1. Характеристика материала изделия

Таблица 1.- характеристика стали 110Г13Л

Вид поставки

отливки ГОСТ 2176-77.

Назначение

корпуса вихревых и шаровых мельниц, щеки и конуса дробилок, зубья и передние стенки ковшей экскаваторов, железнодорожные крестовины и др. тяжелонагруженные детали, работающие под действием статических и высоких динамических нагрузок и от которых требуется высокая износостойкость.

Химический составХимический элемент %

Кремний (Si) 0.80-1.00

Медь (Cu), не более 0.30

Марганец (Mn) 11.5-15.0

Никель (Ni), не более 1.00

Фосфор (P), не более 0.12

Хром (Cr), не более 1.00

Сера (S), не более 0.050

Механические свойства

Механические свойства в зависимости от температуры испытания t испытания, °C s0,2, МПа sB, МПа d5, % y, % KCU, Дж/м2 HB

Отливки сечением 30 мм. Закалка 1050-1100 °С, вода.

+20 360-380 654-830 34-53 34-43 260-350 186-229

-20 360-380 654-830 34-53 34-43 240-320 186-229

-40 360-380 654-830 34-53 34-43 220-300 186-229

-60 360-380 654-830 34-53 34-43 190-300 186-229

-80 360-380 654-830 34-53 34-43 90-210 186-229

Технологические свойстваСвариваемость

не применяется для сварных конструкций.

Обрабатываемость резанием

при НВ 229 Ku тв.спл. = 0,25.

Склонность к отпускной способности

не склонна

Флокеночувствительность

не чувствительна

Предел выносливостиs-1, МПа n sB, МПа

176-196 1Е+6 640-710

Коррозионные свойства Среда Глубина, мм/год

КТВ 0,043

3 \% раствор NaCl 0.081

Литейные свойстваЛинейная усадка, \% 1350-1370

Показатель трещиноустойчивости, Кт.у. 2.6-2.7

Жидкотекучесть, Кж.т. 0.4

Склонность к образованию усадочной раковины, Ку.р. 0.8

Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п. 1.7

3.Ручная дуговая наплавка покрытыми электродами

Ручная дуговая наплавка покрытым электродом – способ универса-льный, предазначенный для наплавки деталей разной конфигурации во всех пространственных положениях.

Низкоуглеродистые и низколегированные стали относятся к группе хорошо сваривающихся сталей и наплавка их производится обычным спо-собом и при обычных условиях. Во время наплавки электрод наклонен под углом 15-20⁰ к вертикали (рис.1.2).

а б

^{а – узким валиком ;б – широким валиком}

^{Рисунок 1.2 – Схема ручной дуговой наплавки деталей}

Уменьшение угла наклона и выполнение наплавки углом вперед снижает тепловое влияние на поверхность детали и глубину проплавления, позволяет получать более широкие и гладкие валики с меньшим усилени-ем.

Характер перемещения электрода поперек наплавляемого валика оп-ределяется шириной этого валика. Узкие валики, шириной до 1,5d_э, полу-чаются при прямолинейном перемещении электрода вдоль направления наплавки (рис.1.2, а). Ванна расплавленного металла узкого валика не-большая и объем наплавленного металла невелик. Металл быстро охлажда-ется и в нем могут остаться не успевшие всплыть шлаковые включения

и выделиться газы, в результате чего могут образоваться поры.

Необходимо накладывать более широкие валики, которые получают-ся при колебательном перемещении конца электрода (рис.1.2, б). В точках 1,2,3,4 скорость перемещения электрода уменьшается. Такой прием увели-чивает прогрев кромок валика и замедляет охлаждение сварочной ванны, в результате чего уменьшается возможность появления непровара, шлако-

вых и газовых включений, пор. Лучшее качество наплавки – при ширине

валика равной 2,5d_э.

При наплавке мелких и цилиндрических деталей небольших диамет-ров рекомендуется применять электроды малых диаметров и минимальную плотность тока, обеспечивающую устойчивое горение дуги, необходимую глубину проплавления основного металла и удаление газов и шлаков из наплавленного металла. Наплавка выполняется короткой дугой, а валики накладываются так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2, 1/3 своей ширины и чтобы впадины между валиками наплавки находились выше линии обработки поверхности после наплавки. Припуск на мехобработку – 2…3мм.

Между толщиной слоя наплавленного металла, диаметром электро-да, числом слоев наплавки и силой тока необходимо выдерживать соотно-

шения:

Толщина наплавленного слоя, мм	До 1,5	До 5	Свыше 5
Диаметр электрода, мм	3	4…5	5…6
Число слоев наплавки, шт	1	1-2	2 и больше
Сила тока, А	80…100	130…180	180…240

Кратеры и непровары выводятся за пределы рабочей наплавляемой поверхности, так как могут возникнуть трещины, которые затем распрост-ранятся на основной металл. Они могут выводиться на выводные планки, кольца, втулки, а также в наплавленный металл с таким расчетом, чтобы последующей механообработкой они должны быть удалены с поверхности наплавленного металла.

Наличие в сталях Cr, Ni, Mo, W, Mn и Si, а также повышенное содер-жание углерода снижает свариваемость этих сталей и требует специальной технологии наплавочных работ. При наплавке легированных сталей их подкалка, даже незначительная, более опасна, чем укрупнение зерна. Поэ-тому наплавку рекомендуется производить на повышенной плотности то-ка, особенно, когда она выполняется без предварительного подогрева изде-лия. Предварительный подогрев и повышенная плотность тока дают более плавный переход металла в зону термического влияния.

Дуговая наплавка покрытыми электродами осуществляется разными материалами, которые требуют разной скорости охлаждения наплавленно-го металла.

Легирование наплавленного металла осуществляется через стержень электрода или через покрытие. При толщине наплавленного слоя не менее 2мм применяют электроды диаметром 3мм, при большей – диаметром 4…6мм. Плотность тока равняется 11…12А/мм².

С целью регулирования глубины проплавления основного металла и

его доли участия в наплавленном металле дугу иногда приходится направ-

лять на наплавленный металл (рис.1.3,а), или от него (рис.1.3,б) .

а – направление дуги на наплавленный металл;

б – направление дуги от наплавленного металла;

в – наплавка на спуск;

г – наплавка на подъем

Рисунок 1.3 – Наплавка валиков

При наплавке дугой на наплавленный металл процесс формирования валика приближается к обычной наплавке с перпендикулярным располо-жением электродной проволоки.

Если угол наклона электрода резко уменьшается, приближаясь к 45°, то в этом случае глубина проплавления основного металла почти в два раза уменьшается, а ширина валика более чем в полтора раза увеличивается по сравнению с наплавкой с перпендикулярным расположением электрода.

Наплавка с расположением от наплавленного металла формирует бо-лее широкий валик с заметным уменьшением глубины проплавления ос-новного металла. Столб дуги распространяется на более широкую поверх-ность и жидкий слой металла под дугой толще, чем при наплавке вертика-льным электродом. На глубину проплавления и форму валика влияет также угол наклона наплавляемой поверхности детали (рис. 1.3, в и рис. 1.3, г).

Во время наплавки изделий на спуск жидкий металл попадает на еще

нерасплавленный металл, вследствие чего значительно уменьшается глу-бина проплавления основного металла и при угле более 14...15° проплавле-ние полностью отсутствует; формирование валика резко ухудшается. Поэ-тому угол наклона не должен превышать более 7...8°. При наплавке на подъем глубина проплавления металла детали увеличивается с одновре-менным уменьшением ширины валика. И в этом случае угол наклона нап-лавляемой плоскости детали не должен превышать более 7...8°.

При наплавке цилиндрических изделий большой длины с диаметра- льно противоположных сторон (рис.1.4, а), металл каждого предыдущего валика успевает значительно остыть к наложению каждого последующего. Поэтому последующие валики производят на соседние участки металла то-лько отжигающие действие (рис.1.4, б). У низкоуглеродистой стали здесь будут обычные участки зоны термического влияния, а у стали, способной к закалке, еще и соответствующая структура закаленного металла.

Непрерывная наплавка по образующей цилиндрических изделий ма-лого диаметра и небольшой длины приближается к наплавке с дополните-льным подогревом.

а – порядок наплавки валиков;

б – расположение зон термического влияния

8 – наплавленные валики;

9 – участки неполной перекристаллизации;

10 – участок нормализованного металла;

11 – участки перегретого металла

Рисунок 1.4 – Ручная наплавка цилиндрических деталей по

образующей без предварительного подогрева

Электроды при ручной дуговой наплавке нагреваются теплом сва-рочной дуги, которое вводится через пятно нагрева на торце электрода, и теплом, которое выделяется по закону Ленца - Джоуля при протекании сварочного тока по вылету электрода.

В начальный момент ручной дуговой наплавки вылет составляет 400мм, в процессе плавления электрода он уменьшается. Тепло сварочной дуги нагревает электрод у торца на участке длиной не более 10мм. По всей длине вылета электрод нагревается током. Количество тепла, выделенное током по закону Ленца- Джоуля, равняется:

(1.1)

где І_н – сварочный ток, А;

– удельное сопротивление, Ом см;

F – сечение электрода, см²;

– длина вылета, см;

t – время протекания тока, с.

Из уравнения вытекает, что количество тепла выделенное в электро-де, будет тем больше, чем больше ток, удельное сопротивление, длина вы-лета электрода и время. Известно, что удельное сопротивление железа и низкоуглеродистой стали при нагреве до 800°С возрастает в 6...10 раз. Это значительно ускоряет нагрев электрода при повышенной температуре. Пе-регрев электрода ухудшает формирование наплавленного металла, увели-чивает разбрызгивание, нарушает нормальный процес плавления электро-да. При ручной наплавке электрод все время находится под током и при токе выше определенной величины наступает перегрев электрода. Так, при диаметре электрода 5мм допустимый ток составляет около 200…250А.

При износостойкой наплавке изделий применяют способы, при-веденные в табл. 1.1.

Таблица 1.1 – Способы ручной дуговой наплавки валиков покрытыми электродами

Таким образом, задача получения однородного наплавленного ме-талла требует определенного выбора способов нанесения валиков и пере-мещения электрода в процессе наплавки.

Основные преимущества: простота и доступность оборудования и технологии. Возможность получения наплавленного металла любой сис-темы легирования.

Недостатки: низкая производительность, тяжелые условия труда, не-стабильное качество наплавленного слоя, повышенное проплавление ос-новного металла.