12.5. Восстановление деталей машин наплавкой, наваркой

Наваркой называют технологический процесс производства, при котором формиро­вание наносимого слоя осуществляется под давлением без расплавления присадочного материала или с частичным расплавлением его легкоплавкой фазы. При наварке в ме­талле сохраняются твердые первичные структуры, а в поверхностном слое детали полу­чают материал с гетерогенной (неравновесной) структурой, обладающий повышенными износостойкими свойствами. Характерным процессом наварки является нанесение при­садочного материала путем прямого электроконтактного нагрева смеси, состоящей из нескольких разнородных порошков, между сжатыми электродами контактной сварочной (точечной или роликовой) машины.

Для восстановления деталей машин промышленное применение получила наплавка:

• электродуговая под флюсомсплошной и порошковой проволокой, порошковой, спеченной и сплошной лентой;

-в углекислом газе сплошной и порошковой проволокой;

• вибродуговая;

• под флюсом;

• дуговая с газопламенной защитой;

• электрошлаковая;

• электроконтактная наварка порошковых и компактных материалов;

• индукционная.

Рекомендуемые области применения различных способов наплавки и наварки для восстановления деталей приведены в табл. 12.1.

Применяя различные способы наплавки и наварки, оборудование и присадочные материалы, можно получать на поверхности восстановленных деталей слои с различным химическим составом и физико-механическими свойствами, в том числе из низкоугле­родистых, низколегированных, углеродистых и легированных сталей, чугунов, компози­ционных сплавов, цветных металлов и т.д.

Ручную наплавку можно осуществлять неплавящимися электродами (вольфрамо­вым, угольным), газовым пламенем с применением в качестве присадочного материала порошка или прутков с дополнительной защитой аргоном или другими газами. Можно применять также штучные покрытые электроды. При использовании этих способов можно успешно восстанавливать детали различной толщины из сталей, чугунов и цвет­ных металлов.

Механизированная наплавка под флюсом и в защитных газах обеспечивает повы­шение производительности и качества. Целесообразна для применения в серийном и массовом производствах, а также для деталей с большой площадью наплавки, при мно­гослойной наплавке.

Технологические процессы восстановления деталей с применением ручной дуговой наплавки основаны, как правило, на применении плавящихся металлических электродов. Электродные материалы выбирают так, чтобы химический состав и физико­механические свойства шва максимально приближались к основному металлу, обеспе­чивалась равнопрочность зоны соединения и минимальные деформации,

Газовую наплавку ведут с применением ацетняено-кислородного нейтрального пламени. Состав и свойства материала присадочной проволоки должны соответствовать составу и свойствам основного металла.

Полуавтоматическая наплавка в защитных газах позволяет механизировать подачу плавящегося электрода и защитного газа и одновременно сохраняет высокую маневрен­ность сварочной дуги. Это позволяет производить наплавку различных поверхностей деталей широкой номенклатуры с увеличенной в 2 раза производительностью по срав­нению с ручной наплавкой.

Для наплавки деталей из алюминиевых сплавов используют способы сварки плав­лением, контактной сварки и без расплавления основного металла.

Импульсно-дуговую наплавку плавящимся электродом применяют для наплавки деталей из высокопрочных, коррозионно-стойких, жаростойких, углеродистых сталей, алюминиевых, медных, никелевых и титановых сплавов и др. металлов. Наибольшее распространение она получила для наплавки деталей из алюминиевых сплавов толщи­ной более 1,5 мм и высоколегированных сталей толщиной более 1 мм.

Индукционную наплавку применяют для нанесения тонких слоев износостойких сплавов на рабочие поверхности плужных лемехов, лап культиваторов, дисковых, ци­линдрических и плоских деталей различных машин. В качестве присадочных использу­ют различные порошковые сплавы и смеси.

Электрошлаковая наплавка повышает производительность процесса наплавки дета­лей до 200 кг/ч. Ее применяют в том случае, если требуется нанести большой объем наплавленного металла при толщине слоя более 30 мм. Эту наплавку осуществляют с применением кристаллизаторов, проволочных и ленточных электродов. В качестве элек­тродов можно применять также стержни, трубы и детали сложного сечения. Наплавка характеризуется малой глубиной проплавления, в связи с чем доля основного металла в наплавленном слое не превышает 10 %.

Электроконтактное спекание и наварка порошковых и компактных материалов ос­нована на использовании методов порошковой металлургии и электроконтактной свар­ки: происходит кратковременное прямое пропускание через порошок, находящийся под давлением, импульсного электрического тока большой силы и низкого напряжения. Это позволяет с помощью типовых электроконтактных сварочных машин легко регулиро­вать термомеханические режимы формирования материалов и наваривать на рабочие поверхности различные металлические слои .

Совмещение во времени процессов прессования и спекания деталей делает метод похожим на горячее прессование в порошковой металлургии. Однако по сравнению со статическим горячим прессованием с косвенным нагревом порошка в рассматриваемом методе значительно активизируются и ускоряются процессы, в результате которых дос­тигаются необходимые свойства деталей.

Спекание порошков при прямом пропускании электрического тока большой силы позволяет получить материал плотностью, близкой к 99-100 % от теоретической, за счет

совместного действия давления, температуры и электромагнитного поля сварочных ма­шин. За счет малой длительности процесса эле ктроконтактного спекания и наварки его можно проводить на воздухе без дополнительной защиты даже для активных металлов.

Для наварки используют как однокомпонентные порошки металлов и легирован­ных сплавов, так и различные порошковые смеси. Последние могут содержать в качест­ве твердого упрочняющего компонента одно или несколько соединений типа карбидов, борндов, силицидов, нитридов и оксидов. В этом случае можно частично или полностью сохранять свойства таких соединений и получать материалы, как с равновесной, так и неравновесной структурой. Материалы с гетерогенной, а еще лучше с неравновесной структурой обладают очень высокой износостойкостью в условиях абразивного и других видов изнашивания. Это обусловлено тем, что частицы твердых включений прочно свя­заны упругопластичной, износостойкой металлической основой. При высоких контакт­ных давлениях твердые включения ограничивают область микро- и макросхватывания поверхностей,

В качестве присадочных материалов применяют дешевые и недефицитные порошки железа, меди, ферросплавы, порошки из сплавов для наплавки, порошки электроко­рунда, карборунда, смеси порошков, пасты, ленты и проволоку.

Для электроконтактной наварки как порошковых, так и компактных материалов ха­рактерны кратковременность процесса и малые зоны разогрева, а максимальные темпе­ратуры не достигают температур плавления.

Метод электроконтактной наварки при восстановлении и упрочнении различных деталей машин можно применять для размерного восстановления изношенных стальных и чугунных деталей, для изготовления биметаллических деталей с поверхностным сло­ем, имеющим повышенные свойства твердости, износостойкости, коррозионной стойко­сти и т.п., а также для повышения срока службы деталей.

Вибродуговая наплавка, являющаяся разновидностью электродуговой наплавки ме­таллическим электродом, обеспечивает получение слоев толщиной 0,5 ... 3,0 мм и более (при многослойной наплавке) на деталях типа вал, на внутренних цилиндрических и плоских поверхностях деталей. Сварочная установка обеспечивает вибрацию электрода с частотой до 110 Гц и амплитудой колебаний до 4 мм, подачу на наплавляемую поверх­ность охлаждающей жидкости, импульсную подачу электрического тока от источника постоянного тока, вращение детали и подачу суппорта со сварочным мундштуком.

Для механизированных способов электродуговой и электрошлаковой наплавки, а также для изготовления покрытых электродов для наплавки различных деталей исполь­зуют стальную холоднотянутую сварочную проволоку. При механизированной дуговой наплавке стальных деталей применяют наплавочную проволоку, Для ручной электроду­говой наплавки деталей из различных сталей разработана широкая номенклатура типов и марок покрытых плавящихся электродов, которые приведены в ГОСТ 10051-75.

В зависимости от требуемой твердости, износостойкости и других свойств поверх­ностного слоя пля наплавки применяют различные ленты из низкоуглеродистой, углеро­дистой, инструментальной, пружинной, коррозионно-стойкой стали, а также ленты из спеченных и порошковых материалов, ленты из никеля, меди и бронзы.

Технология восстановления и упрочнения деталей наплавкой, наваркой преду­сматривает подготовку материалов, наладку оборудования и технологических приспособлений, подготовку деталей, сам процесс наплавки, наварки, включающий также от­делочные операции, контроль, испытание и приемку продукции.

Технологический процесс наплавки, наварки состоит из следующих операций:

• вспомогательных (установка, подъем, поворот, вращение, транспортировка);

• основных (сборка, наварка, наплавка);

• отделочных (термообработка, правка, окончательная механообработка);

• контрольных (определение показателей качества, испытания);

• заключительных (маркировка, приемка, консервация, упаковка).

Обычно применение методов для восстановления деталей наплавкой, наваркой, обеспечивает их первоначальный ресурс, а наплавка, наварка твердых покрытий на ра­бочей поверхности деталей машин увеличивает их долговечность в 1,5-3 раза и более.