Наплавка

Технологические приемы и режимы дуговой наплавки зависят от формы и размеров изделий и весьма важны для получения надлежащего качества и состава наплавленного слоя. При этом приходится учитывать разбавление наплавленного металла основным. Такое разбавление необходимо ограничивать, для чего используют перекрытие валиков при наплавке каждого (особенно первого) слоя.

В связи с тем, что в большом числе случаев наплавленный слой необходимо подвергать механической обработке, наплавка лишнего металла нецелесообразна. Следует стремиться к тому, чтобы припуск на обработку не превышал 1,5 – 2 мм и после наплавки поверхность была достаточно ровной, без значительных наплывов и провалов между валиками.

При проведении работ по наплавке следует иметь в виду, что в поверхностных слоях наплавленного металла возникают остаточные, как правило, растягивающие напряжения, которые могут привести не только к искажению формы и размеров наплавляемых деталей, но и к появлению трещин в самой наплавке.

Применяемые технологии восстановления стальных деталей предусматривают наплавку металла в виде одиночных валиков в несколько рядов по ширине и в несколько слоев по высоте изношенной поверхности для достижения необходимых размеров и формы рабочего слоя. При этом комплекс служебных свойств наплавленного металла формируется в условиях циклического термического (термомеханического) воздействия на металл каждого валика при наплавке соседних. В зависимости от сочетания параметров термического цикла так называемой автотермической циклической обработки (АТЦО) может существенно изменяться структура наплавленного слоя, а следовательно, и его свойства.

Наплавку низколегированных и низкоуглеродистых сталей (до 0,4 % С) часто используют для восстановления размеров детали или для создания подслоя. Особых проблем при наплавке таких сталей не возникает. Однако если в наплавке количество углерода повышается до значений, более высоких, чем 0,4 %, то следует предусматривать подогрев, особенно при наплавке на массивные детали. Температура подогрева должна быть тем выше, чем массивнее деталь и больше количество углерода в ее составе.

Известно, что при наплавке углеродистых сталей вероятность образования трещин в наплавленном металле и ЗТВ возрастает с увеличением содержания углерода. Основной технологический прием предотвращения трещинообразования – предварительный и сопутствующий подогрев, температура которого также увеличивается по мере роста содержания углерода и некоторых легирующих элементов. Расчетная температура подогрева при наплавке на низколегированные заэвтектические валковые стали должна составлять 400 – 600 °С. При наплавке в таких условиях растет средняя температура термического цикла, снижаются скорости нагрева и охлаждения – увеличивается длительность пребывания металла в области высоких температур. Закономерный результат этого процесса – формирование структур перегрева (пережога) в наплавленном металле и ЗТВ с соответствующим снижением пластичности, начальный уровень которой для высокоуглеродистой стали сравнительно невысок. Кроме того, при температуре подогрева 300 °С ухудшаются отделимость шлаковой корки, а также условия работы оборудования и персонала вследствие интенсивного теплоизлучения детали. В результате объем промышленно используемых технологий дуговой наплавки на высокоуглеродистые (заэвтектические) стали незначителен, хотя экономическая эффективность для металлоемких крупногабаритных деталей типа прокатных валков может быть высокой.

Известно, что на склонность металла к трещинообразованию при дуговой наплавке на высокоуглеродистые стали значительно влияют перегрев ОШЗ, температурный интервал бездиффузионных превращений и скорость охлаждения наплавленного металла и ЗТВ. Если заметно снизить время пребывания металла ЗТВ при температуре выше 1000 °С, сместить интервал мартенситного превращения в область более высоких температур или сильно замедлить охлаждение в этом интервале (ниже 350 °С), можно избежать возникновения холодных трещин.

Увеличение скорости и уменьшение шага наплавки, а также использование в качестве газовой защитной среды аргона вместо флюса позволяют уменьшить глубину проплавления и долю основного металла в наплавленном, снизить максимальную температуру в зоне термического влияния, увеличить количество циклов автотермической циклической термической обработки и в конечном итоге добиться оптимальной структуры и высоких эксплуатационных свойств композиции наплавленный слой - заэвтектоидная сталь при сравнительно невысокой температуре подогрева (300 °С).

При восстановлении деталей из хромовольфрамовых, хромомолибденовых и других теплостойких инструментальных сталей, особенно если наплавляемая деталь предназначена для работы в условиях сменных температур, для исключения вероятности появления трещин необходим предварительный подогрев до 300 °С. Часто рекомендуется последующее медленное охлаждение вместе с печью или последующий высокотемпературный отпуск.

Для восстановления наплавкой изделий из быстрорежущих сталей следует учитывать повышенную склонность металла к образованию горячих и холодных трещин. Наплавленный металл, как правило, не должен подвергаться пластической деформации ковкой или прокаткой.