьшает опасность трещинообразования под влиянием усадки.

При наплавке участков небольшой длины рекомендуется наплавка челночным способом (зигзагообразное перемещение электрода), при котором наплавляется полоса шириной 40— 80 мм. Шлак не успевает закристаллизоваться и его удаляют после наплавки всей полосы. Производительность повышается, так как не требуется дополнительного времени на удаление шлака при подходе дуги. При наплавке челночным способом уменьшается скорость охлаждения околошовной зоны, что создает условия для наплавки без предварительного подогрева некоторых деталей из среднеуглеродистой стали.

Для повышения производительности ручной дуговой наплавки применяют электроды большого диаметра (5—6 мм) с железным порошком в покрытии, наплавку короткой дугой, дополнительный присадочный металл в виде проволоки, прикрепленной к электроду, или порошковой ленты, уложенной на поверхность наплавки. Дополнительный присадочный металл расплавляется за счет тепла дуги, горящей между электродом и изделием, в результате чего более эффективно используется тепло дуги и повышается коэффициент наплавки.

Применение шланговых полуавтоматов позволяет повысить производительность в 2—3 раза по сравнению с ручной дуговой наплавкой. В полуавтоматах наиболее эффективно применение порошковой проволоки, особенно самозащитной.

Расчет режима ручной и полуавтоматической дуговой наплавки производится так же, как и для аналогичных способов дуговой сварки.

Автоматической наплавкой восстанавливают плоские и цилиндрические поверхности при массовом производстве.

Режим наплавки выбирается по справочным таблицам или расчетным путем и затем корректируется с учетом формы и размеров наплавленных валиков.

41

Форма шва характеризуется коэффициентом формы провара

φ = b / h_n

где b - ширина шла;

h_n — глубина проплавления.

С увеличением I_cu глубина проплавления возрастает почти линейно до некоторых величин. Это объясняется ростом давления дуги на поверхность сварочной ванны и увеличением погонной энергии сварки. Одновременно увеличивается количество расплавленного металла и, как следствие, высота усиления шва. Ширина шва возрастает незначительно, так как при увеличении тока дуга заглубляется в основной металл.

Увеличение плотности тока, применяющееся в проволоках небольшого диаметра, резко увеличивает глубину проплавления и снижает φ, поэтому при наплавке необходимо стремиться к применению проволоки большого диаметра и меньшей плотности тока.

При увеличении напряжения увеличивается длина и подвижность дуги, в результате ширина шва возрастает, а глубина проплавления и высота усиления почти не меняется, поэтому коэффициент формы шва возрастает, вместе с тем увеличивается количество расплавленного флюса и его влияние на химический состав наплавленного слоя.

Увеличение скорости наплавки уменьшает погонную энергию и уменьшает толщину прослойки жидкого металла под дугой. В результате все размеры шва уменьшаются. С увеличением вылета электрода возрастает интенсивность его нагрева джоулевым теплом, в результате толщина прослойки жидкого металла под дугой растет и, как следствие, уменьшается глубина проплавления. Этот эффект можно использовать при наплавке.

При наплавке с поперечными колебаниями электрода глубина проплавления и высота усиления уменьшается, а ширина шва b увеличивается в несколько большей степени, чем амплитуда колебаний электрода.

Состав и строение флюса также оказывают заметное влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) попытается газопроницаемость слон флюса над сварочной ванной и, как результат

42

этого, уменьшается давление в газовом пузыре дуги. Это увеличивает толщину прослойки под дугой и уменьшает глубину проплавления (валик низкий и широкий с плавным переходом к основному металлу).

Стекловидный флюс увеличивает глубину проплавления. Крупнозернистый флюс дает более широкий валик и с меньшей глубиной проплавления, чем мелкозернистый.

При наплавке следует стремиться к тому, чтобы припуск на обработку не превышал 1,5—2 мм, т. е. поверхность должна быть достаточно ровной, без значительных наплывов и провалов между валиками. При наплавке под флюсом это достигается определенным соотношением тока инапряжения (рис. 2.7).

При наплавке плоских поверхностей небольшой ширины приходится ограничивать стекание шлака и металла в процессе наплавки дополнительными устройствами (иногда этого удается избежать подбором режима — уменьшением I_св и U_д и увеличением V_cв ).

При наплавке цилиндрических поверхностей детали небольшого диаметра ( d < 500 мм) по винтовой линии (деталь вращается (непрерывно, а дута перемещается вдоль оси детали со скоростью, при которой одному обороту детали соответствует смещение дуги, равное шагу наплавки) приходится учитывать возможность cтекания сварочной ванны, усиливающуюся с увеличением ее длины, что ограничивает выбор режимов по силе тока и напряжению (см. рис. 2.7), так как

Рис. 2.7. Напряжение дуги в зависимости от силы

сварочного тока при наплавке под флюсом

Заштрихован оптимальный диапазон

43

длина сварочной ванны зависит от мощности дуги и может быть определена по формуле

где -- эффективная мощность, Вт;

λ — коэффициент теплопроводности, Вт/м*град;

Тпл — температура плавления, °К.

Величина смещения электрода с «зенита» в сторону, противоположную направлению вращения детали, необходимо выбирать с учетом длины сварочной ванны.

При диаметре наплавляемой детали более 500—600 мм эти ограничения становятся несущественными.

При диаметре валика менее 50 мм даже при всех приме­няемых ограничениях режима ( 1_св = 100 A; d_эл= 1,2 мм; U_д = 24 В; смещение электрода с зенита навстречу вращению) получить удовлетворительное формирование валиков практически не удается — происходит стекание металла в направлении вращения детали. Цилиндрические детали тако­го размера наплавляют cамозащитной проволокой или вибродуговым способом, или в защитной среде углекислого газа. При наплавке вблизи торца цилиндрической детали для удержания шлака и расплавленного металла прикрепляют диск-фланец большого диаметра.

При наплавке на плоскую поверхность режим наплавки зависит от износа детали и может быть принят по данным табл. 2.10 или определен расчетным путем.

Таблица 2.10

Рекомендуемый режим наплавки плоской поверхности в зависимости от износа детали

Износ мм		Сила тока, А	Скорость наплавки, м/ч	Напряжение на дуге, В	Род тока
2—3 3—4 4—5 5—6	4- 2 3 5	160—226 340—350 360—460 650—700	20—25 25 20—25 25—30	30—32 32—34 32—34 34—36	Постоянный Постоянный нлн переменный То же

44

Р ис. 2.8. Зависимость скорости наплавки и силы сварочного тока и

от диаметра изделия:

1)— диаметр электрода 3—3.5 мм,

2) — 4—5 мм

400 600 800 1000 D_мм

При наплавке цилиндрических деталей, кроме износа, необходимо учитывать диаметр детали (рис. 2.8). Наплавка цилиндрических деталей малого диаметра (50—200 мм) вызывает затруднения из-за осыпания флюса и стекания расплавленного металла. Рекомендуемый режим наплавки под флюсом цилиндрических деталей малого диаметра приведен в табл. 2.11.

Режим наплавки может быть определен и расчетным путем по следующей схеме:

1. Диаметр электродной проволоки выбирается в зависимости от величины износа, толщины стенок или диаметра детали (см. табл. 2.10, 2,11).

Т а б л ица 2.11 Режим наплавки под флюсом цилиндрических деталей

Параметры	Диаметр детали, мм
	200	160	120	90	6О
dэл мм	2	2	2	1,6	1.2
Сила тока, А	220—260	200—240	170-200	150—180	110-130
Напряжение, В	27-30	27-30	26 - 29	26-29	25—28
Скорость наплавки , м/ч	28—32	24-28	20—24	16—20	14—18
Шаг наплавки, мм	4 -5	4- 5	4-5	4	4

45

2. Сварочный ток

I_св =а*F_св ,

где а = 35—160 А/мм² — большие плотности тока принимают для электродов меньших диаметров; F_эл — площадь проволоки, мм².

3. С корость подачи электродной проволоки определяется из зависимости

где V_пр –скорость подачи проволоки , м/час

а_р – коэффициент расплавления, г/А*ч

d_эл – диаметр электрода, см

γ— плотность металла проволоки, г/см³ (для стальной проволоки γ = 7,8).

4. Коэффициент расплавления а_р определяют по формулам (2.20), (2.21) в зависимости от рода тока и полярности. При наплавке под флюсом а_р, приблизительно равен а_н .

5 . Скорость наплавки определяют из соотношения

где V_пр — скорость подачи проволоки, м/ч;

F_эл — площадь проволоки, мм²;

F_нп — площадь наплавленного валика, мм*.

Площадь наплавленного валика

F_нр = h*S*a

где h — заданная толщина наплавленного слоя, мм;

S — шаг наплавки, мм, при однопроходной наплавке

S= (3-4) d_зл;

а — коэффициент, учитывающий отклонение фактической площади сечения наплавленного слоя от площади прямоугольника;

для автоматической сварки под флюсом а = 0,6— 0,7.

46

Число оборотов наплавляемой детали

где n —число оборотов наплавляемой детали, об/мин;

D — диаметр наплавляемой детали, мм;

V_нр — скорость наплавки детали, м/ч.

Литература

1. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах. Т. 2. М.: Маши ностроение, 1978.

2. Юрьев В. П. Справочное пособие по нормированию материалов и электроэнергии для сварочной техники. М.: Машиностроение. 1972.