20 Восстановление деталей наплавкой

Наплавка широко применяется при восстановлении цилиндрических поверхностей деталей, шлицевых поверхностей, изношенных зубьев шестерён и т. д. Осуществляют наплавку вручную или механизированным способом с применением специальных наплавочных головок в зависимости от вида наплавки. При ручной наплавке применяют электроды с качественной (толстой) обмазкой, которая содержит различные легирующие присадки, повышающие качество покрытий. Автоматическую наплавку можно вести под слоем флюса, в среде защитных газов, вибродуговым способом. При выполнении наплавочных работ используют различные присадочные материалы (электроды, флюсы и защитные газы).

Дуговая наплавка под флюсом заключается в том, что электрическая дуга горит между электродом и заготовкой под слоем гранулированного флюса толщиной 10–40 мм . Наплавка под флюсом обеспечивает высокое качество наплавленного металла, так как сварочная ванна защищена от вредного влияния кислорода и азота воздуха. Флюсы содержат стабилизирующие, газообразующие, шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие вещества. Флюсы по составу и способу приготовления делятся на плавленые и керамические (неплавленые) и смеси. Наиболее широкое применение при восстановлении деталей получили флюсы марок АН-348А и ОСЦ-45, которые содержат в своём составе различные элементы, обеспечивающие устойчивое горение дуги, хорошее формирование сварочных валиков и небольшое число пор в наплавленном металле.

К числу керамических флюсов относятся флюсы марок АНК-18, АНК-19, АНК-30 и ЖСН-1.

Наплавка в среде защитных газов состоит в том, что в зону электрической дуги через газоэлектрическую горелку подаётся под давлением защитный газ, который, оттесняя воздух, защищает расплавленный металл сварочной ванны от вредного воздействия на него кислорода и азота воздуха.

В качестве защитной среды применяют инертные газы (аргон, гелий и др.) или диоксид углерода. Наилучшую защиту при наплавке обеспечивают инертные газы. Однако их применение ограничено из-за относительновысокой стоимости. Аргонодуговую наплавку применяют для наплавки деталей из алюминиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей. В производственных условиях чаще всего применяют диоксид углерода (СО₂).

Вибродуговая наплавка осуществляется автоматической головкой вибрирующим электродом с частотой 50–100 Гц и амплитудой 1–3 мм . Цикл наплавки состоит из короткого замыкания, дугового разряда и холостого хода. Во время дугового разряда электрод и заготовка оплавляются, при этом на конце электрода образуется капля металла, которая переносится на заготовку преимущественно во время короткого замыкания. Вибродуговую наплавку можно выполнять под флюсом, в различных газовых средах или в водных растворах. При наплавке с охлаждающей жидкостью применяют 3–5 %-ный раствор кальцинированной соды или 10–20 %-ный водный раствор глицерина. Жидкость и её пары защищают расплавленный металл от кислорода и азота воздуха и способствуют закалке наплавленного металла. Вибродуговую наплавку применяют при восстановлении деталей цилиндрической формы (осей, толкателей, работающих в условиях изнашивания при невысоких требованиях к усталостной прочности).

Плазменная наплавка осуществляется с использованием плазменной струи, представляющей собой частично или полностью ионизированный газ, обладающий свойствами электропроводности и имеющий высокую температуру. Она создаётся дуговым разрядом, размещённым в узком канале специального устройства, при обдуве электрической дуги потоком плазмообразующего газа. Устройства для получения плазменной струи получили название плазмотронов или плазменных горелок. Температура струи достигает 10–30 тыс. °С, а скорость в 2–3 раза превышает скорость звука. Исходный материал покрытия подаётся в плазмотрон в виде порошка, проволоки, прутка.

Лазерная наплавка представляет собой технологический метод получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами путём нанесения на поверхность детали наплавочного материала

(порошка, проволоки и других материалов) с последующим оплавлением его лазерным лучом.

Лазер – это оптический квантовый генератор электромагнитного излучения. Луч лазера обладает строго определённой длиной волны, чёткой направленностью и согласованностью протекания во времени нескольких волновых процессов. Это позволяет хорошо его фокусировать различными оптическими линзами. Наименьших затрат энергии требуют порошковые материалы. Порошки на поверхность детали могут подаваться непосредственно в зону лазерного луча с помощью дозатора; после предварительной обмазки клеящим составом в виде коллоидного раствора. Лазерной наплавкой восстанавливают тарелки клапанов, кулачки распределительных валов и других деталей. В качестве источника лазерного излучения используют установки марок ЛГН-702, УЛГН-502 и ЛОК-ЗМ мощностью до 3 кВт. Лазерная наплавка наиболее эффективна при восстановлении поверхностей площадью 5–50 мм² с износом 0,1–1,0 мм.

Индукционная наплавка основана на использовании токов высокой частоты (ТВЧ) для нагрева металла детали и присадочного материала. Индукционный нагрев обеспечивает высокую скорость роста температуры (до 200°С/с) и высокую производительность процесса. Восстанавливаемую поверхность детали предварительно обрабатывают для получения требуемой формы и размеров. На подготовленную поверхность наносят шихту из магнитного порошкообразного твёрдого сплава и немагнитного флюса (10–16%) со связующим веществом. Затем деталь вместе с шихтой нагревают в поле индуктора высокочастотной установки до полного расплавления шихты. Температура плавления шихты должна быть на 100–150°С ниже температуры плавления основного металла детали. Флюс шихты плавится, вступает во взаимодействие с оксидами и разрушает их как на поверхности основного металла, так и на частицах порошка. В качестве наплавочных материалов применяют высоколегированные твёрдые сплавы У30Х28Н4С4 (сормайт №1), У45Х35ГЗР2С (ФБХ-6-2), У35Х2Н5 (нихард), Ж4НДХ-15-7-2 (нирезист); сплавы на основе никеля, кобальта и вольфрама; композиционные материалы на основе карбидов вольфрама и хрома.Индукционная наплавка позволяет повысить в 2–5 раз износостойкость поверхности, не требует сложной оснастки и обеспечивает высокую культуру производства.

Наплавка намораживанием заключается в затвердевании расплава на очищенной от оксидной плёнки поверхности детали, погружённой в расплав . При этом за счёт разности температур изделия и расплава на поверхности детали расплав затвердевает, образуя покрытие. После кратковременной выдержки деталь с образовавшимся на её поверхности покрытием извлекают из расплава. Толщина покрытия зависит от температуры детали и расплава, а также от продолжительности их контакта и может достигать 1,5–3,0 мм. Наплавка выполняется высоколегированным чугуном У30Х28Н4С4 и У25Х26РС2, а также смесью КБХ и ФБХ-6-2 или псевдосплавами ПС-14-60, ПС-14-80. Исходные материалы нагревают в индукционных печах до температуры на 30–50°С выше температуры их плавления.

Электрошлаковая наплавка. Сущность электрошлаковой наплавки заключается в том, что в пространстве между поверхностью изделия и кристаллизатором создаётся ванна расплавленного шлака, в которую подаётся электродная проволока. Так, проходя, между электродом и деталью, нагревают шлаковую ванну до температур свыше 2000ºС. В результате, электродный и основной металлы оплавляются, образуя металлическую ванну, при затвердевании которой создается наплавленный слой. Электрошлаковую наплавку применяют для получения биметаллических изделий и при восстановлении изношенных поверхностей деталей с износами более 10 мм. Восстанавливают опорные катки гусеничных машин, звенья гусениц, работающие в абразивной среде, инструмент, шестерни коробок передач и другие детали