Предупреждение кристаллизационных трещин при наплавке

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Приазовский государственный  технический университет

кафедра «Металлургии и  технологии сварочного производства»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по курсу «Технология  и оборудование для наплавки»

по теме «Предупреждение кристаллизационных трещин при                     наплавке»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Выполнила 

студентка

                                                    группы ТиОН-08-1

                                                     Гречишкин И.А.

 

Проверил

Гулаков С.В

 

 

 

 

 

 

Мариуполь 2012

 

 

Литература :

1. И.И. Фрумин «Автоматическая электродуговая наплавка»
2. К.В. Багрянский  «Электродуговая сварка и наплавка под керамическими флюсами»
3. Виноградов В.С. «Оборудование и технология дуговой автоматизированной и механизированной сварки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предупреждение кристаллизационных трещин при наплавке

Регулирование доли основного  металла

При однослойной наплавке, а также при выполнении первого  слоя многослойной наплавки глубокий провар , свойственный сварке под флюсом , может вызвать обогащение наплавленного валика углеродом, серой и другими примесями из основного металла. В результате возникают кристаллизационные трещины. Таково происхождение трещин, наблюдаемых при неудачной технологии наплавки деталей, изготовленных из стали марок 65, 70 и др.

(например, крановых колес, бандажей вагонных колес, дисковых ножей и т.п.)

Для предупреждения подобных трещин нужно тем или  иным путем  снизить долю основного металла  в составе наплавленного валика – величину γ.

Уменьшение тока и  скорости перемещения дуги позволяет  уменьшить γ приблизительно до 0,4-0,5. Дальнейшее снижение приводит к ухудшению  формирования и к появлению непроваров.

Средством уменьшения доли основного металла является предложенная Б.А Ивановым сварка по присадочной проволоке. Для наплавки этот метод пригоден лишь в редких случаях. Недостатком его является необходимость придавать присадочным пруткам точно заданную форму, например завивать их по винтовой лини. Прутки нужно предварительно прихватить в нескольких местах, иначе они коробятся и отходят от основного металла. Такая подготовка изделий под наплавку слишком трудоемка.

Более удобна наплавка с  непрерывной подачей в дугу присадочной проволоки(добавочного электрода). Однако в этом случае для наплавки требуется специальный аппарат с независимой подачей двух проволок.

Удовлетворительные результаты дает наплавка постоянным током прямой полярности ( электрод- минус). Формирование получается хуже, чем при обратной полярности, но зато величина γ может быть на 15 -20 % ниже, чем при наплавке переменным током, и на 25-30 % ниже, чем при наплавке постоянным током обратной полярности.

Уменьшение проплавления основного  металла может быть достигнуто с  помощью сварки двумя дугами; ток первой дуги  должен быть меньше, чем ток второй, и расстояние между дугами должно быть достаточно велико, чтобы обе сварочные ванны были разделены (рис.95). Кроме уменьшения доли основного металла, здесь достигается своего рода подогрев за счет тепла первой дуги, что способствует предупреждению трещин.

Действенным средством уменьшения γ, постоянно применяемым для  регулирования доли основного металла  при автоматической наплавке тел  вращения, является уменьшение шага наплавки. Этот метод надежен и удобен при наплавке по винтовой линии изделия, изготовленного из металла с высоким содержанием углерода.

Различные приемы уменьшения γ для предупреждения трещин используются при наплавке для восстановления размеров ( без повышения износостойкости), а также для облицовки подлежащих сварке кромок деталей, изготовленных из углеродистых и среднелегированных сталей. Наплавленный металл в основном представляет собой низкоуглеродистую сталь. Чтобы слой, наплавленный без подогрева, был свободен от трещин, содержание углерода не должно превышать 0,25 %.

 

Для износостойкой наплавки этого недостаточно. Меры по уменьшению доли основного металла должны быть дополнены регулированием состава и структуры плавленого металла и в необходимых случаях- предварительным подогревом.

Регулирование состава  и структуры наплавленного металла

Выбор химического состава наплавленного металла при износостойкой наплавке определяется условиями службы изделия. Для повышения износостойкости требуется повышенное содержание углерода, хрома и других примесей. Тем не менее, не редко удается с помощью флюса металлургически обработать металл так, чтобы уменьшить или совсем исключить возможность образования трещин. Для этой цели нужно как можно лучше удалить серу, уменьшить содержание кремния, дополнительно легировать металл марганцем и , что особенно важно, сохранить полезные модификаторы наплавленного металла, не допустить их перехода в шлак.

Перечисленные задачи могут  быть успешно решены при использовании  низкокремнистых флюсов. Показательные  данные в отношении примесей, имеющих наибольшее значение для возникновения трещин, представлены в таблице 34. Многослойная наплавка производилась на режиме: ток _ 400 А, напряжение дуги – 30- 34 В, скорость перемещения дуги – 20 м/час, диаметр  электродной проволоки – 3 мм.

Из этих данных следует, что наиболее сильным обессеривающим действием обладает флюс АН-10;кроме  того, он активно окисляет углерод  и кремний и легирует металл марганцем.

Вместе с тем, если требуется сохранить в металле такие легко окисляющиеся примеси , как титан или алюминий, предпочтение заслуживают флюсы АН-30, АН-20, АН-22. В присутствии модификатора увеличивается число возникающих дендритных кристаллов , дендриты разветвляются и растворяются; транскристаллизация в значительной мере устраняется. В результате модифицирования удается рассредоточить легкоплавкие эвтектики , выделяющиеся при кристаллизации, устранить их появление в виде пленок на границах столбчатых кристаллов. Это способствует предупреждению трещин.

При сварке и наплавке проволокой Х20Н10Г6 наблюдалось образование  горячих трещин в металле шва. Введение в состав проволоки титана и изменение флюса АН-22 позволило  полностью исключить образование трещин, главным образом благодаря модифицированию и измельчению первичной структуры металла шва.

Присадка титана в  количестве 1,0- 1,6 % позволяет значительно уменьшить склонность к кристаллизационным трещинам при наплавке металла с содержанием углерода до 2,8 %. При этом наблюдается разрушение столбчатой структуры наплавленного металла и равномерное распределение карбидной составляющей.

Влияние режима наплавки на состав наплавленного металла  может быть использовано для предупреждения трещин. Сварку или наплавку первого слоя производят малым током, при повышенном повышенным напряжении дуги и при малом шаге наплавки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предварительный подогрев

Изобретатель электросварки  Н.Г Славянов считал подогрев наиболее надежный способ предупреждения трещин. По существу без подогрева нельзя избежать трещин в наплавленном слое, если наплавленный металл представляет собой высокоуглеродистую инструментальную сталь.

Желательно, чтобы температура  подогрева была минимальной , в особенности при наплавке громоздких, тяжелых изделий.

Ввиду множества факторов, от которых зависит склонность к трещинам, пока не представляется возможным определить минимально необходимую температуру подогрева расчетным путем. Наиболее надежные результаты дает опты, если он проводится в достаточно близких к действительности условиях.

для определения минимальной  температуры подогрева, необходимой  при наплавке слоя стали 3Х2В8 проволокой ПП-3Х2В8 под флюсом АН-20, была проведена опытная наплавка  натурных валков. Режим плавки во всех опытах был одинаковый, изменялась лишь температура подогрева. Наплавленные валки, на которых не было видимых трещин, подвергали обточке, после чего наличие трещин исследовали с помощью магнитного порошка и травления раствором (NH₄)₂S₂O₈.Результаты опытов:

 

 

 

На основании этих опытов минимальная температура  подогрева была установлена – 350^о.

При более жестких условиях ( например, при наличии готовых надрезов) требуется подогрев более высокой  температуры. Было установлено, что между скоростью охлаждения и склонностью к трещинам нет прямой связи. Независимо от режима наплавки при температуре наплавляемой детали 20, 150 и 200^о в наплавленном валике и в кратере наблюдалось много трещин. При подогреве до 240- 340^о трещины наблюдались только в кратере. Подогрев до 500^о позволил полностью устранить трещины. Эта температура и была принята как необходимая для устранения трещин в производственных условиях .

В различных видах подогрев деталей  перед наплавкой широко применяется  в промышленности.

Предварительный подогрев изделия  является также надежным методом  предупреждения околошовных трещин, так как способствуют распаду  аустенита при температурах выше мартенситной точки, и позволяет уменьшить скорость охлаждения в интервале мартенситного превращения. Если исключить образования мартенсита в околошовной зоне, то возникновение околошовных трещин будет исключено.

Мерами предупреждения хрупких трещин служат:

а) предварительный подогрев изделия ( по возможности сквозной нагрев всего сечения)

б) замедленное охлаждение после наплавки ( тем медленнее, чем больше масса наплавленного изделия)

В этом случае степень неравномерности нагрева меньше, а значит, уменьшаются и напряжения. При медленном остывании происходит частичная релаксация напряжений. В итоге трещины удается предупредить. Во многих случаях для снятия остаточных напряжений, способствующих появлению трещин при работе изделия, весьма полезен отпуск наплавленного изделия при температуре от 400 до 550^о.