Наплавленням називається процес нанесення шару розплавленого металу або сплаву на поверхню виробу. Наплавлення використовують для відновлення спрацьованих деталей та отримання виробів із заданими властивостями поверхні: стійкістю проти спрацювання, жароміцністю, жаро й кислотостійкістю, анти фракційністю та ін. Використання наплавлення знижує витрати дорогих і дефіцитних легованих сталей, спеціальних сплавів, підвищує надійність і терміни роботи машин (механізмів). Наплавлення проводять при відновленні зношених і при виготовленні нових деталей машин і механізмів. Найчастіше наплавлення застосовується при ремонтних роботах. Відновленню підлягають корпусні деталі різних двигунів внутрішнього згоряння, розподільні та колінчасті вали, клапани, шківи, маховики, маточини коліс тощо.
Використовується ручне дугове наплавлення плавкими й неплавкими електродами; автоматичне та напівавтоматичне наплавлення під флюсом і в захисних газах; плазмове, вібро дугове, електрошлакове, індукційне, імпульсно-дугове й газове наплавлення. Найчастіше наплавлення виконують електричною зварювальною дугою.
На відміну від зварювання при наплавленні приймає участь невелика кількість основного металу, яка проплавляється на малу глибину. Тому внутрішні напруги та деформації й схильність виробу до утворення тріщин незначні. Задані властивості наплавленого шару одержують введенням до його складу легуючих елементів. Легування виконують за рахунок взаємодії металу та шлаку, поглинанням елементів із навколишнього газового середовища, введенням у зварну ванну металевих добавок. Найважливішим при наплавленні є одержання однорідного хімічного складу наплавленого металу та заданих властивостей виробу.
Механізоване наплавлення відрізняється від ручного безперервністю процесу завдяки використанню електродного дроту або стрічки і спеціальних пристроїв для подачі електродного матеріалу та механізмів для пересування джерела теплоти або на плавильного виробу.
Ручна дугова наплавка
Ручне дугове наплавлення застосовують при відновленні зношених поверхонь, відновлення шлюбу лиття і для наплавлення поверхонь зі спеціальними властивостями.
Ручне дугове наплавлення виконують покритим електродом, що плавиться і не плавиться електродами. Перед наплавленням плавиться поверхню деталі повинна бути ретельно зачищена, після чого приступають до наплавленні металу окремими валиками. При цьому кожний наступний валик повинен розплавляти попередній на 1 /3-1 /2 ширини. Електроди вибирають, виходячи з умов експлуатації наплавлюваного поверхні.
Порошкові суміші наплавляют вугільним (графітовим) електродом постійним струмом прямої полярності. На очищену від забруднень поверхню насипають тонкий шар флюсу (02-03 мм), найчастіше прокаленную буру, потім шар шихти заввишки 3-5 мм і шириною 20-60 мм. Дугу збуджують на основному металі, потім переносять на шихту, шихта розплавляється з мінімальним проплавленням основного металу.
Можна проводити наплавлення в інертних газах і плавиться. Однак застосування тієї ж технології, що і для зварювання, веде до підвищеного вмісту основного металу в наплавленні. Тому використовують додаткову присадні дріт.
Цей спосіб широко використовують при наплавленні високолегованих хромонікелевих сталей і сплавів.
Плазмова наплавка здійснюється декількома способами: - плазмою прямої дії з подачею присадного наплавочного дроту; - З подачею присадочного порошку в плазмовий струмінь; - По шару легуючого матеріалу, нанесеного на поверхню виробу; - З струмоведучих присадочного дротом; - З двома плавкими електродами.
Електрошлакове наплавлення виробляється на плоскі і циліндричні поверхні для створення поверхневих шарів з особливими властивостями і для створення проміжних шарів на крайках заготовок для подальшої зварювання. Техніка електрошлакового наплавлення принципово не відрізняється від техніки зварювання.
Вібродугову наплавку застосовують в основному як засіб відновлення швидкозношуваних деталей верстатного, металургійного, сільськогосподарського обладнання. Цьому виду наплавлення можуть піддаватися деталі діаметром 8- 10 мм і вище. Сутність вібродугово наплавлення полягає в тому, що наплавку здійснюють за допомогою спеціальної голівки, що забезпечує подачу і вібрацію електродного дроту. Вібрація електрода полегшує збудження дуги і підвищує стабільність процесу. При наплавленні електричні розряди чергуються з короткими замиканнями. У зону наплавлення і дуги подається лужна емульсія, в деякій мірі захищає метал від впливу повітря в процесі наплавлення і охолоджуюча деталі, в зв'язку з чим зменшуються зона термічного впливу і зварювальні деформації і підвищується твердість наплавленого шару.
Наплавлення газокисневого полум'я застосовують рідко через відносно великих деформацій наплавляються деталей. Газокисневі полум'я використовують головним чином для наплавлення литими твердими сплавами.
Приклади застосування наплавки інструментів і деталей з вуглецевих і конструкційних сталей.
Тверді наплавки застосовують при виготовленні нових і відновленні спрацьованих деталей, які піддаються швидкому спрацьовуванню. Для їх одержання використовують тверді сплави, порошкові або зерноподібні суміші, спеціальні наплавні електроди, порошкові дроти або стрічки, чавунну суцільну стрічку і легуючі флюси.
До литих твердих сплавів належать пруткові сплави, що виготовляються на вольфрамохромокобальтовій основі типу ВКЗ, а також на хромо-залізонікелевій основі типу сормайт. Цими сплавами провадиться наплавлення за способом Слов'янова або ацетиленово-кисневим полум'ям деталей машин, які працюють на стирання, штампів для гарячого і холодного штампування, ущільнюючих поверхонь пароводяної арматури, що працює при високих параметрах пари і т. д. Твердість (НRС 40-- 60) наплавок досягається за рахунок введення вольфраму, хрому, вуглецю, марганцю і інших елементів, що входять до складу цих сплавів. До порошкових або зернистих сумішей належать сталініт і вокар. Сталініт являє собою суміш, що складається з ферохрому, феромарганцю, чавунної стружки і нафтового коксу. До складу вокару входить вуглець, кремній, вольфрам і залізо. Більш широке застосування має сталініт, яким за допомогою вугільної дуги наплавляють зуби екскаваторів, ножі бульдозерів, щоки каменедробарок та ін. При наплавленні сталінітом твердість наплавок досягає НRС 60 і вище.
Для одержання наплавок, що мають твердість НRС 25--67, у промисловості застосовують значне число різних марок електродів.
Так, наприклад, для наплавлення залізничних рейкових кінців і хрестовин та автотракторних деталей, середня твердість яких повинна бути НRС 25--40, використовують електроди, якими легують метал наплавок хромом і марганцем або одним марганцем, що міститься в електродному покритті. При наплавленні деталей дробильно-розмельного устаткування, землерийних і будівельношляхових машин застосовують електроди, які забезпечують одержання наплавок високої твердості (НRС 58--64). Це досягається за рахунок хрому, вуглецю і бору, що переходять у наплавлений метал з електродних покриттів.
При виготовленні наплавленого різального інструменту з матеріалу типу швидкорізальної сталі Р18, який має твердість близько HRС 62--67, наплавлений метал легують вольфрамом, хромом, ванадієм і іншими елементами, що входять в електродні стержні чи електродні покриття.
При виготовленні зубців ковшів екскаваторів, траків гусеничних тракторів, щок каменедробарок і інших деталей, які швидко спрацьовуються, досить часто використовують високомарганцевисту литу сталь, що містить 11--16% марганцю і 0,8--1,4% вуглецю.
Вироби з цієї сталі після сильного спрацьовування піддаються відновлювальному наплавленню електродуговим способом.
У більшості випадків застосовують наплавлення ручним способом за допомогою електродів, які забезпечують одержання високомарганцевистих або хромонікелевих аустенітних наплавок невисокої твердості (порядку НВ 180-- 280), але великої в'язкості і високої зносостійкості. Для одержання аустенітної структури метал наплавок при яскраво-червоному гартуванні рекомендується охолоджувати водою або струменем стисненого повітря.
Матеріали для наплавки.
За способом виробництва матеріали для наплавлення поділяють на покриті електроди, наплавлю вальні суцільні дроти й стрічки, флюси, порошкові дроти та стрічки, прутки й зернисті (порошкоподібні) сплави. Для наплавлення матеріали підбирають залежно від призначення і необхідної твердості наплавленого шару.
Для відновлення форми і розмірів деталей використовують звичайні зварювальні дроти та електроди, які дають наплавлений метал низької твердості. За ГОСТ -10543-82 виготовляється сталевий наплавлю вальний дріт діаметром від 0,3 до 8 мм. Стандартом передбачений вуглецевий дріт 9 марок (Нп-25, Нп-85 та ін.), легований дріт 11 марок (Нп-40Г, Нп-30ХГСА та ін.), високолегований дріт 10 марок (Нп-20Х14, Нп-30Х10Г10Т, Нп-Х20Н80Т та ін.).
ГОСТ 10051-75 передбачає 44 типи покритих електродів для наплавлення поверхневих шарів з особливими властивостями, які забезпечують твердість наплавленого шару від 28 до 66 HRC. Застосування, режими наплавлення та характеристика покритих електродів.
Порошковим дротом наплавляють вироби під флюсом, у захисних газах і відкритою дугою. Для наплавлення під флюсом деталей з вуглецевих сталей використовують порошкові дроти марок ПП-АН120, ПП-АН121, ПП-АН122, для наплавлення високо марганцевих сталей — ПП-АШ05, для наплавлення високо хромистих сталей — ПП-АН170.
Для наплавлення під флюсом і відкритою дугою застосовують універсальні порошкові стрічки марок ПЛ-АН101, ПЛ-АН102. При наплавленні порошковим дротом використовують струми меншої величини ніж для зварювання. При цьому глибина проплавлення металу виробу знижується, а наплавлений метал менше перемішується з основним і твердість наплавленого шару зростає.
Для наплавлення в середовищі аргону і газокисневим полум'ям використовують прутки з литих твердих сплавів. їх випускають діаметром 6-8 мм і довжиною до 400 мм.
Для наплавлення також використовують спеціальні зернисті (порошкоподібні) сплави:
Вокар — зерниста суміш подрібненого вольфраму і вуглецю; використовується для наплавлення бурового інструмента. Твердість першого шару становить 50-58 HRC, другого — 61-63 HRC.
Вісхом складається з 5% ферохрому, 15 феромарганцю, 74 чавунної стружки і 6% графіту. Використовується для наплавлення лемехів, дисків, зубів та інших деталей сільськогосподарських машин. Твердість наплавлення становить 250-320 НВ.
Боридна порошкова суміш БХ складається з 50% бори дів хрому і 50% залізного порошку. Твердість наплавленого шару становить 82-84 HRA.
Карбідна - бори дна порошкова суміш КБХ(5% хрому, 5 бориду хрому, 60 ферохрому, 30% залізного порошку).
Сталініт М складається з порошків вуглецевого ферохрому, феромарганцю, нафтового коксу з чавунною стружкою. Використовують для наплавлення ковшів екскаваторів, ножів бульдозерів тощо. Твердість наплавленого шару становить 52HRC. Співвідношення значень твердості, визначеної різними методами.
Для автоматичного та напівавтоматичного наплавлення використовують ті самі флюси, що й для зварювання. Хромонікелеві сталі наплавляють під флюсом марки АН-26, високо хромисті чавуни — АН-28. Електрошлакове наплавлення виконують із флюсами АН-8, АН-25. Наплавлення коліс мостових кранів, опорних котків і роликів гусеничних тракторів виконують з керамічним флюсом АНК-18. Робочі поверхні бульдозерів, грейдерів наплавляють із флюсом АНК-19.
Параметри режиму наплавки
Велике значення для якості та формування наплавляємого шару має частка основного і присадочного металу. Ця частка залежить не тільки від способу наплавлення, але особливо від режиму наплавки.
Наприклад, при наплавленні під флюсом вплив режиму на якість наплавляемого шару більше, ніж при ручному наплавленні покритими електродами, що пояснюється великим проплавлением основного металу. Перевагою наплавлення порошковим дротом (або стрічкою) є менша щільність струму, що забезпечує меншу глибину проплавлення основного металу і, як наслідок, менше перемішування його з наплавляються металом.
При нанесенні шару у вигляді окремих валиків має бути забезпечено оптимальне перекриття валиків при ручному наплавленні на 0,30-0,35 ширини,
Ручне дугове наплавлення виробляють електродами з діаметром стрижня 4-5 мм. Зварювальний струм становить 160-250 А. Напруга дуги - 22-26 В. Наплавлення про
проводять короткою дугою на постійному струмі зворотної полярності. При наплавленні перегрів наплавленого шару не допускається.
За хімічним складом і фізико-механічними властивостями наплавлений метал буде відрізнятися як від основного, так і від присадочного металу.
Одним з важливих параметрів процесу наплавлення є глибинапроплавлення основного металу: чим менше глибинапроплавлення, тим менше частка основного металу в наплавленому. Хімічний склад наплавленого металу буде ближче до присадних. Зазвичай хімічний склад присадочного металу і металу наплавлення вирівнюється в другому-третьому шарі.
З іншого боку, на глибині проплавлення розташовується перехідна зона від основного металу до наплавленого. Метал перехідної зони через великі швидкості охолодження металу шва, має підвищену схильність до утворення холодних тріщин через велику неоднорідності хімічного складу металу і відповідно великий різниці коефіцієнтів лінійного розширення. Звідси випливає, що чим більше глибинапроплавлення, тим більше зона ослабленого ділянки і тим нижче міцність деталі. І, навпаки, чим менше глибинапроплавлення, тим в меншій мірі втрачається міцність деталі.
Метал наплавлення за хімічним складом наближається до присадних, при цьому відпадає необхідність в накладенні другого шару.
Виходячи з викладеного, вибір обладнання для наплавлення, режимів і технології повинен проводитися з умови забезпечення мінімальної глибини проплавлення основного металу h і заданої величини наплавленого шару.
Висота наплавленого шару ha складається з величини зносу / ги, товщини дефектного шару і висоти нерівностей.
На практиці величина дефектного шару приймається рівною 1,5-2,0 мм, висота нерівностей - 1,0-1,5 мм:
К = К + (2,5-3,5) мм.
При товщині наплавленого шару більше 5 мм наплавку бажано вести в два шари для зменшення глибини проплавлення.
Вибір режимів наплавлення залежить від товщини наплавленого шару.
Вибір наплавлювальних матеріалів проводиться виходячи з вимог, що пред'являються до металу, що труться в залежності від виду зношування. Наприклад, для умов абразивного зношування потрібна висока твердість наплавленого металу, яка забезпечується використанням наплавлювальних матеріалів з підвищеним вмістом вуглецю, хрому, марганцю, вольфраму.
Для умов корозійного зношування корозійностійкість досягається легуванням металу хромом у кількості більше 12% (нержавіючі сталі).
Режими і технологія наплавлення призначаються в залежності від необхідної висоти наплавленого шару. У поняття режиму входить вибір сили струму, напруги та швидкості наплавлення. Сила струму і напруга повинні бути мінімальними, але забезпечувати стабільне горіння дуги.
Величина сили струму визначається в основному діаметром електрода. Для наплавних робіт, застосовуються електроди малих діаметрів (4,0-5,0 мм).
Вибір зварювального обладнання проводиться відповідно до режиму наплавлення. Параметри джерела струму повинні забезпечувати задані режими наплавлення.
Ручна дугова наплавка застосовується при індивідуальному способі виконання ремонтних робіт.
Вибір марки електродів проводиться виходячи з вимог, що пред'являються до металу поверхні в залежності від умов роботи деталей.
Для відновлення деталей типу валів, що працюють при нормальних умовах, рекомендуються електроди 03H-400, що забезпечують твердість НВ 375-425 без термічної обробки.
Наплавлення деталей, що працюють при коррозійному зношуванні, виконується електродами ЦП-6М, хімічний склад наплавленого металу 08X17 Н8 С6 Г або ЦН-5 (24X12). Для деталей, що працюють в умовах абразивного зносу, рекомендуються електроди Т-590 (Е-320Х25 С2ГР).
Режими наплавлення вказуються на пачках електродів.
Корисні посилання:https://www.youtube.com/watch?v=36JMuYb_avc
Контрольна робота
- Наплавленням називається______________
- Ручне дугове наплавлення застосовують_____________
- Ручне дугове наплавлення виконують_______________
- Вугільним (графітовим) електродом наплавляють_____________
- Застосування наплавлення
- Матеріали для наплавлення поділяють на______________
- Для наплавлення під флюсом використовують порошкові дроти марок____________
- Для наплавлення під флюсом і відкритою дугою застосовують універсальні порошкові стрічки марок________________
- Для наплавлення в середовищі аргону використовують прутки
- Ручне дугове наплавлення виконують електродами з діаметром__________
- Зварювальний струм становить_________________
- Напруга дуги_____________
- Наплавлення проводять короткою дугою на постійному струмі______________
- Вибір режимів наплавлення залежить від____________
- Величина сили струму визначається
- Для чого використовують наплавлення
- Охарактеризуйте особливості наплавлення
- Охарактеризуйте покриті електроди для наплавлення
- Які особливості техніки наплавлення
- Які є види наплавлення
- У чому суть вібродугового наплавлення
- Яким чином виконують наплавлення струмами високої частоти
- Що називають продуктивністю наплавлення