7.2 Наплавка

Одним из эффективных способов наплавки является электродуговая наплавка в среде защитных газов (рис. 7.4).

1– проволока; 2– газовая горелка; 3 – защитный газ; 4 –наплавленный металл; 5 –основной металл; 6 –источник питания

Рисунок 7.4 – Электродуговая наплавка в среде защитных газов

В ремонтной практике широко используется автоматиче­ская наплавка под слоем флюса (рис. 7.5). При наплавке цилиндрических деталей (рис. 7.6) наплавочное оборудование устанавливают на суппорте токарного станка, а наплавляе­мую деталь – в патроне станка. При вращении специальным приводом катушки с проволокой она подается через воронку с порошкообразным флюсом к наплавляемой поверхности вра­щающейся детали. От источника тока (сварочного трансфор­матора) на проволоку подается «плюс», а на деталь «минус». Возникающая в контакте проволоки с деталью электрическая Дуга горит под слоем флюса, защищающего плавящийся ме­талл проволоки от свободного контакта с воздухом и превра­щающего образующиеся окислы в шлак . При наплавке цилиндрических деталейсуппорт с наплавочной головкой перемещается вдоль детали с необ­ходимой подачей, образующей спираль примыкающих друг к другу витков сварочного шва. Скорость вращения патрона станка 2–5 об/мин.

Преимущества наплавки под слоем флюса:

–хорошая «проплавляемость» металла восстанавливаемой де­тали и смешение с металлом наплавляемой проволоки;

– высокая производительность процесса;

–возможность введения в наплавляемый слой легирующих добавок не только в составе металла проволоки, но и в составе флюса;

–наплавка не сопровождается световыми излучениями, при­сущими электродуговой сварке (из-под слоя флюса лишь изредка выскакивают искорки), что позволяет вести процесс в производственном корпусе без особой защиты от из­лучений.

1 – электрод; 2 – наплавленный металл;3 – основной металл;4 – шлак; 5 – флюс; 6 – источник питания

Рисунок 7.5 – Электродуговая наплавка под флюсом

Рисунок 7.6 – Электродуговая наплавка подфлюсом цилиндрических деталей

Недостатки метода:

–высокий нагрев наплавляемой детали, что меняет ее изна­чальную термообработку и может приводить к короблению;

–невозможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм – из-за стекания наплавленного слоя и интенсивного ссыпания флюса с поверхности детали.

При настройке режимов наплавки кроме подбора силы тока, скорости подачи проволоки, скорости вращения детали и подач и суппорта станка на один оборот вала, опытным путем под­бирают величину смещения оси электрода относительно оси вращающегося вала. Величина смещения должна обеспечивать удержание расплавленного металла и флюса от стекания.

Наплавка под слоем флюса может использоваться не только для цилиндрических тел вращения. Например, при наплавке шлицев рабочий ход наплавочной головки осуществляется по­ступательным перемещением вдоль вала.

Восстановление изношенных деталей осуществляется также вибродуговой наплавкой. Установка представляет собой блок питания (сварочный трансформатор с индуктивным дросселем или специальный генератор), мундштук для подачи сварочной проволоки, который может совершать колебательные движения (в качестве привода обычно используют электромагнит, запитываемый переменным током частотой 50 Гц), и систему подачи воды в зону наплавки (рис. 7.7).

Сущность вибродуговой наплавки заключается в периодиче­ском замыкании и размыкании находящихся под напряжени­ем электрода и наплавляемой детали. Каждый цикл вибрации электрода включает в себя четыре последовательно протекаю­щих процесса: короткое замыкание, отрыв электрода от детали, электрический разряд, холостой ход. При коротком замыкании ток быстро возрастает до максимального значения, а напря­жение трансформатора падает – происходит приварка конца

Рисунок 7.7 – Вибродуговая наплавка

п роволоки к детали. При отрыве разогретой проволоки она на некотором удалении от конца утоньшается и обрывается, остав­ляя на поверхности частицу приваренного металла. В момент отрыва электрода напряжение трансформатора за счет само­индукции увеличивается и возникает кратковременный элек­тродуговой разряд с выделением большого количества тепла, оплавляющего приваренную частицу электрода на поверхности детали. По мере отхода электрода от детали электрическая дуга исчезает и наступает период холостого хода. Далее электрод опять приближается к детали и замыкается с ней. При относи­тельном перемещении наплавочной головки и детали, каждая частица электрода приваривается на новое место, в том числе и на ранее приваренные частицы. Процесс наплавки происхо­дит без существенного разогрева детали, поскольку зона на­плавки обильно поливается охлаждающей жидкостью. После наплавки деталь шлифуют под заданный размер. Преимущества вибродуговой наплавки:

– процесс происходит без существенного нагрева детали, она не коробится, термообработка детали не меняется;

– наплавленный слой имеет пористую структуру и хорошо удерживает смазку в процессе эксплуатации восстанов­ленной детали в режиме масляного голодания.

Недостатки вибродуговой наплавки:

–снижение усталостной прочности восстановленной дета­ли за счет того, что локальные зоны приваривания частиц металла могут выступать в роли концентраторов напря­жений;

– при значительных нагрузках на восстановленную поверх­ность может происходить ее отшелушивание.

Вибродуговая наплавка наиболее успешно применяется для восстановления изношенных мест валов в сопряжении с манже­тами уплотнений, а также с подшипниками скольжения.

Восстановление изношенных валов посредством электроконтактной наплавки осуществляется в соответствии с принци­пиальной схемой, показанной на рис. 7.8. Установка содержит блок питания, применяемый для обычной контактной сварки, и оснастку из двух медных роликов с устройствами для их упру­гого поджима к вращающемуся валу. В процессе восстановления изношенного вала на него навивается стальная проволока или лента, периодическими импульсами тока привариваемая к валу. Для предотвращения перегрева детали в процессе наплавки ее охлаждают струей воды. Сближение атомов на межатомное расстояние обеспечивается за счет нагрева контактирующих поверхностей протекающим током , т.е. теплотой Джоуля–Ленца :Q = I²Rt. Основным условием сварки под действием высоких удельных давлений является микросмещение контактирующих поверхностей , что подтверждает электромагнитную природу межатомных сил связей , согласно которой вращающиеся вокруг ядра электроны создают микротоки . При одинаковом направлении микротоков магнитные поля между атомами взаимно уничтожаются , магнитное поле становится равным нулю и возникают направленные в сторону меньшего магнитного поля электромагнитные силы притяжения , т.е. межатомные силы связей .

Преимущества электроконтактной наплавки:

– высокая производительность при наплавке слоя 1,5–2,0 мм;

– благоприятные санитарно-производственные условия;

– малый нагрев детали.

Недостатки электроконтактной наплавки:

– некоторое снижение усталостной прочности детали;

– неоднородность свойств по участкам получаемой поверх­ности.

Рисунок 7.8 – Электроконтактная наплавка

Широкими технологическими возможностями обладает электроконтактная приварка порошковых материалов. Сущ­ность процесса заключается в том, что между восстанавливае­мой поверхностью детали и медным роликом-электродом поме­щают металлический порошок, через который пропускают ток. При наличии специальной оснастки, приварка порошковых ма­териалов может производиться на цилиндрические поверхности ( наружные и внутренние), на конические и на плоские. Порош­ковый материал к восстанавливаемой поверхности прижимают под давлением 30–60 МПа. В состав порошкового материала могут входить разные металлы и флюсы, что позволяет получать различные свойства поверхности восстанавливаемой детали по ее пористости, твердости и износостойкости.

Изношенные внутренние поверхности цилиндров могут быть восстановлены центробежным индукционным напеканием порошков. Гильзу цилиндра устанавливают в патрон установ­ки с горизонтальной осью вращения, засыпают в гильзу порцию материала из композиции порошков, закрывают крышкой и, включая привод, вращают с частотой 350–450 об/мин. После равномерного распределения порошка под действием центро­бежных сил по поверхности цилиндра в отверстие цилиндра вводят высокочастотный индуктор и включают переменное на­пряжение. В течение 1–2 мин под действием вихревых токов поверхность цилиндра и находящийся на ней порошок нагрева­ются, что приводит к припеканию слоя порошка к поверхности. После этого выключают нагрев, а спустя 1–2 мин выключают привод. Далее цилиндр подвергается механической обработке. Долговечность восстановленных по этой технологии цилиндров при правильно подобранном составе припекаемого порошка может быть в 2–3 раза выше долговечности цилиндра, расто­ченного под ремонтный размер.

Особым методом восстановления деталей сваркой является электрошлаковая наплавка. В этом процессе используют тепло­ту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак, что приводит к плавлению электрода, металл которого наращивается на восстанавливаемую деталь. Наплавку можно выполнять на плоских поверхностях, а также на поверхностях тел вращения. Возможная толщина наплавлен­ного слоя более 10 мм. Зона наплавки ограничивается поверх­ностями водоохлаждаемого кристаллизатора, который образует ванну для расплавленного металла и обеспечивает его быстрое застывание. Кристаллизатор может быть выполнен из меди, обладающей высокой теплопередачей, графита или керамики, отличающейся высокой тугоплавкостью.

Электрошлаковая наплавка обеспечивает наибольшую про­изводительность по сравнению со всеми другими способами наплавки. При электрошлаковой наплавке почти полностью отсутствуют потери на газообразование и разбрызгивание. Ка­чество наплавленного металла высокое – отсутствуют поры, трещины и другиедефекты.

Посредством электрошлаковой наплавки можно нарастить вал после удаления изношенной шлицевой части, наплавить опорные катки гусеничных машин, звенья гусениц. В качестве электрода может использоваться обычная проволока, а вместе с флюсом вводиться легирующие добавки, например сормайта или другие металлы с заданными свойствами.

Наиболее производительным процессом восстановления из­ношенных деталей является наплавка намораживанием, основ­ными операциями которой являются: подготовка присадочного материала и восстанавливаемой поверхности, погружение заго­товки в расплав, выдержка, извлечение из расплава и охлажде­ние. Присадочный материал нагревают в печах до температуры, превосходящей на 30–50 °С температуру плавления. На восста­навливаемую поверхность наносят слой жидкого стекла и флю­са. Деталь помещают в высокочастотный индуктор и нагревают до температуры 850–900 °С, при этом флюс плавится и очищает поверхность от оксидов, а также защищает ее от последующе­го окисления. Далее нагретую деталь погружают в расплав, где в течение 0,8–1,2 с на ее поверхности затвердевает слой сплава толщиной 2,5–3,0 мм.

Этот метод позволяет получать покрытия с различными свойствами, присущими присадочному материалу. Наиболее часто его применяют для деталей, работающих в агрессивных и абразивных средах.

Контрольные вопросы

1. Свариваемостьчугуна по сравнению со сваркой ма­лоуглеродистой стали

2. Особенности следует учитывать при сварке алюми­ниевых сплавов?

3. Электродуговая наплавкапод сло­ем флюса

4. Вибродуговая на­плавка

5. Относительно длинный вал имеет износ поверхности, рабо­тавшей в паре с подшипником скольжения. Каким методом наплавки вы воспользуетесь для восстановления изношен­ной поверхности?

6. Элек­трошлаковая наплавка