I Краткие теоретические сведения

Наплавка применяется для восстановления геометрических размеров изношенных поверхностей деталей, а также увеличения износостойкости и долговечности путем получения поверхностных слоёв с повышенными триботехническими характеристиками.

Наибольшее применение на сервисных предприятиях находят различные способы наплавки (ручная, механизированная, автоматическая и др.).

При ручной дуговой наплавке используется большое количество марок наплавочных электродов (разработано и используется около 70 марок), некоторые из них приведены в табл.1.

Таблица 1

Электроды для ручной дуговой наплавки

Марка электрода	Тип по ГОСТ	Химический состав наплавленного металла								HRC*	Область применения
		С	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	S	P
ОЗН-300	Э-Г15	0.15	–	3.2	–	–	–	0.02	0.035	24/32	Вагонные детали, оси, валы, подвергаемые механической обработке
ОЗН-400	Э-20ГЧ	0.20	–	4.2	–	–	–	0.02	0.03	37/40	Детали, обрабатываемые после наплавки шлифованием
К2-55	Э-14Г2Х	0.14	0.5	1.8	1.0	–	–	0.032	0.021	29/36	Рельсы, крестовины, детали автосцепок
ЭН-60	Э-80ХЧСГ	0.80	0.9	0.8	2.6	–	–	0.012	0.016	56/62	Износостойкая наплавка при абразивном износе
НР-70	Э-30С2ХМ	0.30	0.1	1.7	0.7	–	0.5	0.035	0.035	30/39	Рельсы и другие детали из высокоуглеродистой стали
ОМГ-Н	Э10Х11Н3	0.08	–	0.5	11.0	3.0	–	0.02	0.03	23/30	Детали из высокоуглеродистой стали
* В числителе твердость однослойной наплавки, в знаменателе - четырехслойной

Налавочные электроды позволяют получать наплавленные слои различного химического состава с различными триботехническими свойствами.

Налавочные электроды состоят из покрытия, нанесенного на наплавочную проволоку.

При механизированных способах дуговой наплавки в основном применяются наплавочные проволоки сплошного сечения.

Наплавочные проволоки выпускаются по ГОСТ 10543 и обозначаются двумя буквами Нп, далее идет буквенно-цифровое обозначение качественной углеродистой или легированной стали, из которой изготовлена проволока.

Различают проволоки для наплавок, близких по составу углеродистым сталям с твердостью HB =160… 310 МПа, легированным сталям (HRC = 32 - 50) и высоколегированным сталям.

Химический состав, твердость и область применения некоторых марок проволок приведены в таблице 2.

Таблица 2

Наплавочные проволоки для дуговой наплавки

Марка проволоки	Среднее содержание элементов, %										Область применения
	С	Mn	Si	Cr	Ni	W	V	Mo	S	P
Углеродистые
Нп-25	0.25	0.65	0.27	0.25	0.30	–	–	–	0.04	0.04	Оси, шпиндели, валы НВ = 160… 220
Нп-40	0.40	0.65	0.27	0.25	0.30	–	–	–	0.04	0.04	Оси, шпиндели, валы НВ = 170… 230
Нп-85	0.85	0.65	0.27	0.25	0.30	–	–	–	0.04	0.04	Коленчатые валы НВ = 200… 340
Легированные
Нп30ХГСА	0.31	0.95	1.10	0.95	0.40	–	–	1.0	0.04	0.04	Крановые колеса НВ = 220… 300
Нп40Х2Г2М	0.39	2.1	0.55	2.10	0.40	–	–	–	0.04	0.04	Детали машин работающих при динамических нагрузках HRC = 54… 56 после закалки
Нп105Х	1.05	0.30	0.25	1.45	0.35	–	–	–	0.03	0.03	Обрезные штампы для холодной штамповки HRC = 32… 38
Нп50ХФА	0.50	0.65	0.27	1.00	0.40	–	0.15	–	0.04	0.04	Шлицевые валы и другие детали с твердостью: HRC = 43… 50
Высоколегированные
Нп40Х13	0.40	0.80	0.80	13.0	<0.60	–	–	–	0.03	0.035	Опорные ролики экскаваторов, детали транспортеров HRC = 45… 52
Нп45Х2В8Т	0.45	1.2	0.55	2.60	<0.60	8.50	0.4	–	0.04	0.04	Ножи для резки горячего металла, прессовый инструмент
НпГ13А	1.1	13.0	0.40	0.60	<0.60	–	–	–	0.04	0.04	Железнодорожные крестовины, зубья ковшей экскаваторов
НпХ20Н80Т	0.12	0.70	0.80	20.0	ост.	–	–	–	0.015	0.02	Выхлопные клапаны дизелей

Для механизированной наплавки используется проволока сплошного сечения диаметром 1.2 - 2 мм, а наплавка в основном выполняется в среде углекислого газа (СО₂), при наплавке под слоем флюса 2 - 3 мм.

Кроме проволоки сплошного сечения, для механизированной наплавки применяю порошковую проволоку и ленту холодного проката, литую и порошковую.

Для механизированной наплавки под слоем флюса часто применяют флюсы плавленые и керамические. Плавленые флюсы получают сплавлением компонентов шихты в электрических или пламенных печах.

Керамические флюсы изготовляют спеканием частиц флюсовой шихты без их расплавления.

Химические составы некоторых плавленых флюсов (ГОСТ 9087-89) приведены в табл. 3.

Флюсы АН-60, АН-348А, ОСЦ-45 являются сильно окислительными и применяются для наплавки углеродистых и низколегированных сталей преимущественно в сочетании с углеродистой и низколегированной проволокой.

Флюсы АН-20, АН-22 и АН-26 - слабоокислительные флюсы применяют для наплавки легированных и аустенитных хромоникелевых сталей легированной проволокой.

Таблица 3

Химический состав флюсов

Марка флюса	Содержание компонентов, %
	SiO2	MnO	CaF2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	Na2O, K2O
АН348-А	41- 44	34- 38	4 - 5.5	4.5	6.5	5 – 7.5	2.0	-
ОСЦ 45	38- 44	38- 44	6 – 9.0	5.0	6.5	2.5	2.0	-
АН-60	42- 46	36- 41	5 – 8.0	5.0	3 – 11	0.5 - 3	1.5	-
АН-20	19- 24	0.5	25- 32	27- 32	3 - 9	9 – 13	1.0	2 – 3
АН-26	29 - 33	2.5–4.0	20 -24	19 - 23	4 - 7	15 - 18	1.5
АН-8	33 - 36	21 - 26	13 - 19	11 - 15	4 - 7	5 – 7.5	1.5-3.5	-

В ряде случаев применяют керамические флюсы и гранулированные порошки.

На сервисных предприятиях железнодорожного транспорта широко используется восстановление деталей методом ручной и механизированной наплавки. Наплавка применяется для ремонта рельс, бандажей вагонных и локомотивных колес, деталей автосценного устройства и др.

Ручная дуговая наплавка выполняется широкими валиками, при этом ширина валика должна составлять – в = ( 3 – 5 ) d_эл, и валики должны перекрывать друг друга не менее чем на ¹/₃ своей ширины.

При восстановлении плоских изношенных поверхностей применяются различные способы ручной дуговой наплавки.

Рис.1. Схема наплавки одиночными валиками, перекрывающими друг друга

При наплавке одиночными валиками, перекрывающими друг друга (рис.1) требуется время на кристаллизацию и охлаждение шлаковой корки на поверхности предыдущего валика, что увеличивает общую продолжительность процесса восстановления.

Преимуществом данного способа является получение более ровной поверхности детали и уменьшение припуска на последующую механическую обработку.

При наплавке одиночными валиками, расположенными на расстоянии (рис.2) не требуется время для остывания шлака на предыдущем валике.

Шлак удаляется сразу с первой группы валиков (1,2,3), в промежутки между которыми наплавляется вторая группа валиков (4,5,6).

Это обеспечивает повышение производительности процесса восстановления детали.

Рис.2. Схема наплавки одиночными валиками расположенными на расстоянии

Недостатком данного способа является большая шероховатость поверхности, меньшая высота наплавленного слоя и увеличение припуска на последующую механическую обработку.

Наибольшую производительность при наплавке плоских поверхностей деталей обеспечивает челночный способ (рис.3). Валики накладываются непрерывно по траектории движения электрода, указанной стрелкой. При этом способе шлак не успевает закристаллизоваться, и его удаляют после наплавки всей полосы, т.е. наплавка производится по жидкому шлаку.

Ограничением для данного способа наплавки является ширина поверхности (длина валика) 40… 80 мм. При большей длине валика есть вероятность затвердевания шлака в начале валика.

Рис.3. Челночный способ наплавки

Многослойную наплавку применяют в тех случаях, когда необхо­димо получить достаточно слой большой толщины наплавленного металла.

Наплавка выполняется послойно одним из выше перечисленных способов, но при этом каждый последующий слой должен наплавляться перпендикулярно предыдущему (рис.4).

Рис.4. Схема многослойной наплавки

Это связано со значительными деформациями, возникающими в процессе наплавки. Данная последовательность наложения слоев дает возможность уравновешивать деформации, возникающие при наложении предыдущих слоев.

Поэтому при многослойной ручной дуговой наплавке плоской поверхности образуется более ровная поверхность и припуск на механическую обработку минимальный.

В задачу лабораторной работы входит ознакомление с техникой наплавки плоской поверхности деталей из низкоуглеродистой и высокоуглеродистую рельсовую сталь наплавочными электродами и изучение свойств наплавленного металла.