3042

металла оказывают параметры режима при наплавке под флюсом. В этом случае изменение параметров режима наплавки (силы тока, напряжения, скорости наплавки, диаметра и вылета электрода) изменяет количество шлака, приходящееся на единицу массы расплавившегося электрода, а также кинетические условия взаимодействия металла и шлака.

Влияние этих изменений на процесс легирования зависит от того, что является основным источником легирования - электрод или флюс.

При 1-м и 2 -м способах легирования с использованием химически активных флюсов, увеличение относительной массы шлака при изменении режима наплавки приводит к окислению легирующих элементов и переходу в сварочную ванну кремния и марганца, восстанавливаемых из их оксидов. Изменение режимов наплавки сопровождается также и изменением кинетики взаимодействия фаз на стадии капли: возрастает время существования капли и ее взаимодействие со шлаком. В результате при изменении режимов наплавки меняется химический состав наплавленного металла.

При использовании нейтральных флюсов влияние относительной массы шлака на процессы окисления и легирования уменьшается. Этому способствует меньшая окислительная способность флюса и то, что не вся масса жидкого шлака взаимодействует с металлом. Невелико влияние на химический состав наплавленного металла и кинетических условий. Таким образом, при легировании проволокой влияние режима на химический состав наплавленного металла тем меньше, чем меньше окислительная способность флюса.

При 3-м способе легирования влияние режимов наплавки на состав наплавленного металла весьма велико. Наиболее важным является взаимодействие фаз на стадиях капли и сварочной ванны. При плавлении электрода под слоем легирующего флюса капли на конце электрода имеют уже значительный уровень легирования. При увеличении относительной

21

массы шлака, в случае повышения напряжения дуги или уменьшении силы тока, содержание легирующих элементов в капле остается примерно постоянным, в то время как общий уровень легирования повышается. Незначительное влияние режима наплавки на состав капли связано с тем, что с каплей взаимодействует сравнительно небольшая и постоянная доля жидкого флюса и в условиях высоких температур интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз процесс обогащения капли легирующими элементами успевает пройти достаточно полно. То есть при наплавке под легирующим флюсом режим наплавки влияет на состав наплавленного металла в основном через процессы, протекающие на стадии ванны.

Ввиду значительного влияния режимов наплавки на химический состав наплавленного металла, при наплавке под легирующим флюсом необходим строгий контроль за параметрами этих режимов.

При 4-м способе легирования количество присадки выбирают таким, чтобы она вся переплавлялась дугой. Наплавку обычно производят нелегированной сплошной проволокой или лентой под плавлеными флюсами. Легирующие добавки вследствие энергичного перемешивания в сварочной ванне достаточно равномерно распределяются по сечению и длине наплавленного валика. При этом способе легирования окисление легирующих добавок за счет обменных реакций с оксидами шлака происходит незначительно. При расплавлении эти добавки сразу попадают в металлическую ванну, и шлак на них воздействует меньше, чем при легировании проволокой. При нанесении заданного количества легирующей присадки химический состав наплавленного металла в значительной мере зависит от скорости подачи плавящегося электрода (от силы тока) и скорости наплавки. Это обусловлено тем, что на единицу массы легирующего элемента будет приходиться разное количество электродного материала, разбавляющего присадочный. По этой причине при этом способе легирования заданный хи-

22

мический состав наплавленного металла можно получить в весьма ограниченном диапазоне режимов.

Важной характеристикой процесса легирования является однородность химического состава наплавленного металла по объему, которая во многом зависит от распределения легирующих элементов в самом электродном материале. При выборе способа легирования необходимо учитывать множество факторов. И одни из главных - назначение и условия эксплуатации наплавленных деталей. Так, требования к стабильности и однородности состава металла при наплавке коррозионностойких слоев выше, чем при наплавке слоев, стойких против абразивного изнашивания. Сплошные высоколегированные проволоки и ленты дают при наплавке более однородный металл, чем порошковые проволоки и ленты, однако он значительно дороже последних, и их применение оправдывается в тех случаях, если необходимо получить наплавленный металл с высокими требованиями к стабильности состава и свойств. При наплавке по слою гранулированного легирующего порошка используют относительно недорогие материалы, но этот способ мало пригоден, если требуется большая стабильность химического состава наплавленного металла.

2.1.3. Наплавочные материалы для дуговой наплавки

Проволоки сплошного сечения. Нормативной и техниче-

ской документацией предусмотрено производство стальной наплавочной проволоки сплошного сечения диаметром 0,3 - 6,0 мм (в основном используются проволоки диаметром 2,0 - 4,0 мм). Химический состав некоторых наплавочных проволок и твердость наплавленного металла приведены в табл. 2.1.

Для восстановительной наплавки, и для наплавки подготовительных слоев часто используют сварочную стальную проволоку сплошного сечения (табл. 2.2). Вся рассматриваемая проволока предназначена для наплавки под флюсом или в среде защитных газов.

23

Таблица 2.1

Химический состав некоторых наплавочных проволок сплошного сечения и твердость наплавленного ими слоя

Таблица 2.2

Химический состав некоторых сварочных проволок сплошного сечения и твердость наплавленного ими слоя

Порошковые проволоки. Сравнительно просто задача производства высоколегированных электродных материалов для механизированной наплавки решается с помощью порошковой проволоки (табл. 2.3), которая состоит из оболочки в виде мягкой ленты (стальной, никелевой и т. д.) и сердечника из порошков легирующих компонентов (ферросплавов, чистых металлов, карбидов, боридов и т.д.). В сердечник порошковой проволоки вводят также газо- и шлакообразующие вещества, раскислители и элементы, обладающие большим химическим сродством к азоту. В этом случае наплавку можно вести без флюса и защитных газов, и такую проволоку называют самозащитной.

24

Таблица 2.3

Химический состав некоторых порошковых наплавочных проволок и твердость наплавленного ими слоя

В промышленности применяют три типа порошковой проволоки: для наплавки под флюсом, в среде защитных газов и открытой дугой на воздухе.

По сравнению с проволокой сплошного сечения порошковая проволока обеспечивает более высокую производительность наплавки и большие возможности для легирования наплавленного металла.

Разработано несколько конструкций (сечений) порошковых проволок, но для наплавки применяют в подавляющем большинстве конструкции в виде простой трубки с плотным стыком. Коэффициент заполнения (отношение массы порошканаполнителя к массе проволоки, выраженное в процентах) наплавочной порошковой проволоки обычно не более 45 %, что в некоторой степени ограничивает возможности получения с помощью этих материалов некоторых типов высоколегированного наплавленного металла. Чаще всего используют порошковую проволоку диаметром 3,6 мм (для наплавки под фл ю- сом) и 1,6 - 3,0 мм (для наплавки открытой дугой). Для наплавки под флюсом крупногабаритных деталей применяют проволоку большого диаметра - 5,0 - 6,0 мм.

Ленты холоднокатаные, порошковые и спеченные. На-

плавка электродной лентой имеет ряд преимуществ перед наплавкой электродной проволокой, основными из которых являются высокая производительность процесса, малая глубина проплавления основного металла, большая ширина наплавленного валика. Малая глубина проплавления при наплавке лен-

25

тами объясняется относительно небольшим давлением дуги на поверхность ванны вследствие невысокой средней плотности тока. Так, при наплавке под флюсом лентой малой толщины обеспечивается устойчивый процесс при плотности тока 10 - 15 А/мм2, что меньше, чем при наплавке проволокой.

Вместе с тем наплавке лентой присущ серьезный недостаток, этот процесс нельзя применять при наплавке малогабаритных деталей и деталей со сложной поверхностью.

Холоднокатаную стальную ленту, используемую для на-

плавки под флюсом, изготавливают из стандартных сталей - конструкционных, инструментальных и пружинных. Как пр а- вило, толщина ленты наплавки составляет 0,4 - 1,0 мм, ширина - 20 - 100 мм. При большей ширине ленты требуется принимать меры против отрицательного влияния магнитного дутья дуги на формирование наплавленного металла, кроме того, в этом случае необходимы более мощные источники тока, что не всегда экономически оправдано.

Холоднокатаные ленты могут быть изготовлены только из пластичных деформируемых сплавов со сравнительно небольшим содержанием углерода, и они не в полной мере удовлетворяют разнообразным требованиям, предъявляемым к наплавке. Большие возможности предоставляют порошковые и спеченные ленты.

Порошковые ленты изготавливают на специальных станах, снабженных дозирующими устройствами и роликами для формирования, завальцовки ленты-оболочки и уплотнения шихты сформированной порошковой ленты. Процесс ведут без волочения. По конструкции различают одно- и двухзамковые порошковые ленты.

Порошковые ленты для наплавки (табл. 2.4) имеют толщину 3 - 4 мм и ширину 14 - 30 мм. Коэффициент заполнения порошковых лент достигает 70 %, что позволяет получать наплавленный металл с более высокой степенью легирования, чем при наплавке порошковой проволокой. Характерной осо-

26

бенностью большинства порошковых лент является их универсальность в отношении способа наплавки.

Таблица 2.4

Химический состав некоторых порошковых лент для наплавки и твердость наплавленного ими слоя

Спеченные ленты на железной основе изготавливают методом порошковой металлургии путем холодной прокатки и последующего спекания в защитной атмосфере при температуре 1200 - 1300 °С смеси металлических порошков, ферросплавов, графита и других материалов с размерами частиц 70 - 200 мкм. Спеченную ленту выпускают толщиной 1,0 мм и шири-

ной 30 - 100 мм (табл. 2.5).

Таблица 2.5

Химический состав некоторых спеченных электродных лент и твердость наплавленного ими слоя

Благодаря пористости спеченная лента обладает повышенным электросопротивлением, обусловливающим усиленный нагрев вылета электрода в процессе наплавки, что повышает производительности наплавки на 20 – 30 % по сравнению с холоднокатаной лентой аналогичного сечения и состава. Равномерное распределение составляющих частиц шихты по сечению спеченной ленты способствует получению более однородного по химическому составу наплавленного металла, чем

27

при использовании порошковой ленты, что положительно сказывается на его служебных характеристиках. Еще одним достоинством спеченной ленты является возможность ее изготовления из особо чистых порошков.

Плавленые и керамические флюсы. Плавленые флюсы ле-

гируют металл в незначительной степени, их применяют в сочетании с легированной электродной проволокой (лентой). Как и при сварке, качество наплавленного слоя во многом определяют тип и состав флюса (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Химический состав некоторых плавленых флюсов для наплавки

По окислительной способности флюсы можно разделить на четыре группы: высокоактивные, активные, малоактивные и нейтральные.

Высокоактивные флюсы АН-348А и АН-60 с большим содержанием SiO2и МnО используют для наплавки малоуглеродистых и низколегированных сталей. Флюсы обеспечивают хорошее формирование наплавленного валика, малую склонность к образованию пор и хорошую отделимость шлаковой корки. Пемзовидный флюс АН-60 рекомендуют также для наплавки электродной лентой и многоэлектродной наплавки.

Активный безмарганцевый флюс АН-26 применяют в основном для наплавки легированных и высоколегированных сталей, в частности аустенитных хромоникелевых сталей. Достоинство этого флюса - отличное формирование наплавленно-

28

го валика и очень малая склонность к порам.

Широко, преимущественно при наплавке низко- и среднелегированных сталей, применяют низкокремнистый флюс АН-20. Он обеспечивает удовлетворительное формирование наплавляемой поверхности и легкую отделимость шлаковой корки с поверхности как холодного, так и нагретого металла.

Пемзовидный низкокремнистый флюс АН-70 более короткий и тугоплавкий, чем АН-20, обеспечивает возможность наплавки цилиндрических поверхностей относительно малых диаметров.

Нейтральные безмарганцевые флюсы марок АН-28, ОФ10 имеют пемзовидное строение частиц, их применяют для наплавки средне- и высоколегированных сталей и сплавов. Эти флюсы характеризует малая окислительная способность по отношению к металлу сварочной ванны. Они обеспечивают хорошее формирование наплавленного валика. Недостаток - плохая отделимость шлаковой корки с поверхности швов, содержащих ванадий и ниобий. Они также обладают повышенной гигроскопичностью, что требует обязательной высокотемпературной прокалки перед применением.

Фторидные флюсы АН-72 и АН-90 применяют при наплавке лентами легированных и высоколегированных сталей и сплавов. К положительным качествам этих флюсов относят отличную отделимость шлаковой корки, хорошие формирующие и рафинирующие свойства.

Керамические флюсы относятся к числу неплавленых, их получают из смесей порошкообразных материалов, скрепленных с помощью клеящих веществ, главным образом жидкого стекла. Современные керамические флюсы для наплавки созданы на магнезиально-алюминатной основе и обеспечивают получение наплавленного металла любой необходимой твердости (табл. 2.7). В основном этого достигают легированием его хромом и углеродом через флюс. В случае использования керамического флюса необходимо строго соблюдать опти-

29

мальный диапазон режимов наплавки, иначе неизбежно большое отклонение состава наплавленного металла от заданного.

Таблица 2.7

Химический состав и твердость наплавленного металла с использованием проволоки Св-08 и ряда керамических флюсов

Серьезным достоинством керамических, как и других легирующих флюсов, является возможность использования в качестве электрода малоуглеродистой проволоки или ленты.

Недостатком керамических флюсов является низкая механическая прочность зерен.

Защитные газы. Наплавка в защитном газе целесообразна в тех случаях, когда невозможна или затруднена наплавка под флюсом.

Для защиты от окружающей атмосферы при наплавке, как и при сварке, применяют инертные газы (аргон, гелий), активные газы (углекислый газ, водород) и смеси газов.

Наиболее высокое качество металла получают при н а- плавке в среде инертных газов, которые не растворяются в наплавленном металле и не вступают с ним в химические реакции. Используют также смеси инертных газов (70 % Аr и 30 % He, 60 - 65 % He и 35 – 40 % Аr и др.). Высокая стоимость инертных газов ограничивает их широкое использование.

Активные защитные газы способны защищать зону наплавки от воздуха, однако сами они вступают в химические реакции с наплавленным металлом, а также могут растворяться в нем. На практике в качестве активных защитных газов наиболее широко используют углекислый газ и смеси газов, например углекислого газа с кислородом. При этом окисляющее

30