Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология сварки плавлением. Часть II. Учебное пособие
.pdf
рода в наплавленном слое, если от него требуется повышенная стойкость
против межкристаллитной коррозии. Поэтому широкое применение
нашла широкослойная наплавка под флюсом электродной лентой.
Металлокерамическая лента, изготовленная из чистых по углероду
порошков, позволяет достичь при многослойной наплавке минимальное
содержание углерода и высокой стойкости слоя против межкристаллитной коррозии. Примерами таких лент являются
металлокерамические
ленты ЛС-02Х20Н11Г, ЛС-02Х20Н11Г2Б, ЛС-02Х20Н14М3, применяемые для наплавки под пемзовидным флюсом АН-26П фланцев, патрубков и сосудов химического и нефтехимического оборудования, а также
энергетических устройств.
Хромистые стали типа Е. В зависимости от содержания углерода и
хрома микроструктура наплавленного
металла этой группы может быть
ферритной, мартенситно-ферритной, мартенситной или мартенситноаустенитной с различным количеством включений карбида хрома.
Хромистые коррозионно-стойкие стали применяют для наплавки
деталей газовой и нефтяной трубопроводной арматуры, работающей
при температурах до 400…450 °С, плунжеров гидропрессов и гидроцилиндров, некоторых видов штампов, а также для наплавки камер проточного
тракта гидротурбин. Для наплавки трубопроводной арматуры
используют самозащитную порошковую проволоку ПП-АН106,
(ПП-Нп-10Х14Т), а для наплавки камер гидротурбин – ПП-АН138
(ПП-Нп-08Х15Н2).
Обрезные штампы, а также уплотнительные поверхности арматуры
наплавляют электродами НЖ-2 (тип Э-25Х13), УОНИ-13/НЖ (тип
Э-20Х13). При содержании более 0,2 % С
наплавленный металл склонен
к образованию трещин. Поэтому применяют предварительный подогрев
до температуры 300…350 °С.
При содержании более 1 % С и более 10 % Cr в структуре появляется карбидная эвтектика (ледебурит). По своей структуре и свойствам такие стали приближаются к доэвтектическим высокохромистым чугунам.
Ледебуритные стали 200Х12М, 200Х12ВФ наплавляют под флюсом порошковыми проволоками
ПП-АН103 (ПП-Нп-200Х12М) и ПП-АН104
(ПП-Нп-200Х12ВФ). Наплавка этих сталей сопряжена с известными
трудностями вследствие склонности наплавленного металла к образованию холодных и кристаллизационных трещин. Если холодные трещины
удается устранить подогревом до температуры 400…550
°С и последующим замедленным охлаждением, то этого не всегда можно достичь в отношении кристаллизационных трещин, особенно при наплавке данных
сталей на низкоуглеродистую сталь. Для их устранения в этом случае
необходимо стремиться к минимальной доле основного металла, иначе
161
первый слой будет поражен кристаллизационными трещинами из-за
уменьшения содержания углерода и соответственно недостаточного количества карбидной эвтектики, способной «залечивать» трещины.
Быстрорежущие стали типа F. Этот тип сталей применяют пре-
имущественно при изготовлении биметаллического режущего инструмента. Для этого используют покрытые электроды типа Э-80В18Х4Ф, а
также прутки и
порошковую проволоку. Наплавляют в основном многолезвийный инструмент больших размеров. Наплавку ведут с предварительным и сопутствующим подогревом заготовок до температуры
о
500…600
С и последующим их охлаждением в печи. Большая трудоемкость наплавки, трудности механической обработки наплавленного слоя
и его неоднородность по составу и свойствам, а также развитие производства литого инструмента сдерживают изготовление и применение
наплавленного инструмента.
Высокохромистые специальные чугуны типа G являются
наиболее распространенным типом наплавленного металла, используемого для восстановления и
упрочнения деталей, испытывающих абразивный, газо- и гидроабразивный износ. Их используют для наплавки
зубьев экскаваторов, ножей бульдозеров, деталей загрузочных
устройств доменных печей и т. п. Для наплавки металла этого типа разработано много составов и разновидностей наплавочных материалов,
например покрытые электроды марок Т-590 (тип Э-320Х25С2Р), Т-620
Э-320Х23С2ГТР), порошковые проволоки и ленты ПП-АН101
(тип
(ПП-Нп-200Х15С1ГРТ), ПЛ-АН101 (ПЛ-Нп-300Х25С3Н2Г2), гранули-
рованные порошки и др.
Наплавленный металл склонен к образованию холодных трещин.
Для уменьшения вероятности их образования наплавку выполняют на
основном металле или подслое с возможно низким
пределом текучести.
Применение же подслоя из легированных сталей с высоким пределом
текучести приводит к увеличению количества трещин. Предварительный подогрев деталей до температуры 400…600 °С с последующим замедленным охлаждением в печи позволяет устранить холодные трещины. Но такая технология применима лишь для деталей небольшого размера и простой формы.
Высокохромистые
чугуны обладают повышенной абразивной износостойкостью при заэвтектической структуре. Поэтому при наплавке
таких чугунов на низкоуглеродистую сталь важно стремиться к минимальной доле основного металла, иначе наплавленный слой из-за разбавления основным металлом будет содержать мало хрома и углерода и
приобретет доэвтектическую или эвтектическую структуру с пониженной износостойкостью.
162
При наплавке заэвтектического сплава сормайт 1 (300Х28С4Н4Г)
порошковой лентой ПЛ-АН101 для уменьшения доли основного металла и сохранения высокой производительности (около 30 кг/ч) используют двухдуговую наплавку с поперечными колебаниями электродов.
При этом применяют повышенные вылеты электродов и умеренные токи на двух одновременно горящих дугах.
Наплавку деталей
сложной формы и небольших размеров выполняют самозащитными порошковыми проволоками ПП-АН104 (ПП-Нп200Х15С1ГРТ), ПП-АН170 (ПП-Нп-80Х20Р3Т) и др. на постоянном токе обратной полярности. При наплавке этими проволокам лучшие результаты по формированию валиков и уменьшению доли основного металла достигаются при
использовании поперечных колебаний электрода
с размахом 20…40 мм и вылете электрода 40…70 мм.
Хромовольфрамовые теплостойкие стали типа Н используют
для наплавки деталей, подверженных действию больших давлений и
теплосмен (стальных валков горячей прокатки, штампов горячей штамповки, ножей для резки горячего металла). Наплавку осуществляют покрытыми электродами типа Э-30Х3В8, порошковыми проволоками
ПП-Нп-35В9Х3СФ, ПП-Нп-30Х4В2М2ФС под флюсом АН-20 и металлокерамическими лентами ЛС-5ХВ3ФС, ЛС-5ХВ2М2ФС под флюсом
АН-60. Для предупреждения трещин, снижения внутренних напряжений
и получения оптимальной структуры используют предварительный подогрев до температуры 350…400 °С с последующим замедленным
охлаждением в утепленном
коробе, а для массивных деталей – отпуск
при температуре 520…540 °С и охлаждение вместе с печью.
Кобальтовые сплавы с хромом и вольфрамом типа N, так назы-
ваемые стеллиты, отличаются высокими эксплуатационными свойствами: они способны сохранять твердость при высоких температурах,
стойки против коррозии и эрозии, а также имеют высокую износостойкость при сухом
трении металла о металл. Высокую жаропрочность
этим сплавам придают присадки хрома (25…35 %) и вольфрама
(3…30 %). Важным компонентом является также углерод, который образует с вольфрамом и хромом карбиды, улучшающие сопротивление
абразивному износу.
Кобальтовыми сплавами наплавляют клапаны двигателей внутреннего сгорания, уплотнительные поверхности паровой арматуры сверхвысоких параметров, матрицы для прессования цветных металлов
и
сплавов и др. Наплавленный металл склонен к образованию холодных и
кристаллизационных трещин, поэтому наплавку ведут с предварительным, а иногда и с сопутствующим подогревом до 600…700 °С. Кроме
того, при наплавке необходимо стремиться к минимальному переходу
163
железа из основного металла в наплавленный, иначе свойства последнего резко ухудшаются.
Наплавку осуществляют газовым пламенем прутками из сплавов
В2К и В3К, а также покрытыми электродами типа Э-190К62Х29В5С2 со
стержнем из прутка В3К. Для снижения перехода железа, вызванного
применением высокотемпературного подогрева, наплавку выполняют в
три слоя. Это увеличивает расход дорогого наплавочного материала и
повышает трудоемкость работ. Поэтому наиболее целесообразно наплавку выполнять плазменно-порошковой наплавкой с использованием гранулированных порошков ПН-АН34 (ПР-КХ30Н6ВСР), ПН-АН35
(ПР-КХ30Н2ВС). В этом случае заданный химический состав наплавленного металла благодаря особенностям этого
способа наплавки (доля ос-
новного металла не превышает 7…10 %) достигается уже в первом слое.
Никелевые сплавы с хромом и бором типа Q
сохраняют высо-
а
кую твердость при нагреве до температуры 600…700 °С, обладают жаростойкостью до температуры 950
°С и хорошей коррозионной стойкостью в различных кислотах и агрессивных средах. Их применяют для
наплавки плунжеров водяных и кислотных насосов, уплотнительных
поверхностей газовой и нефтяной трубопроводной арматуры, арматуры
паропроводов, выпускных клапанов дизельных двигателей, пресс-форм
для стекла и др.
Используют преимущественно плазменно-порошковую наплавку
гранулированными порошками ПГ-СР2 (ПГ-
ХН80СР2), ПГ-СР3
(ПГ-ХН80СР3), ПГ-СР4 (ПГ-ХН80СР4) и др. Плазменную наплавку с
присадкой порошка ПГ-СР2 выполняют без подогрева. При наплавке с
присадкой порошков ПГ-СР3 и ПГ-СР4 для предупреждения трещин
используют предварительный подогрев деталей соответственно до температур 320…380 °С и 380…450 °С. Крупные заготовки,
например из
стали 12Х1МФ, с этой целью подогревают и до более высокой температуры.
Никелевые сплавы с молибденом типа Q
обладают высокой жа-
в
ропрочностью и стойкостью против термической усталости в условиях
большого числа теплосмен, мало склонны к образованию трещин.
Их широко используют для наплавки контактных поверхностей конусов
и чаш доменных печей.
Хорошие свойства наплавленного металла обеспечивает сплав инконель, наплавляемый металлокерамической лентой ЛС-ХН70ГБМТ под
флюсом АН-28.
Карбидные сплавы
типа Р. Эти сплавы благодаря высокому со-
держанию твердых карбидов вольфрама обладают высокой стойкостью
против абразивного изнашивания. Их используют для наплавки буро-
164
вого инструмента, деталей режущих узлов землеройных машин, загрузочных устройств доменных печей и других деталей, подвергающихся
интенсивному абразивному изнашиванию.
Наплавочные сплавы на основе карбидов представляют собой карбидные композиции, которые получают введением в сплав-связку карбидов в виде заранее приготовленных зерен нужного размера и формы.
В процессе наплавки зерна карбидов
лишь частично растворяются в
жидком металле матрицы и в основном сохраняют в наплавленном слое
свой исходный состав и структуру. Износ карбидных композиций протекает, как правило, избирательно: матрица сплава изнашивается быстрее,
и выступающие зерна карбидов принимают на себя основную нагрузку.
Технология и техника наплавки карбидных композиций должны
обеспечивать такие условия,
при которых введенные в сварочную ванну
частицы упрочняющей фазы могут в минимальной степени раствориться в сплаве-связке и не претерпевать нежелательных превращений в результате температурного воздействия сварочного цикла.
Обеспечить такие условия пока удается лишь при таких сравнительно низкотемпературных процессах, как индукционная и газопламенная наплавка, а также при
пропитке зерен литого карбида вольфрама
легкоплавким сплавом с использованием печного нагрева. Перспективно применение плазменно-порошковой наплавки импульсной дугой
смесью порошков, состоящей из порошков матричного сплава и армирующих частиц (А.С. 1562082). При этом порошки смеси подают в
плазменную дугу раздельно. Во время действия импульса тока подают
порошок матричного сплава,
например самофлюсующегося хромоникелевого сплава, а во время паузы – армирующие частицы, например порошок карбидов вольфрама, титана, ниобия. Раздельная подача порошков обеспечивает защиту армирующих частиц от перегрева в дуге и
длительного взаимодействия при высокой температуре с расплавленным металлом матрицы. Потери карбидного порошка при оптимальных
режимах наплавки не превышают 5 %, что
практически свидетельствует
об отсутствии их растворения в металле матрицы. Полученные покрытия представляют собой сплав, содержащий пластичную матрицу из
сплава-связки и равномерно дисперсированные в ней частицы тугоплавких соединений.
Наибольшее распространение получила наплавка карбидных композиций с использованием в качестве упрочняющей фазы литого карбида вольфрама (релита), который представляет
сплав WC и W
C. Релит используют в виде зерен различного размера (З)
2
собой эвтектический
либо в качестве наполнителя в стальных трубках (трубчато-зернистый
сплав, ТЗ) или в плющенке (ленточный релит, АНЛЗ).
165
Вопросы для самопроверки
1. В чем состоит сущность наплавки? В каких случаях ее применяют?
2. По каким признакам можно классифицировать наплавленный металл?
3. Приведите классификацию наплавленного металла, принятую Меж-
дународным институтом сварки.
4. На основе анализа каких условий выбирают тип наплавленного ме-
талла?
5. Каким видам изнашивания подвергаются рабочие поверхности дета-
лей в процессе эксплуатации?
6. Перечислите
кую характеристику.
7. Какие специальные приемы, наплавочные материалы и способы
наплавки применяют для уменьшения доли основного металла в наплавляемом слое?
8. В чем отличие технологии наплавки металла различного состава?
основные виды материалов для наплавки, дайте им крат-
166
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технология и оборудование сварки плавлением и термической рез-
ки: учебник для вузов. – 2-е изд., испр. и доп. / А.И. Акулов,
В.П. Алехин, С.И. Ермаков и др. / под ред. А.И. Акулова. – М.:
Машиностроение, 2003. – 560 с.
2. Сварка. Резка. Контроль: справочник. В 2-х т. Т. 1 / под общ. ред.
Н.П. Алешина
624 с.; Т. 2 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышев, А.А. Акулов и др. – М.:
Машиностроение, 2004. – 480 с.
3. Технология сварки плавлением и термической резки металлов:
учебное пособие / В.А. Фролов, В.Р. Петренко, А.В Пешков,
А.Б. Коломенский, В.А. Казаков / под ред. В.А.
Альфа-М; ИНФРА-М, 2011. – 448 с.
4. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением /
под ред. Б.Е. Патона. – М.: Машиностроение, 1974. – 768 с.
5. Лившиц Л.С., Хакимов А.И. Металловедение сварки и термическая
обработка сварных соединений. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:
Машиностроение, 1989. – 336 с.
6. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П.
зов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. –
558 с.
7. Сварка и свариваемые материалы: справочник. В 3-х т. Т. 1. Свари-
ваемость материалов / под ред. Э.М. Макарова. – М.: Металлургия,
1991. – 528 с. Т. 2. Технология и оборудование / под ред. В.М. Ям-
польского. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.
8. Технологические основы сварки и пайки в авиастроении: учебник
для вузов / В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Ка-
заков / под ред. В.А. Фролова. – М.: Интермет Инжиниринг, 2002. –
456 с.
9. Справочник по сварке цветных металлов / С.М. Гуревич; отв. ред.
В.Н. Замков. – 2-е
1990. – 512 с.
10. Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная
наплавка. – Киев: Экотехнология, 2007. – 292 с.
, Г.Г. Чернышева. – М.: Машиностроение, 2004. –
Фролова. – М.:
Материаловедение: учебник для ву-
Э. Баумана, 1996. – 574 с.
изд., перераб. и доп. – Киев: Наукова думка,
167
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ......................................................................................... 3
1. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ И
НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ
КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ..................................................... 5
1.1. Состав и свойства сталей, основные сведения о свариваемости ... 5
1.2. Особенности технологии и техники сварки ................................... 12
Вопросы для самопроверки .................................................................... 22
2. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКО-
И СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ
ЗАКАЛИВАЮЩИХСЯ СТАЛЕЙ ...................................................... 23
2.1. Состав и свойства сталей, основные сведения о свариваемости ... 23
2.2. Технология сварки закаливающихся сталей .................................. 31
Вопросы для самопроверки .................................................................... 39
3. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ ... 40
3.1. Состав и свойства сталей ................................................................. 40
3.2. Сварка мартенситных и мартенситно-ферритных хромистых
сталей ................................................................................................. 42
3.3. Сварка ферритных хромистых сталей ............................................ 46
Вопросы для самопроверки .................................................................... 49
4. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ
АУСТЕНИТНЫХ СТАЛЕЙ ................................................................ 50
4.1. Состав и свойства сталей ................................................................. 50
4.2. Свариваемость хромоникелевых аустенитных сталей ................. 53
4.3. Особенности технологии и техники сварки
аустенитных сталей .......................................................................... 61
Вопросы для самопроверки .................................................................... 73
5. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ ................. 74
5.1. Свариваемость разнородных сталей ............................................... 74
5.2. Технологические особенности сварки разнородных сталей
разного структурного класса ........................................................... 82
5.3. Технологические особенности сварки разнородных сталей
одного структурного класса ............................................................ 85
5.4. Технология сварки двухслойных (плакированных) сталей.......... 87
Вопросы для самопроверки .................................................................... 88
168
6. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ЧУГУНА .................................................. 90
6.1. Состав и свойства ............................................................................. 90
6.2. Сварочные технологические свойства чугуна ............................... 93
6.3. Способы сварки чугуна .................................................................... 94
Вопросы для самопроверки .................................................................. 101
7. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ .... 103
7.1. Характеристика алюминия и его сплавов .................................... 103
7.2. Сварочные свойства алюминия и его сплавов ............................. 106
7.3. Виды соединений, подготовка металла и проволоки .................. 112
7.4. Способы сварки алюминия и его сплавов ................................... 114
Вопросы для самопроверки .................................................................. 120
8. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ ............. 121
8.1. Характеристика титана и его сплавов .......................................... 121
8.2. Свариваемость титана и его сплавов ............................................ 123
8.3. Способы сварки титана и его сплавов .......................................... 126
Вопросы для самопроверки .................................................................. 132
9. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ ..................... 133
9.1. Характеристика меди и ее сплавов ............................................... 133
9.2. Особенности сварки меди и ее сплавов........................................ 136
9.3. Способы сварки меди и ее сплавов ............................................... 137
Вопросы для самопроверки .................................................................. 144
10. ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ТУГОПЛАВКИХ
И ХИМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ ................................ 145
10.1. Характеристика тугоплавких и химически
активных металлов ......................................................................... 145
10.2. Особенности сварки ..................................................................... 148
Вопросы для самопроверки .................................................................. 150
11. ТЕХНОЛОГИЯ НАПЛАВКИ СЛОЕВ С ОСОБЫМИ
СВОЙСТВАМИ ................................................................................... 151
11.1. Выбор состава наплавленного металла ...................................... 151
11.2. Виды наплавочных материалов .................................................. 154
11.3. Формирование свойств наплавленного металла ....................... 157
11.4. Технология наплавки металла различного состава ................... 159
Вопросы для самопроверки .................................................................. 166
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................... 167
169
Учебное издание
ДЕДЮХ Ростислав Иванович
ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ
Часть II
Учебное пособие
Научный редактор
доктор технических наук,
профессор С.Ф. Гнюсов
Корректура В.Ю. Пановица
Компьютерная верстка и дизайн обложки
О.Ю. Аршинова
Подписано к печати хх.хх.2015. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XEROX. Усл. печ. л. 9,89. Уч.-изд. л. 8,94.
Заказ хх-15. Тираж 100 экз.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Издательства Томского политехнического университета
сертифицирована в соответствии с требованиями ISO 9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]