Наплавка металла

 

Наплавка никелевых  сплавов

Наплавку порошками  ПГ-СР2, ПГ-СРЗ и ПГ-СР4 осуществляют газопорошковым плазменным способом. При наплавке деталей материалами этой группы для предупреждения образования трещин необходимо их предварительно подогревать до температуры 320—450 °С.

 

Наплавка хромокобальтовых сплавов

Стеллиты   наплавляют   вручную   дуговым  способом  покрытыми электродами ЦН-2 или  газовым  пламенем  прутками   ПВ-В3К   и    Пр-В3К-Р.    Важное условие   получения   наплавленного   металла высокой износостойкости — минимальный переход железа из основного металла в наплавленный. При дуговых способах   наплавки   только   в   третьем слое   удается   получить   наплавленный металл   с   минимальным   содержанием железа, при газопламенном — в первом слое,   так   как  доля   основного   металла  в  нем  не  превышает   10%.  Другая трудность наплавки стеллитов — их высокая склонность к образованию холодных и горячих трещин. Поэтому стеллиты   наплавляют   при   подогреве   детали до температуры 600— 700 °С, не снижая этой температуры в процессе наплавки. После    наплавки    деталь    необходимо нагреть в печи до 600—700 °С, выдержать до выравнивания температуры, затем   вместе   с   печью   медленно   охладить.

 

Таблица 2. Наиболее распространенные типы и марки электродов для наплавки

и основные области их применения

 

Тип	Марка	Область применения
Э-10Г2 Э-11ГЗ Э-12Г4 Э-15Г5 Э-30Г2ХМ	ОЗН-250У  ОЗН-300У  ОЗН-350У  ОЗН-400У  HP-70	Детали, работающие в условиях интенсивных ударных нагрузок (оси, валы, автосцепки, железнодорожные крестовины, рельсы)
Э-16Г2ХМ Э-35Г6 Э-30В8ХЗ Э-35Х12В3СФ Э-90Х4М4ВФ	ОЗШ-1 ЦН-4 ЦШ-1 Ш-16 озн-3	Штампы для горячей  штамповки
Э-37Х9С2 Э-70ХЗСМТ Э-24Х12 Э-20Х13 Э-35Х12Г2С2 Э-100Х12М Э-120Х12Г2СФ Э-10М9Н8К8Х2СФ	ОЗШ-3 ЭН-60М ЦН-5 48Ж-1 НЖ-3 ЭН-Х12М Ш-1 ОЗШ-4	Штампы для холодной штамповки
Э-80В18Х4Ф Э-90В10Х5Ф2 Э-105В6Х5М3Ф3 Э-300Х28Н4С4 Э-225Х10ПОС Э-110Х14В13Ф2 Э-175Б8Х6СТ	ЦИ-1М ЦИ-2У И-1 ЦС-1 ЦН-11 ВСН-6 ЦН-16	Металлорежущий инструмент, а также штампы для горячей  штамповки в тяжелых условиях (осадка, вытяжка, прошивки) Детали, работающие в  условиях интенсивного абразивного  изнашивания с ударными нагрузками
Э-08Х17Н8С6Г Э-09Х16Н9С5Г2М2ФТ Э-09ХЗ1H8AM2 Э-13Х16Н8М5С5Г4Б Э-15Х15Н10С5МЗГ Э-15Х28Н10С3ГТ Э-15Х28Н10С3М2ГТ Э-200Х29Н6Г2 НЭ-190К62Х29В5С2	ЦН-6М, ЦН-6Л ВПИ-1 УОНИ-13/Н1-БК ЦН-12М, ЦН-12Л ЦН-18 ЦН-19 ЦН-20 ЦН-3 ЦН-2	Уплотнительные поверхности  арматуры для котлов, трубопроводов  и нефтеаппаратуры
Э-65Х11Н3 Э-65Х25П3Н3	ОМГ-Н  ЦНИИН-4	Изношенные детали из высокомарганцовистых сталей типов 110Г13 и 110Г13Л
Э-95Х7Г5С  Э-30Х5В2Г2СМ	12АН/ЛИВТ  ТКЗ-Н	Детали, работающие в  условиях интенсивных ударных нагрузок с абразивным изнашиванием
Э-80Х4С  Э-320Х23С2ГТР  Э-320Х25С2ГР Э-350Х26Г2Р2СТ	13КН/ЛИВТ  Т-620 Т-590 Х-5	Детали, работающие преимущественно  в условиях абразивного изнашивания

 

3.6 Технология процесса наплавки

Подготовка поверхности  под наплавку

Перед наплавкой поверхность тщательно очищают от масла, краски, окалины и других загрязнений (рис.15). Поверхностные дефекты, в том числе и ранее наклепанный слой, удаляют механическим путем или резаком для поверхностной кислородной резки. С целью снижения сварочных напряжений  необходимо добиваться равномерной толщины наплавленного слоя.    Поверхность, имеющую   неравномерную   выработку с большими колебаниями по высоте, выравнивают механическим путем на металлорежущем оборудовании.

При подготовке под наплавку поверхностей с локальными износами следует избегать плавных переходов наплавляемого металла к основному.

 

Рис.15 Правильная (П) и неправильная (Н) подготовка поверхностей под наплавку:

1...6 – последовательность  наложения валиков

 

 

Способы наплавки

Дуговая наплавка под  флюсом. Нагрев и расплавление металла, так же как при сварке, осуществляются теплом дуги, горящей между плавящимся электродом и основным металлом под слоем флюса. Наплавка под флюсом является одним из основных видов механизированной наплавки. Основными преимуществами являются непрерывность и высокая производительность процесса, незначительные потери электродного металла, отсутствие открытого излучения дуги. Отличительной особенностью наплавки под флюсом является хороший внешний вид наплавленного слоя (гладкая поверхность и плавный переход от одного наплавленного валика к другому). В процессе наплавки возможны четыре основных способа легирования наплавленного металла (рис. 16).

Рис. 16 Способы легирования наплавленного металла:а - через сварочную проволоку, б - порошковую проволоку, в - керамический флюс, г - укладка легированной присадки.

 

1. Применение легированной проволоки  или ленты и обычных плавленых  флюсов. Для наплавки используют  легированные сварочные проволоки,  специальные наплавочные проволоки  и легированные ленты, в том  числе спеченные. Наплавка производится под флюсами АН-20, АН-26 и др., которые выбирают в зависимости от состава электродного металла.

2. Применение порошковой проволоки  или порошковой ленты и обычных  плавленых флюсов. Порошковая проволока  или лента расплавляется в дуге и образует однородный жидкий расплав. Этот способ позволяет получить наплавленный металл с общим содержанием легирующих примесей до 40 - 50%. Марка порошковой проволоки или ленты выбирается в зависимости от необходимого типа наплавленного металла и его требуемой твердости.

3. Применение обычной низкоуглеродистой  проволоки или ленты и легирующих  наплавленных флюсов (керамических). Этот способ позволяет ввести  в наплавленный металл до 35% легирующих  примесей. При наплавке наибольшее  применение получили керамические флюсы АНК-18 и АНК-19, обеспечивающие хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлаковой корки, высокую стойкость наплавленного металла против образования пор и трещин.

4. Применение обычной низкоуглеродистой  проволоки или ленты и обычных плавленых флюсов с предварительной укладкой легирующих материалов на поверхность наплавляемого изделия.

Здесь возможна предварительная засыпка  или дозированная подача легирующих порошков, а также предварительная  укладка прутков или полосок легированной стали, намазывание специальных паст на место наплавки и др. Во всех случаях нанесенный легирующий материал расплавляется дугой и переходит в наплавленный металл.

В связи с тем что в технологии выполнения между наплавкой и  сваркой много общего, для наплавки применяется то же оборудование, что и при сварке соответствующими способами.

Наплавку углеродистых и низколегированных  сталей выполняют под плавлеными флюсами ОСЦ-45, АН-348-А. Флюс АН-60 пригоден для одно- и многоэлектродной наплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на нормальных и повышенных скоростях, а также для наплавки электродными лентами.

Наплавку легированных сталей производят под низкокремнистыми плавлеными флюсами  АН-22, АН-26 и др., а высоколегированные хромоникелевые стали и стали других типов с легкоокисляющимися элементами (титан, алюминий) - под фторидными флюсами АНФ-1 и АНФ-5.

Для предупреждения образования шлаковых включений и непроваров в наплавленном слое при многослойной наплавке необходимо тщательно удалять шлаковую корку с предыдущих слоев.

Дуговая наплавка в защитных газах. Наплавку в защитных газах применяют в тех случаях, когда невозможны или затруднены подача флюса и удаление шлаковой корки. Преимуществами данного вида наплавки являются визуальное наблюдение за процессом и возможность его широкой механизации и автоматизации с использованием серийного сварочного оборудования. Ее применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях, внутренних поверхностей, глубоких отверстий, мелких деталей и сложных форм и т.п. Технология выполнения наплавки в защитных газах во многом сходна с технологией наплавки под флюсом, отличие лишь в том, что вместо флюсовой применяют газовую защиту зоны сварки. Помимо перечисленных преимуществ это освобождает сварщика от необходимости засыпки флюса и удаления шлака. С целью уменьшения разбрызгивания металла наплавка в защитном газе производится самой короткой дугой. Наплавку плоских поверхностей во избежание коробления деталей производят отдельными участками «вразброс». Цилиндрические детали можно наплавлять по винтовой линии как непрерывным валиком, так и с поперечными колебаниями электрода: Короткие участки могут наплавляться продольными валиками вдоль оси цилиндрической детали, но здесь возможно возникновение деформаций, которые в процессе наплавки следует уравновешивать. Для этого наплавка каждого последующего валика должна производиться с противоположной стороны по отношению к уже наплавленному. При наплавке внутренних цилиндрических и конических поверхностей применяют специальные удлиненные мундштуки.

Наплавка может производиться  в углекислом газе, аргоне, гелии  и азоте. Высоколегированные стали, а также сплавы на алюминиевой  и магниевой основе наплавляются в аргоне или гелии. Наплавка меди и некоторых ее сплавов может производиться в азоте, который ведет себя по отношению к ней нейтрально. При наплавке углеродистых и легированных сталей используют более дешевый углекислый газ. Наплавка может производиться как плавящимся, так и неплавящимся электродами. Неплавящийся вольфрамовый электрод обычно применяют при наплавке в аргоне и гелии. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. Учитывая, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, в наплавочную проволоку обязательно вводят раскислители (марганец, кремний и др.). При наплавке применяют как проволоку сплошного сечения, так и порошковую. Для наплавки деталей из углеродистых и низколегированных сталей с целью восстановления их размеров применяют сварочные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, а также наплавочные Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА и др. При необходимости получения наплавленного слоя с особыми свойствами применяют порошковые проволоки.

Недостатком способа является то, что в процессе наплавки в углекислом газе наблюдается сильное разбрызгивание жидкого металла, приводящее к налипанию брызг на мундштук и засорению сопла горелки. Кроме того, возможность сдувания газовой струи ветром затрудняет наплавку на открытом воздухе.

Дуговая наплавка порошковыми  проволоками. Наплавка порошковой проволокой с внутренней защитой основана на введении в сердечник проволоки кроме легирующих компонентов также шлакообразующих и газообразующих материалов. Применение флюсовой и газовой защиты при наплавке такой проволокой не требуется. Легирующие элементы порошковой проволоки переходят в шов, а газо- и шлакообразующие материалы создают защиту металла от азота и кислорода воздуха. В дуге тонкая пленка расплавленного шлака покрывает капли жидкого металла и изолирует их от воздуха. Разложение газообразующих материалов создает поток защитного газа. После затвердевания на поверхности наплавленного валика образуется тонкая шлаковая корка, которая может не удаляться при наложении последующих слоев. При наплавке используют различные самозащитные порошковые проволоки. Для наплавки низкоуглеродистых слоев используют сварочные проволоки типа ПП-АН3 и др. Для получения слоев с особыми свойствами применяют специальные проволоки. Так, для наплавки деталей, работающих при больших давлениях и повышенных температурах, применяют порошковую проволоку ПП-3ХВ3Ф-О, наплавку деталей, подвергающихся интенсивному абразивному износу, производят самозащитной порошковой проволокой ПП-У15Х12М-О (буква О в обозначении марки порошковой проволоки указывает, что данная порошковая проволока предназначена для наплавки открытой дугой).

Технология выполнения наплавки самозащитной порошковой проволокой в основном ничем  не отличается от технологии наплавки в углекислом газе. Открытая дуга дает возможность точно направлять электрод, наблюдать за процессом формирования наплавляемого слоя, что имеет большое значение при наплавке деталей сложной формы. Одним из преимуществ этого способа является применение менее сложной аппаратуры по сравнению с аппаратурой, применяемой при наплавке под флюсом и защитном газе, а также возможность выполнять наплавочные работы на открытом воздухе; увеличивается производительность по сравнению с наплавкой под флюсом и в защитных газах, снижается себестоимость наплавляемого металла.

Плазменная наплавка и напыление. Сущность этого метода заключается в том, что нагрев присадочного металла и основного осуществляется сжатой дугой или газовой плазмой, выделенной или совпадающей со столбом дуги. Механизм образования наплавленного слоя такой же, как и при других способах дуговой наплавки. Из наплавочных материалов при плазменной наплавке используют проволоку,  прутки и порошки. Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу показана на рис. 17. Между вольфрамовым электродом 1 и внутренним соплом 2 возбуждают дугу. Плазмообразующий газ, проходя через нее, создает плазменную струю 3 косвенного действия, которая обеспечивает расплавление присадочного порошка.

 

Рис. 17 Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу

 

 Другая дуга 4 прямого действия, горящая между электродом 1 и основным  металлом 5, совпадает с плазменной  струей прямого действия. Последняя  создает необходимый нагрев поверхности,  обеспечивая сплавление порошка  и основного металла. Изменяя  значение силы тока сжатой дуги прямого действия, можно достичь минимальной величины проплавления основного металла. Толщину наплавленного слоя можно изменять в пределах 0,3 - 10 мм с разбавлением основным металлом от 3 до 30%. При плазменной наплавке с присадочной проволокой косвенная дуга горит между вольфрамовым электродом и соплом, а дуга прямого действия - между вольфрамовым электродом и присадочной проволокой. От этих дуг получает теплоту и основной металл. Изменяя силу тока, регулируют долю основного металла и производительность наплавки. Наплавляемое изделие в этом случае в сварочную цепь не включено.

Из защитных газов при плазменной наплавке применяют аргон, азот, углекислый газ, смеси аргона с гелием или  азотом и др. Выбор защитного газа связан со степенью его воздействия на наплавляемый и основной металлы. В качестве плазмообразующего могут применяться аргон, гелий, углекислый газ, воздух и др. Для обеспечения стабильного протекания процесса наплавки необходимо применять неплавящиеся электроды из такого материала, который способен без разрушения выдерживать нагревание до высоких температур. Таким требованиям лучше всего отвечают электроды из чистого вольфрама или с присадками диоксида тория, оксидов лантана и иттрия. Преимущества этого вида наплавки - малая глубина проплавления основного металла, возможность наплавки тонких слоев, высокое качество и гладкая поверхность наплавленного металла.