2336

малая зона термического влияния при наплавке: незакаленных деталей – 0,6...1,5 мм и закаленных – 1,8...4,0 мм, что позволяет наплавлять детали малого диаметра (от 8 мм), не опасаясь их прожога или коробления.

Применение охлаждающей жидкости в сочетании с различными электродными материалами исключает из технологического процесса последующую термическую обработку, так как твердость наплавленного металла может достигать 58...60 HRC. Толщину последнего можно устанавливать от 0,3 до 3,0 мм. При необходимости проводят многослойную наплавку. Потери электродного материала на угар и разбрызгивание не превы-

шают 6...8 %.

Сущность вибродуговой наплавки заключается в том, что электрод подается к детали возвратно-поступательным движением (вибрирует), вследствие чего сварочная дуга горит периодически. Каждый временной цикл процесса состоит из трех периодов – короткого замыкания, горения дуги и холостого хода. Такой процесс обусловливает наплавление металла при низком напряжении источника тока, относительно небольшую мощность в сварочной цепи, когда непрерывный дуговой процесс невозможен. При вибрации улучшается стабильность наплавки и расширяется диапазон ее устойчивых режимов.

В момент соприкосновения электрода с деталью (период короткого замыкания) сопротивление электрической цепи источник тока – электрод – деталь приближается к нулю, что способствует падению напряжения при одновременном резком нарастании силы тока (рис. 3.11). Реальная мощность применяемых источников тока ограничивает это значение до

81

ным, несмотря на изменение длины дуги. В этот период выделяется 90...95 % тепловой энергии и кончик электрода оплавляется.

При достаточном удалении электрода от детали, а также израсходовании энергии, запасенной дросселем, дуга гаснет. Начинается период холостого хода. Он заканчивается тогда, когда электрод, возвращаясь, касается детали и капля расплавленного металла переносится на ее поверхность. Цикл многократно повторяется, и на детали формируется валик наплавленного металла.

Длительность периодов короткого замыкания и горения дуги определяется частотой вибрации электрода, напряжением холостого хода и индуктивностью цепи. С увеличением напряжения и индуктивности возрастают период горения, а следовательно, количество выделившейся теплоты и производительность процесса. Однако чрезмерное их увеличение нарушает стабильность процесса, и возникают большие потери электродной проволоки. Установка для вибродуговой наплавки (рис. 3.12) включает в себя: наплавочную головку, закрепленную на суппорте токарного станка; источник питания; дополнительную индуктивность (дроссель); систему подачи охлаждающей жидкости.

82

жая содержание азота в наплавленном металле. Кальцинированная сода, разлагаясь, с одной стороны, стабилизирует горение дуги, с другой – снижает коррозию восстанавливаемых деталей. Глицерин уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла и, следовательно, трещинообразование при использовании высокоуглеродистых наплавочных проволок.

Свойства наплавленного металла зависят от режимов наплавки и скорости его охлаждения.

Повышение скорости охлаждения снижает выгорание углерода и легирующих компонентов, а также содержание азота, что благотворно сказывается на физико-механических свойствах металла.

Таблица 3 . 4 Содержание элементов в металле в зависимости от подачи жидкости при наплавке проволокой НП-60 при напряжении холостого хода 18 В

Особенность наплавки с высокой скоростью охлаждения – значительная «пятнистость» слоя, вызванная взаимным термическим влиянием наплавляемых валиков. При использовании углеродистых электродов для закаленных валиков характерной структурой считают мартенсит, а для зон сплавления – сорбит или троостит.

Мелкокапельный перенос металла на деталь, высокая скорость его охлаждения приводят к пористости слоя, появлению микротрещин, вызванных значительными внутренними напряжениями растягивающего характера, что снижает усталостную прочность восстановленных деталей. Это необходимо учитывать при выборе номенклатуры таких восстанавливаемых деталей. Вибродуговой наплавкой восстанавливают опорные шейки кулачковых валов ДВС, топливных насосов высокого давления, толкатели, оси коромысел, валики жидкостных насосов, опорные шейки различных валов.

Режимы наплавки выбирают в соответствии с необходимой толщиной слоя.

Сила тока, А:

где j – плотность тока, А/мм2 (для d<2,0 мм j=60...75 А/мм2; для d>2,0 мм j=50...75 А/мм2);

FЭЛ – сечение электрода, мм2.

Индуктивность дросселя зависит от источника питания, длины соединительных кабелей. Ее подбирают экспериментально по минимальному разбрызгиванию металла и качеству его сплавления с основой.

83

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч:

где η – коэффициент перехода электродного материала в наплавленный металл (η=0,8...0,9);

s – шаг наплавки, мм/об.;

а– коэффициент, учитывающий отклонение фактической площади сечения наплавленного валика (а=0,7...0,85).

Шаг наплавки влияет на прочность сцепления наплавленного металла с

Качество наплавки можно улучшать посредством применения защитных сред: углекислого газа, флюсов, водяного пара; самозащищенных материалов.

Недостатки процесса следующие:

снижение усталостной прочности до 60 % из-за образования закалочных структур в материале, вызывающих растягивающие напряжения и неоднородности твердости (в местах перекрытия точек сварки в результате отпуска твердость снижается);

наличие пор в покрытии по причине быстрого перехода металла из жидкого состояния в твердое.

84

Наплавка в среде защитных газов. Разработана в ЦНИИТМаше кол-

лективом под руководством проф. К.В. Любовского в 1952 г.

Такого рода наплавка устраняет некоторые недостатки наплавки под слоем флюса и вибродуговой наплавки.

Сущность наплавки в среде защитных газов состоит в том, что в зону электрической дуги подают под давлением защитный газ, в результате чего столб дуги, а также сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха.

Для создания защитной атмосферы используют: инертные газы (аргон, гелий и их смеси), активные газы (диоксид углерода, азот, водород, водяной пар и их смеси) и смеси инертных и активных газов. Разновидностью процесса является газопламенная защита от сгорания горючих газов или жидкого углеводородного топлива. Наилучшую защиту металла при наплавке обеспечивают инертные газы, однако их применение ограничивается высокой стоимостью. Чаще применяют водяной пар, пищевую углекислоту и сварочный диоксид углерода.

Наибольшее применение в ремонте машин получила наплавка в среде диоксида углерода плавящимся электродом. Используют электродные проволоки диаметром 0,8...2,0 мм и токи относительно большой плотности. Для наплавки деталей применяют ток обратной полярности.

Если автоматическую сварку в среде защитных газов используют для наплавки деталей, то полуавтоматическую – для сварки листовых панелей. Наплавкой в среде диоксида углерода восстанавливают стальные и чугунные детали диаметром более 12 мм широкой номенклатуры, работающие в различных условиях. Восстановлению подлежат как гладкие, так и шлицевые валы автомобилей.

Автоматическая наплавка в среде диоксида углерода обеспечивает формирование плотного шва с небольшой зоной термического влияния, что позволяет осуществлять наплавку нежестких деталей малого диаметра. По сравнению с автоматической наплавкой под слоем флюса процесс обладает такими преимуществами:

меньшим нагревом детали;возможностью наплавки деталей меньшего диаметра;

более высокой производительностью (в 1,2... 1,5 раза по массе и 30...40 % по площади покрытий);

исключением необходимости отделения шлаковой корки и зачистки швов;

возможностью сварки и наплавки в любых пространственных положениях;

в 1,2...1,5 раза лучшей экономичностью;

наплавкой сложнопрофильных деталей.

85

Схема рассматриваемого процесса приведена на рис. 3.13. Электродная проволока диаметром 0,8...2,0 мм подается в дугу с постоянной скоростью с помощью подающего механизма. Напряжение приложено к электродной проволоке и детали. Защитный газ под избыточным давлением подается из сопла, расположенного концентрично электроду. Давление газа 0,05...0,20 МПа, его расход 0,60...0,96 м3/ч. Режимы наплавки приведены в табл. 3.6 и 3.7.

Рис. 3.13. Схема наплавки в среде диоксида углерода:

1 – мундштук; 2 – электродная проволока; 3 – горелка; 4 – наконечник; 5 – сопло горелки; 6 – электрическая дуга; 7 – сварочная ванна;

8 – покрытие; 9 – восстанавливаемая деталь

Таблица 3 . 6 Режимы наплавки в среде диоксида углерода

86

Выделение газообразного оксида приводит к образованию пор. Это объясняет необходимость применения при сварке раскислителей, в качестве которых используют кремний, марганец, хлор, титан.

Приведенные элементы связывают кислород, мешая образованию оксида железа:

FeO+Mn=Fe+MnO; (3.35) 2FeO+Si=2Fe+SiO2. (3.36)

Присутствие в металле шва более 0,2 % Si и более 0,4 % Mn препятствует образованию пор. Указанные элементы должны содержаться в легированной наплавочной проволоке. Применяют наплавочные проволоки Св08Г2С, Св-10Г2С, Св-12ГС, Св-18ХГСА, Св-08Г2С, Нп-30ХГСА и др. диаметром 0,5…2,0 мм и самозащищенные проволоки ПП-Р18Т, ПП-Р9Т, ПП-Х2В8Т и др.

Ответственные детали с твердостью рабочих поверхностей 45..55 HRC наплавляют проволокой Нп-30ХГСФ диаметром 1,2…1,8 мм с последующей термической обработкой поверхностей – закалкой ТВЧ.

Наиболее высокую стойкость против образования трещин при наплавке чугунных коленчатых валов обеспечивают хромоникелевые, марганцовистые наплавочные материалы на основе железа, состав которых наиболее близок к составу проволоки Св-08Х20Н9Г7Т. Наплавка ее в среде ди-

87

оксида углерода полностью исключает инородные включения, появление трещин и пор в широкой области режимов наплавки.

Полуавтоматическую наплавку выполняют с наклоном горелки вперед под углом 5...15°. Сварку стыковых и угловых вертикальных швов на тонком металле рекомендуется проводить сверху вниз. При сварке деталей толщиной более 3 мм разделывают кромки под углом 70...90° шлифовальной машинкой ГОСТ 12633 – 79.

Для наплавки в среде защитного газа применяют:

наплавочный станок с газоэлектрической горелкой или установку

01-06-081 «Ремдеталь»;

источники питания с жесткой характеристикой УД-209, УД-294, ВС200, ВС-400, ВДГ-301, ПСГ-350, АЗД-75/30 (для аргонодуговой наплавки ВСУ-300, УДГ-301, УДГ-501, УПС-301);

полуавтоматы типов А-348, А-409, А-537, А-547У, А-547Р, А-580М, А-929, А-1230М, ПДГ-301, ПДГ-501, ПДПГ-515, Гефест и др.;

наплавочные головки АБС, ОКС-1252М;

баллоны емкостью 40 л;

подогреватели газа;

осушители;

редукторы-расходомеры ДРЗ-1-5-7, или ротаметры РС-3, РС-ЗА, РКС-65, или кислородный редуктор РК-53Б.

Дуговая наплавка с газопламенной защитой. Большими технологи-

ческими возможностями при восстановлении деталей широкой номенклатуры в условиях ремонтного производства обладает дуговая наплавка с газопламенной защитой. Способ позволяет наплавлять на детали плотные слои, применяя доступные и относительно дешевые углеродистые проволоки. Металл, наплавленный высокоуглеродистыми проволоками на стальные детали, хорошо воспринимает закалку. Чугунные детали также можно наплавлять стальной низкоуглеродистой проволокой. Наплавленный слой в этом случае обладает хорошей обрабатываемостью.

Особенностью способа является то, что защитные газы в сварочную зону подаются двумя концентричными потоками (рис. 3.14): в наружном потоке – природный газ (ГОСТ 5542 – 78) или пропан-бутановую смесь (ГОСТ 20447 – 80) и во внутреннем потоке – кислород (ГОСТ 5583 – 78). При этом природный газ и продукты его сгорания защищают сварочную зону от проникновения азота из воздуха. Однако углеводородный газ вызывает при сварке обильную пористость. Вредное влияние газа на плотность наплавленного металла подавляется кислородом, который подается узким внутренним потоком в зону дуги. По выходе из горелки газ сгорает, образуя пламя. Таким образом, дуга горит в факеле газокислородного пламени.

Для наплавки с газопламенной защитой применяется двухсопловая горелка конструкции ВНИИВИД и УФ ЦОКПТБ ВНПО «Ремдеталь». Газо-

88

вую горелку крепят к мундштуку таким образом, чтобы ось ее совпадала с концом электрода на расстоянии от наконечника, равном вылету электрода.

кие по составам к указанным ранее.

Принудительное охлаждение детали позволяет сохранять удовлетворительное формирование слоя при наплавке с использованием тока большей силы, чем при наплавке в углекислом газе. Благодаря этому по сравнению с наплавкой в среде углекислого газа можно наплавлять детали меньшего диаметра, не опасаясь их перегрева, применять проволоки больших диаметров и более производительно вести процесс. Совмещая наплавку с интенсивным охлаждением наплавленного металла струей охлаждающей жидкости (четырехпроцентным раствором кальцинированной соды или водой), при наплавке пружинной проволокой II класса можно получить наплавленные слои с твердостью 56…64 HRС.

К недостаткам наплавки в среде защитных газов относятся:

повышенное разбрызгивание металла (5...10 %) и потери защитного

газа;

ограниченное легирование наплавленного металла;

снижение износостойкости и усталостной прочности на 10...20 %;

открытое световое излучение дуги и необходимость защиты от него сварщика.

Наплавка открытой дугой самозащищенными материалами. Раз-

работана учеными Института электросварки имени О.Е. Патона. Примене-

89

ние флюса или защитных газов при дуговой наплавке связано с определенными технологическими трудностями. Поэтому наряду с дальнейшим совершенствованием сварочных процессов исследовали возможность сварки открытой дугой с помощью порошковых проволок. У такой наплавки очень высокая производительность (до 10...11 кг/ч) при плотности тока

150...170 А/мм2.

Конструктивно проволока представляет собой металлическую трубку, внутри которой помещен порошок – шихта. Состав шихты определяет ее свойства и назначение. В состав входят газообразующие, шлакообразующие, легирующие, раскисляющие, ионизирующие и другие компоненты. По назначению и материалу они соответствуют составляющим, входящим в рассмотренные ранее флюсы для наплавки.

Трубку изготовляют вальцовкой из малоуглеродистой ленты. Наиболее распространены проволоки сплошного (рис. 3.15 а) и простого трубчатого сечений. Однако при горении дуги шихта отстает в расплавлении от оболочки, что ухудшает защиту и свойства наплавленного металла.

Чтобы повысить электропроводность шихты, в нее следует добавлять до 30 % железного порошка или разделить сердечник проволоки на части металлическими перегородками, электрически связанными с ее оболочкой

(рис. 3.15 б и в).

Рис. 3.15. Варианты конструкции сварочной порошковой проволоки по сечению: а – сплошное; б – с одним загибом; в – двухслойное

По назначению проволоки предназначаются для сварки углеродистых и низколегированных сталей; легированных и высоколегированных сталей; чугуна; цветных металлов и сплавов; наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

В процессе наплавки наиболее часто используют проволоки диаметром 2,0...3,2 мм (табл. 3.8). Недостаток порошковых проволок – относительно высокая стоимость. Кроме них выпускают также порошковые ленты с еще более высокой производительностью наплавочных работ.

90