78) Способы легирования металла сварных швов и наплавленного металла. Способы наплавки поверхностей деталей металлом с особыми свойствами, их особенности и области применения.

Леги́рование — добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и химических свойств основного материала.

Легирование осуществляется с соблюдением двух важных требований:

1.В качестве раскислителей следует применять элементы, сродство которых к кислороду больше, чем сродство легирующего элемента.

2.Наряду с легирующим элементом целесообразно вносить в зону сварки и его оксид, наличие которого сохраняет легирующий элемент от выгорания.

Получение наплавленного слоя с особыми свойствами, как правило, связано с получением сплавов со значительным количеством легирующих элементов. В качестве наплавочных материалов используются покрытые электроды (ГОСТ 10051-75), стальная сварочная проволока (ГОСТ 2246-70, ГОСТ 10543-98), порошковая наплавочная проволока (ГОСТ 26101-84), наплавочные ленточные электроды, наплавочные литые прутки (ГОСТ 21449-75, ГОСТ 16130-90), плавленые карбиды вольфрама, порошки из сплавов для наплавки (ГОСТ 21448-75), гибкие шнуры, флюсы для наплавки. Значительное количество наплавочных материалов изготавливается по отраслевым ТУ (техническим условиям). При дуговой наплавке плавящимся или неплавящимся электродом, в среде защитных инертных газов, плазменной электрошлаковой наплавке химический состав наплавленного металла по всем основным легирующим элементам примерно соответствует химическому составу электродного материала. Дополнительного устойчивого легирования наплавленного металла в результате металлургических взаимодействий наплавляемого металла с газовой фазой (например, азотом или кислородом, которые можно добавлять к инертному газу, как правило, аргону) обычно достичь не удается.

При наплавке плавящимся электродом в углекислом газе приходится считаться с потерями легирующих элементов за счет их окисления.

Наплавка электродами, имеющими специальные покрытия, позволяет получить довольно значительное легирование через составляющие электродного покрытия (обычно вводимые в покрытия в виде порошков металлов, сплавов или углеродистых составляющих) или посредством выбора состава металлического стержня электрода.

Переход легирующих элементов из стержня и покрытия электрода зависит от свойств элемента (его сродства к кислороду, температуры испарения и др.), от композиции электродного покрытия металла стержня электрода, а также от коэффициента массы покрытия. Варьируя составы электродного стержня, количество и состав покрытия, можно получить множество составов наплавленного металла, легированных различными элементами и, следовательно, обладающими различными свойствами в исходном состоянии после наплавки или после последующей термообработки. При наплавке покрытыми электродами состав наплавленного металла весьма незначительно зависит от режима наплавки (главным образом усиливается выгорание углерода при значительном увеличении силы сварочного тока и напряжения дуги). При ручной наплавке покрытыми электродами стабильность качества сильно зависит от квалификации сварщика, а производительность наплавки низкая (0,5 ... 2,0 кг/ч).

Пример

ОЗН-300М, тип электрода 11ГЗС, покрытие основное, твердость 270-360, положение – нижнее, назначение - Наплавка быстроизнашиваемых деталей из низко- углеродистых и низколегированных сталей (валы, оси, крестовины).

Дуговая наплавка под флюсом. Нагрев и расплавление металла, так же как при сварке, осуществляются теплом дуги, горящей между плавящимся электродом и основным металлом под слоем флюса. Наплавка под флюсом является одним из основных видов механи­зированной наплавки. Основными преимуществами являются не­прерывность и высокая производительность процесса, незначитель­ные потери электродного металла, отсутствие открытого излучения дуги.    В процессе наплавки возможны четыре основных способа легирова­ния наплавленного металла (рис.4).

 

Р и с. 4. СПОСОБЫ ЛЕГИРОВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА:          a - через   сварочную   проволоку,   б - порошковую   проволоку,  в - керамический флюс,    г - укладка легированной присадки

1. Применение легированной проволоки или ленты и обычных плавленных флюсов. Для наплавки используют легированные сва­рочные проволоки, специальные наплавочные проволоки и леги­рованные ленты, в том числе спеченные. Наплавка производится под флюсами АН-20, АН-26 и др., которые выбирают в зависимости от состава электродного металла.

2.  Применение порошковой проволоки или порошковой ленты и обычных плавленных флюсов. Порошковая проволока или лента расплавляется в дуге и образует однородный жидкий расплав. Этот способ позволяет получить наплавленный металл с общим содержанием легирующих примесей до 40-50%. Марка порошковой проволоки или ленты выбирается в зависимости от необходимого типа наплавленного металла и его требуемой твердости.

3. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и легирующих наплавленных флюсов (керамических). Этот способ позволяет ввести в наплавленный металл до 35% легирующих примесей. При наплавке наибольшее применение получили кера­мические флюсы АНК-18 и АНК-19, обеспечивающие хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлако­вой корки, высокую стойкость наплавленного металла против об­разования пор и трещин.

4. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и обычных плавленных флюсов с предварительной укладкой легирующих материалов на поверхность наплавляемого изделия.

  Наплавку легированных сталей производят под низкокремни­стыми плавленными флюсами АН-22, АН-26 и др., а высоколеги­рованные хромоникеливые стали и стали других типов с легкоокис-ляющимися элементами (титан, алюминий) - под фторидными флюсами АНФ-1 и АНФ-5.    Для предупреждения образования шлаковых включений и непроваров в наплавленном слое при многослойной наплавке необ­ходимо тщательно удалять шлаковую корку с предыдущих слоев.

Дуговая наплавка в защитных, газах. Наплавку в защитных газах применяют в тех случаях, когда невозможны или затруднены подача флюса и удаление шлаковой корки. Ее применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях, внутренних поверхностей, глубоких отверстий, мелких деталей и сложных форм и т. п. Наплавка может производиться в углекислом газе, аргоне, гелии и азоте. Высоколегированные стали, а также сплавы на алюмини­евой и магниевой основе наплавляются в аргоне или гелии. При наплавке применяют как проволоку сплошного сечения, так и порошковую. Для наплавки деталей из углеродистых и низколегированных сталей с целью восстановления их размеров применяют сварочные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, а также наплавочные Нп-40, Нп-50, Нп-ЗОХГСА и др.

При необходимости получения наплавленного слоя с особыми свойствами применяют порошковые проволоки.

Дуговая наплавка порошковыми проволоками. Наплавка порош­ковой проволокой с внутренней защитой основана на введении в сердечник проволоки кроме легирующих компонентов также шла-кообразующих и газообразующих материалов. Применение флюсо­вой и газовой защиты при наплавке такой проволокой не требуется. Легирующие элементы порошковой проволоки переходят в шов, а газо- и шлакообразующие материалы создают защиту металла от азота и кислорода воздуха. В дуге тонкая пленка расплавленного шлака покрывает капли жидкого металла и изолирует их от воздуха. Разложение газообразующих материалов создает поток защитного газа. После затвердевания на поверхности наплавленного валика образуется тонкая шлаковая корка, которая может не удаляться при наложении последующих слоев. При наплавке используют различ­ные самозащитные порошковые проволоки. Для наплавки низко-углеродистых слоев используют сварочные проволоки типа ПП-АНЗ и др. Для получения слоев с особыми свойствами приме­няют специальные проволоки. Так, для наплавки деталей, работа­ющих при больших давлениях и повышенных температурах, применяют порошковую проволоку ПП-ЗХВЗФ-О, наплавку дета­лей, подвергающихся интенсивному абразивному износу, произво­дят самозащитной порошковой проволокой ПП-У15Х12М-6 (буква О в обозначении марки порошковой проволоки указывает, что данная порошковая проволока предназначена для наплавки откры­той дугой).