Дуговая наплавка Особенности процесса наплавки Ю.А.Дементьев Краевое государственное образовательное учреждение начального профессионального образования «Профессиональное училище 46»

Наплавка нанесение слоя металла на поверхность заготовки или изделия посредством сварки плавлением. В случае применения для этой цели сварки давлением употребляют термин «наварка» (ГОСТ ). Изготовительная наплавка служит для получения новых биметаллических (многослойных) изделий. Такие изделия состоят из основы (основного металла), обеспечивающей необходимую конструкционную прочность, и наплавленного рабочего слоя (наплавленного металла) с особыми свойствами (износостойкость, термостойкость, коррозионная стойкость и т.д.). Восстановительную наплавку применяют для восстановления первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл может быть близок по составу и свойствам основному металлу (восстановительная размерная наплавка) или отличаться от них (восстановительная износостойкая наплавка).

Схемы процесса Возможны две схемы формирования наплавленного слоя на поверхности детали. Основной служит схема наплавки, когда связь формируется в результате образования общей ванны жидкого металла, состоящей из частично оплавленного основного металла изделия и наплавляемого металла. Наплавляемый металл разбавляется металлом детали. Для этого используют все способы сварки плавлением.

Наплавленный металл отличается по составу от электродного (присадочного) металла не только вследствие перемешивания с основным металлом, но и в результате взаимодействия с атмосферой дуги или шлаком. Таким образом, способ сварки влияет на состав наплавленного слоя и прочность сцепления с металлом детали. Недостаток схемы изменение состава и свойств наплавленного слоя по сравнению с исходным электродным материалом.

Менее распространена схема, когда расплавляется только наплавляемый металл, а поверхность детали нагревается до температур, достаточных для смачивания. В процессе смачивания и растекания наплавляемого металла на поверхности раздела формируются физические и химические связи. Максимальная прочность сцепления между наплавленным слоем и основным металлом при реализации схемы растекания соответствует образованию продуктов химических реакций на поверхности раздела. Эти же продукты, как правило, охрупчивают соединение.

Наплавляемый металл практически не разбавляется металлом детали и сохраняет свои исходные свойства. Недостаток схемы меньшая прочность сцепления между слоем наплавки и изделием и трудность контроля качества этого сцепления.

В промышленности наплавку используют для восстановления исходных размеров детали, а также для придания поверхностному слою детали определенных свойств. В первом случае химический состав наплавленного металла, как правило, мало отличает от металла детали; во втором различие в химическом составе напротив, может быть большим.

При восстановительной наплавке в зависимости от вида изделия применяют различные присадочные металлы. Если наплавка производится на сварную конструкцию, то используют присадочные материалы, применяемые при сварке. Если восстанавливают изношенные детали механизмов, то обычно используют присадочные материалы, повышающие износостойкость. Для наплавки слоев с особыми свойствами применяют специальные наплавочные материалы, которые повышают эксплуатационные свойства детали в зависимости от условий ее работы: износостойкость, жаропрочность, жаростойкость, коррозионную стойкость и др.

Материалы для наплавки Пять основных групп: стали (углеродистые, высокоуглеродистые, марганцевые хромомарганцевые, хромистые, хромоникелевые) сплавы на основе железа (высокохромистые чугуны, сплавы с бором и хромом, сплавы с кобальтом, молибденом или вольфрамом) сплавы на основе никеля и кобальта (хромоникелевые сплавы с бором и кремнием, никелевые сплавы с молибденом сплавы кобальта с хромом и вольфрамом);

сплавы на основе меди и алюминия (алюминиевые, алюминиевожелезные и оловяннофосфорные бронзы) карбидные сплавы (с карбидом вольфрама или хрома). Наплавочный материал может быть в виде проволок сплошного сечения и порошковых, лент холоднокатаных и порошковых, порошков, покрытых электродов, литых прутков или профилированных деталей.

Электродные стальные проволоки для механизированный электродуговой наплавки выпускают по ГОСТ и ГОСТ Стандарт предусматривает выпуск проволок 9 марок из углеродистых сталей (Нп-30, Нп-40, Нп- 50 пр.); 11 марок из легированных сталей; 11 марок из высоколегированных сталей, в основном для наплавки инструмента и деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания (Нп-45Х4ВЗФ, Нп-60Х3В10Ф, Нп- 40ХЗГ2МФ) или для антикоррозионной наплавки (Св-08Х19Н10Г2Б, Св-10Х16Н25АМ6, Св- 07Х25Н13). Для наплавки в защитных газах применяют проволоку диаметром 1,6... 2,2 мм, для наплавки под флюсом проволоку диаметром 3,0... 5,0 мм и катанку диаметром 6,5 мм.

Холоднокатаные электродные ленты из стали Применяют в основном для антикоррозионной наплавки под слоем флюса. Содержание углерода в лентах обычно не превышает 0,08 %. Основными легирующими добавками являются хром, никель, а также титан, молибден, ниобий (Св-08Х19Н10Г2Б, Св-04Х19Н11М3 и др.). Толщина лент обычно 0,4... 1,0 мм, ширина мм. Плотность тока при наплавке А/мм 2.

Порошковые проволоки Основной наплавочный материал для изготовления износостойких слоев Проволоки изготавливают волочением или прокаткой в виде трубки, заполненной порошками. Коэффициент заполнения (отношение массы порошкового сердечника к общей массе проволоки) не превышает %. Диаметр проволоки 3,6 мм для наплавки под флюсом и 1,8...3,2 мм для механизированной наплавки открытой дугой ГОСТ предусматривает изготовление 23 марок наплавочных порошковых проволок для условий абразивного изнашивания (ПП-Нп-200Х12М, ПП-Нп-200Х12ВФ), усталостного изнашивания (ПП- Нп-30Х4Г2М), коррозионно-механического и эрозионного изнашивания (ПП-Нп-10Х14Т, ПП-Нп- 10Х15Н2Т) сухого трения (ПП-Нп-50Х3СТ) и пр.

Порошковые электродные ленты Ленты имеют однозамковую или двузамковую конструкцию сечением 10x3 или 18x4 мм и поставляются в рулонах (масса кг) или кассетах (масса кг). Спеченные электродные ленты изготавливают прокаткой смеси порошков с последующим спеканием в водороде. Толщина лент 0,8... 1,2 мм и ширина мм. Плотность тока при наплавке А/мм2, напряжение В. ГОСТ предусматривает изготовление спеченных лент 7 марок (ЛС-12Х14М3, ЛС-50Х4В3ФС и др.). Ленты поставляют в рулонах длиной не менее 40 м, масса рулона не более 100 кг. Преимущество спеченных лент повышенная производительность наплавки (на % выше по сравнению с холоднокатаной лентой того же состава). служат для наплавки деталей дробилок, ножей бульдозеров, крановых колес, роликов и т.д..

Порошки для наплавки По ГОСТ выпускают порошки на основе железа типа «Сормайт» (ПГ- С1, ПГ-УС25, ПГ-АН1), порошки трех марок на основе никеля (ПГ-СР2, ПГ- СР3, ПГ-СР4). Поведомственным ТУ производят порошки на основе железа, никеля, кобальта. Порошки применяют для плазменной, лазерной, индукционной наплавки, а также для напыления.

Электроды для дуговой наплавки Применяют как специальные наплавочные электроды (по ГОСТ ), так и сварочные электроды, предназначенные для сварки коррозионностойких и жаростойких сталей и сплавов. К этой группе относят литые присадочные прутки по ГОСТ (Пр-С1, Пр-С27 и др.), литые и спеченные присадочные кольца, смеси порошков и псевдосплавы. Эти материалы применяют при дуговой наплавке неплавящимся электродом, плазменной, газовой и индукционной наплавке. Прочие наплавочные материалы

Флюсы для наплавки По назначению их разделяют на флюсы общего назначения и специальные. Первые используют для дуговой наплавки углеродистых и низколегированныx сталей вторые для дуговой и электрошлаковой наплавки легированных сталей и сплавов, цветных металлов

Флюсы АН-348А и АН-60 с большим содержанием Si02 и МnО широко применяют для наплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Кремнистый безмарганцевый флюс АН-26 предназначен для наплавки легированных и высоколегированных сталей. Низкокремнистые флюсы АН-15М, АН- 28, АН-70, ОФ-6, ОФ-10 используют для электродуговой наплавки легированных и высоколегированных сталей и сплавов. Флюсы АН-72 и ФЦ-18 обеспечивают хорошее формирование и отделимость шлаковой корки при наплавке высоколегированных сталей и сплавов. Флюс АН-90 в основном предназначен для электрошлаковой наплавки лентами коррозионностойких сталей. Для традиционных процессов электрошлаковой наплавки применяют флюсы АНФ-1, АН-8 и АН- 22.

Способы и технология наплавки

Ручная дуговая наплавка штучными электродами Ручная наплавка наиболее универсальный метод, пригодный для наплавки деталей различной формы во всех пространственных положениях. Легирование наплавленного металла производится через стержень электрода и через покрытие. Для наплавки используют электроды диаметром мм. При толщине наплавленного слоя менее 1,5 мм применяют электроды диаметром 3 мм, при большей диаметром мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока должна составлять А/мм 2.

Механизированная дуговая наплавка Для наплавки применяют все основные способы механизированной дуговой сварки под флюсом, самозащитными проволоками и лентами и в среде защитных газов. Механизированная дуговая наплавка универсальный, высокопроизводительный метод, обеспечивающий возможность получения наплавленного металла практически любого состава. Основной недостаток большое проплавление основного металла, особенно при наплавке проволоками.

Наиболее распространены способы наплавки расщепленной дугой, многоэлектродный и многодуговой. Суть способа расщепленной и многоэлектродной электродуговой наплавки заключается в том, что дуга автоматически возникает на торце то одного, то другого электрода, расположенных на определенном расстоянии один от другого и имеющих один общий токоподвод. Благодаря такому попеременному плавлению электродов обеспечивается рассеянное тепловложение в основной металл и малая глубина проплавления при высокой производительности процесса.

Электрошлаковая наплавка Технические особенности и преимущества электрошлаковой наплавки позволяют поставить этот способ в один ряд с самыми распространенными способами наплавки, а разнообразие форм применения дает возможность использовать его в тех случаях, когда другие способы применить трудно или невозможно.

В зависимости от положения наплавляемой поверхности в пространстве электрошлаковую наплавку подразделяют на горизонтальную, вертикальную и наклонную. В горизонтальном положении образовавшиеся шлаковая и металлическая ванны ограничиваются со всех сторон: перед плавящимся электродом смесью флюса, легирующей шихты, с боковых сторон специальными водоохлаждаемыми планками, в хвостовой части слоем закристаллизовавшегося наплавленного металла. В качестве электродного присадочного материала применяют ленту определенной ширины (обычно мм) либо несколько проволок диаметром 1, мм. В отдельных случаях может быть использована проволока большого диаметра с применением поперечных колебаний.

Часто плавление электродных материалов и флюса производится в замкнутом объеме водоохлаждаемого кокиля, к задней стенке которого примыкает водоохлаждаемый кристаллизатор, обеспечивающий получение слоя определенного размера. Рассмотренная схема в отличие от предыдущей обеспечивает выполнение наплавки не только на плоских деталях, но и дает возможность наплавлять тела вращения (как внутренние, так и наружные поверхности). На поверхность стального водоохлаждаемого кристаллизатора часто наносят покрытия из несмачиваемых материалов (вольфрама, молибдена или графита).

Плазменная наплавка В качестве источника нагрева при наплавке служит плазменная дуга. Как правило, наплавку выполняют на постоянном токе прямой или обратной полярности. Наплавляемое изделие может быть нейтральным (наплавка плазменной струей) или включенным в электрическую цепь источника питания дуги (наплавка плазменной дугой). Производительность наплавки невысока ( кг/ч), но благодаря минимальному проплавлению основного металла получают требуемые свойства наплавленного металла уже в первом слое, и за счет этого сокращается объем наплавочных работ.

Существует несколько схем наплавки (рис.), но наиболее распространена плазменно-порошковая наплавка наиболее универсальный метод, так как порошки могут быть изготовлены практически из любого, пригодного для наплавки, сплава. Метод обеспечивает высокое качество наплавленного металла, малую глубину проплавления основного металла при высокой прочности сцепления и возможность наплавки тонких слоев.