Наплавка металла

Автоматическая наплавка также может выполняться любым сварочным автоматом, однако удобнее применять специализированное оборудование, имеющее все или некоторые из следующих характерных особенностей:

а) оно имеет устройства для выполнения широкослойной наплавки ленточными электродами (сплошными или порошковыми), расщепленными электродами из нескольких проволок, расположенных «гребенкой» и подключенных к общему выводу источника питания или за счет перемещения проволочных электродов в процессе наплавки поперек направления движения автомата или изделия;

 

 

Рис. 9 Специализированный трехэлектродный полуавтомат для заварки дефектов чугунного литья

 

б) обеспечивает регулирование  доли основного металла в наплавленном слое применением многоэлектродной или трехфазной дуги или малых плотностей тока в электроде;

в) позволяет осуществлять подачу специальной порошковой проволоки  с большим содержанием легирующих элементов;

Поскольку наплавка деталей  в большинстве случаев предусматривает  нанесение на поверхность большого количества металла, наплавочные автоматы должны обеспечивать длительную работу без перерывов.

Автомат А - 580М (рис. 10) представляет собой универсальную головку облегченного типа, укрепленную на колонке, несущей подающий механизм. Он предназначен для наплавки под флюсом тонкой электродной проволокой деталей, имеющих поверхность тел вращения диаметром от 40 до 650 мм. Автомат может быть использован также и для сварки кольцевых швов деталей указанного диаметра.

 

Наплавка аппаратом А - 580М производится на специальном  вращателе, либо на токарном станке. Автомат устанавливается и закрепляется на суппорте станка, а наплавляемая деталь - в патроне или центрах. Для получения окружных скоростей наплавки в пределах 12 - 40 м/ч число оборотов шпинделя необходимо дополнительным редуктором снизить до 0,5 - 4 об/мин.

Рис. 10 Станок, оборудованный для наплавки тел вращения, с автоматом А - 580М:

1 - приемник для флюса, 2 - дополнительный  редуктор, 3 - станок, 4 - наплавочный  автомат, 5 - шкаф управления, 6 - преобразователь

 

Подача проволоки осуществляется механизмом через изогнутый мундштук. Головка укреплена на стойке и снабжена моторным приводом вертикального перемещения для настройки на нужный диаметр изделия и для регулировки вылета электрода. Кроме того, она снабжена механизмом наклона электрода вокруг оси, проходящей через конец электрода. Это позволяет качественно наплавлять галтели валов.

Автомат А - 874Н (рис. 11) является наиболее совершенным аппаратом для наплавки. Этот автомат самоходного типа, предназначенный для выполнения самых различных работ при наплавке тел вращения, плоских деталей и изделий сложной формы. Большие технологические возможности автомата обеспечиваются комплектом сменных узлов и приставок применительно к различным случаям наплавки и электрической схемой, позволяющей вести наплавку с постоянной скоростью, а также с автоматическим регулированием этого напряжения. Для этой цели в схеме использован универсальный привод.

 

Рис. 11 Универсальный наплавочный аппарат А - 874 Н:

1 - флюсоотсос, 2 - штанга механизма  вертикального перемещения, 3 - ходовая тележка, 4 - переключатель скорости (рабочей и маршевой), 5 - поперечный корректор, 6 - механизм подачи электрода, 7 - мундштук, в - механизм поперечных колебаний

 

В автомате А - 874Н предусмотрена  возможность поворота вертикальной штанги вокруг своей оси на угол 90°. Это позволяет, в частности, вести наплавку лентой, расположенной под углом к направлению наплавки и, следовательно, наплавлять широкой лентой более узкие слои.

Широкие слои могут быть получены также при колебании  проволочного электрода поперек направления наплавки. Для этой цели аппарат А - 874Н снабжен механизмом колебаний, который состоит из реверсивного приводного двигателя, червячного редуктора, кругового суппорта и системы концевых выключателей. В кинематической цепи редуктора предусмотрена пара сменных шестерен для настройки скорости колебаний. Настройка ширины наплавляемого слоя производится перестановкой упоров концевых выключателей.

Автомат А - 874Н комплектуется  приставками, позволяющими производить  наплавку цилиндрических поверхностей изделий по винтовой линии и с импульсным перемещением автомата на шаг наплавки.

Наряду с универсальными существуют специализированные автоматы, например, для наплавки изношенных бандажей железнодорожных  колес, трамвайных рельсов, корпусов арматуры и др. На рис. 12 показана схема автомата А - 687 для наплавки изношенных поверхностей отверстий ступиц и других подобных изделий. Наплавка производится в среде углекислого газа на вертикальную поверхность при неподвижном изделии. Автомат устанавливается при помощи электромагнита 1 на поверхность наплавляемого изделия. Мундштук 3 аппарата вместе с планшайбой 2 вращается вокруг центра отверстия, перемещаясь при этом после каждого оборота вверх, на шаг наплавки. Проволока подается по гибкому шлангу механизмом подачи 5 через коллектор 4. в функцию которого входит также подвод сварочного тока, защитного газа и воды для охлаждения мундштука.

Рис. 12 Схема специализированного автомата А - 687 для наплавки отверстий при неподвижном изделии:

1 - электромагнит, 2 - планшайба, 3 - мундштук, 4 - коллектор, 5 - механизм  подачи

 

Оборудование для вибродуговой наплавки основано на применении прерывистого дугового процесса. При помощи вибратора 9 (рис. 13) электродная проволока 8 диаметром 1,6 - 2,0 мм подводится к изделию 4 и отводится от него с частотой до 100 Гц. При этом мундштук 7 и конец проволоки производят возвратно - поступательное движение с амплитудой 1,2 - 2,5 мм. К электроду и изделию подводится напряжение от источника питания 11 постоянного или переменного тока (100 - 250 А, 18 - 25 В). При коротком замыкании электрода на изделие образуется перемычка из жидкого металла, которая при отводе электрода разрывается; образуется дуговой разряд и происходит плавление основного и электродного металла. По мере отхода конца электрода от изделия дуга растягивается и обрывается.

Рис. 13 Схема сварочного аппарата для вибродуговой наплавки:

1 - емкость, 2 - насос, 3 - приемник, 4 - наплавляемая деталь, 5 и 6 - сопла, 7 - мундштук, 8 - проволока, 9. - вибратор, 10 - ось качания, 11 - генератор, 12 - дроссель

 

Для охлаждения детали и защиты зоны сварки от окружающей среды на деталь и к месту сварки через специальные сопла 5 и 5 подается струя жидкости (4%-ный раствор кальцинированной соды, 25%-ный раствор технического глицерина в воде или другие растворы). Возможна наплавка и с флюсовой защитой.

Прерывистый процесс с длительными  паузами (дуга горит всего 20% времени) и охлаждение детали жидкостью дают возможность при незначительной глубине провара наплавлять слой малой толщины.

Автоматы для вибродуговой наплавки отличаются от обычных наплавочных  автоматов наличием вибратора и  жидкостного охлаждения. Для вибраторов используются механические или электромагнитные приводы. Малый размах и высокая частота колебаний в вибраторах не допускают никаких люфтов. Поэтому ось 10 качания мундштука устанавливается на кернах или выполняется в виде торсионного вала.

Наплавочная установка снабжена приемником 3 для жидкости, резервуаром 1 и нагнетательным насосом 2. В сварочную цепь последовательно с источником питания 11 включается дроссель 12. Его назначение - уменьшение тока короткого замыкания и увеличение длительности импульсных дуговых разрядов.

 

3.5 Выбор режима наплавки

 

 

Под режимом понимают группу показателей, определяющих характер протекания процессов сварки. Эти показатели влияют на количество теплоты, вводимой в изделие при сварке. К основным показателям режима сварки относятся: диаметр электрода или сварочной проволоки, сварочный ток, напряжение на дуге и скорость сварки. Дополнительные показатели режима сварки: род и полярность тока, тип и марка покрытого электрода (таблица 2), угол наклона электрода, температура предварительного нагрева металла.

Техника наплавки должна обеспечивать хорошее формирование наплавленного металла, отсутствие в нем дефектов, минимальное проплавление основного металла и возможно максимальную производительность процесса.

Для дуговой наплавки основными элементами режима являются сила тока, напряжение и скорость перемещения дуги, вылет и число электродов, шаг наплавки, а также смещение электрода с зенита при наплавке тел вращения.

Наплавку обычно ведут  на постоянном токе, обеспечивающем высокую стабильность процесса. Ток дуги при наплавке зависит от скорости подачи электродной проволоки. С увеличением скорости подачи возрастает сила тока, а, следовательно, и производительность наплавки. Однако с возрастанием тока дуги увеличиваются глубина проплавления и доля основного металла в наплавленном. Кроме того, образуются узкие и высокие валики, ухудшается формирование наплавленного металла. Поэтому ток дуги ограничивается условиями качества наплавки. Напряжение дуги определяет форму наплавленного валика, его повышение увеличивает ширину и уменьшает высоту валика, при этом возрастает длина дуги и окисляемость легирующих примесей, особенно углерода. В связи с этим стремятся к минимальному напряжению, которое должно согласовываться с током дуги. При очень малом напряжении дуги получается узкий и высокий валик с плохим формированием. Увеличение напряжения и уменьшение тока дуги усиливает взаимодействие шлака и металла, повышает окисляемость углерода, хрома, титана и других легирующих элементов. Обычно наплавку ведут при напряжении дуги 28—32 В и силе тока 300—450 А для электродной проволоки диаметром 3—4 мм.

Техника наплавки предусматривает  различные приемы ведения работ  при наплавке тел вращения, плоских  поверхностей и деталей сложной формы. Цель их одна — получение качественного наплавленного слоя заданных свойств и минимальная деформация изделия.

При наплавке тел вращения это достигается ведением непрерывного процесса по винтовой линии с перекрытием последующим валиком предыдущего. Плоские детали целесообразно наплавлять электродными лентами с минимальным проплавлением основного металла. Поверхность сложной формы наплавляют такими способами, при которых возможно визуальное наблюдение за процессом и управление им.

Производительность наплавки зависит  от способа ее выполнения. Например, при ручной наплавке покрытыми электродами производительность составляет 0,8 — 3 кг/ч, при автоматической под флюсом от 2 до 15 кг/ч, при электрошлаковой проволочным электродом — от 20 до 60 кг/ч и электродом большого сечения — до 150 кг/ч.

 

Наплавка низкоуглеродистых низколегированных  сталей

Наплавку низкоуглеродистых низколегированных сталей осуществляют ручным, механизированным, автоматизированным   под   флюсом   и   в защитных газах способами, электродами марок ОЗН-250У, ОЗН-300У и ОЗН-350У и   др.,   проволоками   марок   Св-ОШГА, Св-10Г2, Нп-30ГСА, Нп-30Х5 с предварительным подогревом детали до температуры  200—300 °С  и   с   последующим замедленным    охлаждением.    При    наплавке  массивных деталей,  независимо от химического состава  наплавляемого металла,    необходим    предварительный подогрев до указанных температур. При наплавке деталей с повышенным содержанием углерода  (более 0,4%)  и серы (более 0,03%)  во избежание образования   кристаллизационных   трещин   наплавку  необходимо  вести  с   минимальным проплавлением основного металла для уменьшения его доли в наплавленном. Оптимальную структуру и твердость наплавленного    металла    этой    группы получают при предварительном подогреве детали до температуры 200—250 °С.

 

Наплавка углеродистых низколегированных сталей

Наплавку ведут проволокой Нп-55ХНМ, спеченной лентой ЛС-70ХЗМН, электродами ЭН-60М, 13КН/ЛИВТ. Наплавленный металл этой группы имеет повышенную склонность к образованию горячих и холодных трещин, поэтому перед наплавкой изделие подогревают до температуры 350— 400 °С. В случае необходимости механической обработки наплавленного металла деталь подвергают отжигу. После механической обработки наплавленного металла деталь закаливают.

 

Наплавка высокомарганцевых аустенитных сталей

Под флюсом наплавляют электродной  проволокой Нп-Г13А, а также применяют  самозащитную порошковую проволоку ПП-АН105, электроды ЦНИИН-4.

 

Наплавка хромоникелевых аустенитных сталей

Для наплавки металла  указанного типа применяют покрытые электроды, проволоки или ленты данного химического состава. Наплавку ведут под флюсом или в среде аргона. С целью повышения стойкости наплавленного металла к межкристаллитной коррозии наплавку на углеродистые стали следует выполнять с минимальной долей основного металла в наплавленном, что лучше всего достигается при электрошлаковой наплавке двумя параллельными лентами. Хромоникелевые аустениты стали наплавляют без подогрева.

 

 

 

Наплавка хромистых  сталей

Используют самозащитную порошковую проволоку ПП-АН106, стандартные наплавочные проволоки Нп-30Х13 и Нп-40Х13, сварочную проволоку Св-10Х17Т, порошковые проволоки ПП-АН103 и ПП-АН104. Для предупреждения образования пор наплавку хромистых сталей выполняют на предельно короткой дуге при напряжении 24—26 В. Наплавленный металл склонен к образованию трещин, поэтому наплавку ведут с предварительным и сопутствующим подогревом детали до температуры 150—250 °С. Кристаллизационные трещины чаще всего возникают при наплавке на низкоуглеродистую сталь в результате диффузии углерода из наплавленного металла в основной. Для предотвращения трещин наплавку необходимо вести с минимальной глубиной проплавления основного металла, что лучше всего достигается при индукционной наплавке с жидким присадочным металлом.

 

Наплавка хромовольфрамовых  и хромомолибденовых сталей

Используют следующие  материалы: порошковые проволоки ПП-25Х5ФМС, ПП-3Х2В8 и ПП-АН132, спеченную ленту ЛС-5Х5ВЗФС, покрытые электроды ВСН-6. Для предупреждения трещин наплавку ведут при температуре детали 350—400 °С с последующим замедленным охлаждением.

Массивные детали необходимо отпускать при температуре 450— 550 °С и замедленно охлаждать вместе с печью. Для наплавки внутренних поверхностей применяют самозащитные порошковые проволоки, например ПП-АН130. В этом случае следует использовать источник питания с жесткой внешней характеристикой.

 

Наплавка высокохромистых  чугунов

Наплавляют  порошками из сплавов или смесями порошков газопламенным и плазменным способами, а также применяют покрытые электроды, порошковые проволоку ПП-АН101 и ленту ПЛ-АН101.

Практика  показала, что для уменьшения образования трещин наплавку высокохромистыми чугунами целесообразно осуществлять на металл с максимально низким пределом текучести. Для этой цели часто используют подслои, наплавленные сварочной проволокой Св-08А. С целью сохранения высокой износостойкости при наплавке высокохромистых чугунов необходимо стремиться к минимальной доле основного металла в наплавленном, так как разбавление наплавленного металла основным резко снижает его износостойкость.