Переваги та недоліки:

До основних переваг газополум'яного напилення покриттів відносяться:

• можливість отримання покриттів з більшості матеріалів, що плавляться при температурі до 2800 ° С без розкладання;

• відносно мала тепловий вплив на підкладку (в межах 50-150 ° С), що дозволяє наносити покриття на поверхню широкого кола матеріалів, включаючи пластмаси, дерево, картон і т. п.;

• товщина покриття може бути забезпечена в межах від 50 мкм до 10 мм і більше;

• можливість регулювання газового режиму роботи пальника дозволяє керувати хімічним складом середовища (відновлювальна, нейтральна, окислювальна) і енергетичними характеристиками струменя і напилюваних частинок;

• висока продуктивність процесу (до 10 кг / год), наприклад, 8-10 кг / год для порошків самофлюсуючі сплавів типу ПГ-СР4 при витраті ацетилену 0,9 м3 / ч і високий коефіцієнт використання матеріалу (0,60-0,95) ;

• можливість нанесення покриттів на вироби практично без обмеження їх розмірів при наявності необхідних засобів механізації та забезпеченні правил техніки безпеки;

• відносно низький рівень шуму (див. Засоби захисту від шуму) і випромінювань;

• можливість у багатьох випадках нанесення покриттів при будь-якому просторовому положенні апарату;

• легкість і простота обслуговування обладнання;

• гнучкість технології та мобільність обладнання, що дозволяє виробляти газополум'яне напилення на місці, без демонтажу виробів;

• можливість автоматизації процесу і встройки в автоматичну лінію з невеликими витратами і ін

Основними недоліками газополум'яного методу напилення покриттів є:

• недостатня в деяких випадках міцність зчеплення покриттів з основою (5-45 МПа) при випробуванні на нормальний відрив;

• наявність пористості (зазвичай в межах 5-25%), яка перешкоджає застосуванню покриттів в корозійних середовищах без додаткової обробки;

• невисокий коефіцієнт використання енергії газополум'яної струменя на нагрів порошку (2-12%);

• неможливість нанесення покриттів з тугоплавких матеріалів з температурою плавлення понад 2800 ° С.

Електродугова напилення.

Процес електродугового напилення здійснюється спеціальним апаратом, який діє таким чином. За допомогою протяжних роликів по напрямних наконечникам безперервно подаються дві дроту, до яких підключений електричний струм. Виникає між дротами дуга розплавляє метал. Одночасно з повітряного сопла в зону дуги надходить стиснений газ під тиском 0,6 МПа. Велика швидкість руху частинок металу (120 ... 300 м / с) і незначний час польоту, обчислювана тисячними частками секунди, зумовлюють в момент удару об деталь її пластичну деформацію, заповнення частинками пор поверхні деталі, зчеплення частинок між собою та з поверхнею, в результаті чого утворюється суцільне покриття. Послідовним нашарування розплавленого металу можна отримати покриття, товщина шару якого може бути від кількох мікрон до 10 мм і більше.

Особливістю електродугового напилення є утворення кількох максимумів в факелі розпилення. Це пов'язано з тим, що струмінь стисненого повітря розтинають електродними дротами на два або три потоки, в залежності від кількості дротів, що подаються у вогнище плавлення. У кожному з цих потоків утворюється своя вісь максимальної концентрації розпорошених частинок.

Покриття наносять ручними апаратами ЕМ-3, ЕМ-9 і ЕМ-14 і верстатними ЕМ-6, МЕМ-1, ЕМ-12. Дріт подається в зону горіння повітряної турбинкой в ручних апаратах або електродвигуном в верстатних.

Рис. 2.4.4 Схема електродугового напилення:

1 - деталь, 2 - потік розплавлених частинок металу дротів, 3 - дріт.

Крім недоліків описаних вище способів напилення даний спосіб (рис.2.4.4) не дає високої міцності зчеплення покриття з деталлю.

Спостерігається також вигоряння легуючих елементів напилюваного металу. Однак на відміну від попередніх способів тут може бути використана дріт з легованих сталей, тобто покриття по своєму складу не буде сильно відрізнятися від матеріалу деталі.

Дугова наплавлення під шаром флюсу.

Суть наплавлення укладена в перенесенні металу дроту на відновлювану деталь при горінні електричної дуги.

Дугова наплавлення під шаром флюсу значно складніша як по підготовці поверхні, так і по самій технології наплавлення. Сутність наплавлення полягає в захисті електричної дуги і розплавленого металу від шкідливого впливу атмосферного повітря шаром зварювального флюсу.

З варювальна дуга при дугового наплавленні під флюсом (рис. 2.4.5) горить між електродом і деталлю в газовому міхурі в оболонці з розплавленого флюсу.

Рис. 2.4.5 Схема дугового наплавлення під шаром флюсу:

1 - флюс, 2 - електрод (дріт), 3 - деталь;

Зварювальний дріт, основний метал і флюс плавляться одночасно. Частина легуючих елементів при плавленні вигоряє. Використання флюсу зменшує розбризкування і угар металу, дозволяє застосовувати струми більшої щільності, ніж при ручному наплавленні покритими електродами, уповільнює процес затвердіння металу, створює сприятливі умови для виходу газів з шва, зменшує втрати тепла зварювальної дуги на випромінювання і на нагрів потоків навколишнього повітря.

Флюси застосовують в процесі наплавлення у вигляді зерен. Розплавлені флюси взаємодіють з оксидними плівками, обволікають зону наплавлення і ізолюють її від кисню та азоту повітря. Флюси діють як хімічні реагенти, утворюючи з оксидами легкі хімічні сполуки з низькою температурою плавлення. Утворилися шлаки спливають на поверхню розплавленого металу.

Розрізняють види наплавлення під шаром флюсу:

Одношарова наплавлення під флюсом.

Для наплавлення застосовували дріт різних марок, у тому числі пружинну 2 класу ГОСТ 1071-81, ОВС, НП-ЗОХГСА, Св-08, Св-10х13, Св-12ГС ГОСТ 792-67 та інші.

Наплавлення виробляли під флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 ГОСТ 9087-81 без примешивания і з примішування до флюсу графіту, ферохрому, феромарганцю, ферромолібдена, алюмінієвого порошку і інших компонентів для отримання наплавленого металу мартенситних структури з твердістю HCR 56-62 без пор і тріщин. Наплавлення виробляли при різному кроці, прямий і зворотній полярності, різних напруг дуги й індуктивності зварювального ланцюга, швидкості подачі електродного дроту і обертання деталі.

Всі різновиди одношарової наплавлення під флюсом не дали позитивних результатів. Наплавлений метал мав неоднорідну структуру і твердість, містив пори, тріщини і шлакові включення.

Двошарова наплавлення дротом Св-08 під легуючим шаром флюсу

Кращі результати з численних варіантів двошаровою наплавлення виходять при використанні маловуглецевої дроту Св-08 діаметром 1,6 мм і легуючого флюсу АН-348А (2,5 частини графіту, 2 частини ферохрому № 6 і 0,25 частин рідкого скла). Метал першого шару має аустенітні будова і твердість HRC 35-38. Другий шар має мартенситне будова і твердість HRC 56-62 і містить невелику кількість часу.

Недоліком цього способу наплавлення є утворення великої кількості тріщин в наплавленого шарі, що викликають підвищений знос сполучених вкладишів. Усталостная міцність чавунних колінчастих валів двигунів, відновлених двошаровою наплавленням під легуючим флюсом, знижується на 26-28%. Сильний нагрів вала також є істотним недоліком даного способу, практично не дозволяє використовувати його для валів двигунів.

Вибродуговая наплавлення.

Усунути перегрів вала дозволяє вибродуговая наплавлення. Вона відрізняється тим, що електродний дріт робить коливання щодо деталі з частотою 50 ... 100 Гц і амплітудою 1 ... 3 мм

з періодичним дотиком наплавлюваного поверхні. В зону наплавлення подають охолоджуючу рідину.

Вібрація електродного дроту забезпечує чергування короткого замикання, горіння дуги і холостого ходу. Електрод і деталь оплавляються за рахунок дугового розряду. Перенесення металу, що утворюється у вигляді краплі на кінці електрода в період горіння дуги, Відбувається переважно під час короткого замикання. Виникнення дугового розряду при розриві зварювального кола сприяє використання енергії електрорушійної сили самоіндукції, яка збігається за напрямом з напругою джерела струму.

На (рис. 2.4.6) показана принципова схема вибродуговой установки з електромеханічним вібратором.

Рис. 2.4.6 Схема установки для вибродуговой наплавлення:

1 - насос, 2 - бак; 3 - деталь, 4 - мундштук, 5 - механізм подачі; 6 - касета; 7 - вібратор; 8 - реостат; 9 - дросель.

Деталь 3, що підлягає наплавленні, встановлюється в центрах токарного верстата. На супорті верстата монтується наплавочний головка (ОКС-6569 або ОКС-1252), що складається з механізму 5 подачі дроту з касетою 6, електромагнітного вібратора 7 з мундштуком 4. Для живлення дуги використовують джерела постійного струму з жорсткою зовнішньою характеристикою (генератори АНД-500/250, випрямлячі НД-300 і НД-600, перетворювачі ПД-305 і ПСГ-500).

До наплавлюваного поверхні деталі, яка обертається в центрах токарного верстата, роликами подаючого механізму з касети через вібруючий мундштук подається електродний дріт. Через коливання мундштука, що викликаються ексцентриковим механізмом, дріт періодично торкається до поверхні деталі і розплавляється під дією імпульсних електричних розрядів, що надходять від генератора. Вібратор створює коливання кінця електрода з частотою 110 Гц і амплітудою коливання до 4 мм (практично 1,8-3,2 мм), забезпечуючи розмикання і замикання зварювального ланцюга. При періодичному замиканні електродного дроту і деталі відбувається перенесення металу з електрода на деталь. Вібрація електрода під час наплавлення забезпечує стабільність процесу за рахунок частих порушень дугових розрядів і сприяє подачі електродного дроту невеликими порціями, що забезпечує краще формування наплавлених валиків.

Електропостачання установки здійснюється від джерела струму напругою 24 В. Послідовно з ним включений дросель 9 низької частоти, який стабілізує силу зварювального струму. Реостат 8 служить для регулювання сили струму в ланцюзі. В зону наплавлення за допомогою насоса 1 з бака 2 подається охолоджуюча рідина (4 ... 6%-ний розчин кальцинованої соди у воді), яка захищає метал від окислення.

Якість з'єднання наплавляемого металу з основним залежить від полярності струму, кроку наплавлення, кута підведення електрода до деталі, якості очищення та підготовки поверхні, що підлягає наплавленню, товщини шару наплавлення та ін.

Висока якість наплавлення отримують при струмі зворотної полярності («+» на електроді, «-« на деталі), кроці наплавлення 2,3 ... 2,8 мм / об і вугіллі підведення дроту до деталі 15 ... 300. Швидкість подачі дроту не повинна перевищувати 1,65 м / хв, а швидкість наплавлення - 0,5 ... 0,65 м / хв.

Структура і твердість наплавленого шару залежать від хімічного складу електродного дроту і кількості охолоджувальної рідини. Якщо при наплавленні використовується дріт Нп-80, то валик в охолоджуючої рідини загартовується до високої твердості (26 ... 55 HRC).

Вибродуговая наплавлення під шаром флюсу має ряд переваг: дає можливість наплавляти метал тільки на зношену частину, що зменшує трудомісткість подальшої механічної обробки; отримувати наплавлений шар без пор і тріщин.

Для вибродуговой наплавлення під шаром флюсу можна застосовувати дроту марки Нп-80 і флюсу АН-348А твердість наплавленого шару складає 36-38 HRC. Для збільшення твердості наплавленого шару до 52-54 HRC до флюсу додають по 2% ферохрому і сріблястого графіту.

Недоліком вибродуговой наплавлення є зменшення до 30% опір втоми наплавлених деталей. Цей показник можна поліпшити термообробкою. При нагріванні деталі до 150-2000С усадка зменшується на 15-20% і на стільки ж підвищується опір втоми. Термообробка підвищує опір втоми до 80% (в порівнянні з опором втоми нової деталі).

Наплавлення порошковим дротом.

Дугова наплавлення проводиться порошковим дротом (рис. 2.4.7), що містить легуючі добавки, що забезпечують з одного боку, високі механічні властивості покриття (твердість і міцність зчеплення), а з іншого захист металу від окислення при наплавленні.

Використовують два типи порошкового дроту: для наплавлення під флюсом і для наплавлення відкритою дугою без додаткового захисту. Режими наплавлення приймаються в залежності від марки дроту і діаметра деталі. Розбризкування електродного матеріалу під час наплавлення порошковим дротом зменшується при застосування постійного струму низької напруги (20-21 В) від джерела живлення з жорсткою зовнішньою характеристикою.

Рис. 2.4.7 Схема наплавлення порошковим дротом:

2 - електрод дріт, 3 - деталь, 5 - ролики подачі дроту.

Порошкові дроту марок ПП-АН122 і ПП-АН128 при наплавленні відкритою дугою мають за фізико-механічними властивостями наплавленого металу і технологічності деякі переваги перед іншими матеріалами: можна збільшити силу струму, тобто продуктивність процесу в два рази і більше; відпадає операція відділення шлакової кірки від деталі після наплавлення; наплавлений метал має структуру мартенситу і твердість HRC 56-60.

Істотним недоліком цього способу наплавлення є сильне нагрівання і деформація валу, освіта пір, раковин і тріщин в наплавленого шарі. Зносостійкість наплавлених шийок знаходиться на рівні не наплавлених. Усталостная міцність відновлених чавунних колінчастих валів знижується на 44%. У зв'язку з вище перерахованими вадами цей спосіб відновлення чавунних колінчастих валів рекомендувати не можна.

Наплавлення в середовищі вуглекислого газу.

Цей спосіб відновлення деталей відрізняється від наплавлення під флюсом тим, що в якості захисного середовища використовується вуглекислий газ.

Сутність способу наплавлення в середовищі вуглекислого газу (рис. 2.4.8) полягає в тому, що електродний дріт з касети безперервно подається в зону зварювання. Ток до електродного дроту підводиться через мундштук і наконечник, розташованої усередині газоелектричним пальника. При наплавленні метал електрода і деталі переміщається.

Рис. 2.4.8 Схема наплавлення в середовищі вуглекислого газу:

1 - мундштук; 2 - електродний дріт, 3 - пальник, 4 - наконечник; 5 - сопло пальника; 6 - електрична дуга; 7 - зварювальний ванна; 8 - наплавлений метал; 9 - наплавляється деталь.

В зону горіння дуги під тиском 0,05 ... 0,2 МПа по трубці подається вуглекислий газ, який, витісняючи повітря, захищає розплавлений метал від шкідливого впливу кисню та азоту повітря.

До достоїнств способу відносяться - менший нагрів деталі; можливість наплавлення при будь-якому просторовому положенні деталі; можливість наплавлення деталей діаметром менше 40 мм;

До недоліків способу можна віднести - підвищений розбризкування металу (5 ... 10%), необхідність застосування легованої дроту для отримання наплавленого металу з необхідними властивостями, відкрите світлове випромінювання дуги.

Плазмова наплавка.

Характеризується використанням високотемпературної плазмового струменя (рис. 2.4.9). Наплавляється матеріал подають в плазмову струмінь.

Плазмова струмінь є частково або повністю іонізований газ, що володіє властивостями електропровідності і має високу температуру.

Рис. 2.4.9 Схема плазмового генератора:

1 - електрод-катод, 2 - сопло, 3 - наплавочний дріт, 4 - відновлювана деталь; 5 - реостат.

Вона створюється дуговим розрядом, розміщеному у вузькому каналі спеціального пристрою, при охолодженні електричної дуги потоком плазмообразующего газу. Плазмовий струмінь отримують шляхом нагрівання плазмообразующего газу в електричній дузі, палаючій в закритому просторі. Температура струменя досягає 10000 ... 300000С, а швидкість в 2 ... 3 рази перевищує швидкість звуку.

Як плазмообразующего і транспортуючого газу використовується аргон. У цьому способі забезпечується локальний нагрів при наплавленні з глибиною проплавлення 0,25 ... 0,35 мм, укорочення колінчастого вала при наплавленні відсутня, якість наплавленого шару високе. Недолік - висока вартість вживаного устаткування і оснащення, мала продуктивність.

Електроконтактна приварювання стрічки.

З перерахованих вище способів видно що, найкращі результати дають способи наплавлення з рідинним охолодженням, що подається в зону зварювання. Одним з найбільш вдалих серед них є наварка стрічки на вал. Даний спосіб аналогічний широко відомої роликовій зварюванні (рис. 2.4.10).

Наварюється стрічка притискається до валу мідними роликами. У місці контакту стрічки з валом при проходженні електричного струму в кілька тисяч ампер відбувається розплавлення металу з його одночасним пластичним деформуванням за рахунок притиснення роликом стрічки до валу. Шар приварюють ков цього поверхні деталі перекривають точками за рахунок регулювання сили і частоти струму. Перекриття точок досягають обертанням деталі з частотою, пропорційною частоті імпульсів і швидкості поздовжнього переміщення зварювальної голівки. Імпульси зварювального струму отримують за допомогою переривників, що використовуються в контактних зварювальних машинах. Для зменшення нагрівання деталі і поліпшення умов гарту привареного шару в зону приварки подають охолоджуючу рідину.

Перевага приварки металевого шару з охолодженням робочої зони полягає у відсутності нагрівання і деформації деталі, нанесенні на сталеву або чавунну поверхню регульованого по товщині шару, створення необхідного припуску на обробку, забезпечення гарту шару безпосередньо в процесі приварки, виключення вигоряння легуючих елементів, застосування різних поєднань присадних матеріалів.

Рис. 2.4.10 Схема електроконтактного приварки стрічки:

1 і 3 - ролики, 2 - деталь, 4 - трансформатор; 5 - переривник струму.

Стрічка для приварки може бути як сталева, так і спеціальна - порошкове. Практика показала, що порошкове стрічка тут не дає жодних відчутних покращень якості процесу, наприклад, таких, як збільшені товщина шару, міцність зчеплення з валом, твердість і зносостійкість наварене поверхні. Тому використання дешевої сталевої стрічки більш виправдано.

Товщина наварює стрічки - близько 0,5 мм. Спосіб допускає наварку послідовно двох-трьох шарів стрічки. Велике число шарів може бути наварено з проміжним шліфуванням і низьким відпусткою металу для зняття напруги.

Зазвичай при товщині стрічки 0,5 мм вдається підняти діаметр на 0,25-0,30 мм при одному шарі наварки. Це пов'язано з нерівною поверхнею шийки після наварки, через що після шліфування в більший розмір на поверхні можуть залишитися точкові дефекти - раковини. У отворів для змащення зазвичай відбувається зменшення шару металу - метал як би провалюється в отвори.

Для того, щоб у отворів поверхню після шліфування була рівною іноді доводиться збільшувати кількість шарів наварки. Після наварки отвори засверливают свердлом з твердо-плавними пластинами. Необхідно повністю очистити краю від навареного металу, тому що має властивість кришиться.

Шейки валів схильні абразивного зношування, упрочняют шляхом створення на тертьових поверхнях у вигляді композиційного покриття опорних контактних майданчиків з особливо твердих матеріалів, закріпленої в більш м'якій сполучною матриці.

Твердість, зносостійкість і міцність зчеплення стрічки з деталлю залежать від марки стали стрічки. Високу твердість забезпечують стрічки з хромистих і марганцевих сталей.

Однак ми не можемо вибрати цей спосіб, тому що він забезпечує відновлення тільки зовнішніх циліндричних поверхонь, а заварку шпоночно паза не забезпечить.

Висновок:

Таким чином, з усіх перерахованих вище способів відновлення шийок чавунних колінчастих валів видно, що найкращі результати дає спосіб вибродуговой наплавлення. На відміну від інших способів як обробка деталей під ремонтний розмір (не підходить, так як знос шийок перевищує останній ремонтний розмір), методів напилення (які викликають перегрів вала і його деформацію, а також мала міцність зчеплення і вигоряння легуючих елементів з напилюваного матеріалу) або способів наплавлення без рідинного охолодження (які також викликають сильне нагрівання і деформацію вала) вибродуговая наплавлення володіє наступними перевагами:

- Не відбувається деформації вала за рахунок безперервного охолодження;

- Мінімальна зона термічного впливу;

- Дозволяє отримувати покриття високої твердості (HRC 52 ... 54) і зносостійкості;

- Можливість отримання будь-якої товщини шару при наплавленні;

- Можливість наплавлення валів малого діаметру (20-30 мм);

- Висока продуктивність процесу;

- Можливість отримання наплавленого шару без пор і тріщин.