Наплавка

Наплавка – процесс, при котором на поверхность детали наносится слой металла требуемого состава.

Наплавку применяют при ремонте изношенных де­талей для восстановления их исходных размеров и для изготовления новых изде­лий.

Масса наплавленного металла обыч­но не превышает нескольких процентов от общей массы изделия.

Проплавление ос­новного металла и перемешивание основ­ного и наплавленного металлов должны быть минимальными для сохранения ме­ханических свойств наплавленного слоя.

Материалы, применяемые для напла­вочных работ, можно разделить на сле­дующие основные группы:

- стали (углеро­дистые, легированные);

- сплавы на основе железа (высокохромистые чугуны, сплавы с бором и хромом, сплавы с кобальтом, молибденом или вольфрамовые);

- сплавы на основе никеля и кобальта;

- сплавы на основе меди;

- карбидные сплавы (с карби­дом вольфрама или хрома);

- порошковые материалы для наплавки и напыления.

Ручная дуговая наплавка металличе­скими электродами – самый простой спо­соб. Наплавку выполняют короткой дугой на минимальном токе. Для повышения производительности применяют наплавку пучком электродов или трехфазной дугой.

Автоматическая наплавка под флюсом обеспечивает довольно большой объем ванны жидкого флюса и металла. Крупные детали наплавляют многодуговой наплав­кой, при этом один рабочий управляет одновременно несколькими аппаратами, каждый из которых обрабатывает опреде­ленный участок изделия.

Применяют многоэлектродную на­плавку, при которой одновременно пла­вятся несколько электродных проволок, подключенных к одному полюсу источни­ка тока и расположенных поперек оси на­плавленного валика. Под флюсом создается одна общая сварочная ванна, и электро­ды плавятся поочередно. Вместо элек­тродной проволоки в качестве присадоч­ного материала можно использовать ши­рокую ленту небольшой толщины. Дуга, перемещаясь от одного края ленты к дру­гому, равномерно оплавляет ее торец. Ко­эффициент наплавки получается больше, а глубина проплавления и доля основного металла уменьшаются.

Электрошлаковую наплавку применя­ют, когда необходимо наплавить большое количество металла.

Преимущества элек­трошлаковой наплавки – высокая произ­водительность, малая склонность наплав­ленного слоя к порам и трещинам, высо­кое качество поверхности наплавки. Тол­щина наплавляемого слоя не менее 5 мм.

Наплавку ТВЧ выполняют с помощью индукционного нагрева с присадочным материалом, который предварительно на­носят на поверхность изделия в виде сме­си порошков, литого кольца или прессо­ванного брикета либо расплавляют в огне­упорной воронке, расположенной над на­плавляемой деталью.

Дуговую наплавку неплавящимся электродом применяют в основном для твердых зернистых и порошковых спла­вов.

Дуговую наплавку вольфрамовым электродом в защитных газах (аргоне) выполняют, используя литые присадочные прутки (обычно из сплавов никеля и ко­бальта). Указанным способом получают очень малую глубину проплавления и тонкие слои.

Существует много разновидностей на­плавки с использованием плазменной ду­ги, газового пламени, плавящегося элек­трода в защитном газе, порошковой про­волоки и пластинчатого электрода.

В последнее время широкое распро­странение получили методы лазерной на­плавки как для создания поверхностей с необходимыми свойствами, так и для восстановления изношенных деталей или ис­правления точечных дефектов. Преиму­ществами процесса являются локальность теплового воздействия, минимальное пе­ремешивание наплавочного и основного металлов и практическое отсутствие де­формации изделия после наплавки.

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.

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.

При восстановлении деталей из хромо-вольфрамовых, 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.

Особенностью наплавки штамповых инструментальных сталей является проте­кание перлитного превращения в широких диапазонах скоростей охлаждения. Иногда после охлаждения образуется мартенситная структура с некоторым количеством остаточного аустенита – структура, весьма твердая и износостойкая, затрудняющая последующую механическую обработку.

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.

Низко- и высокоуглеродистые хроми­стые стали в наплавке в зависимости от содержания хрома и углерода имеют ферритную или полуферритную, аустенитно-мартенситную структуру. Увеличение уг­лерода приводит к возникновению ледебуритной структуры.

Наплавка ледебуритных сталей Х12, Х12М, Х12ВФ трудна из-за склонности наплавленного металла к образованию холодных и горячих трещин, возникаю­щих по границам зерен легкоплавких кар­бидных эвтектик. Увеличение в наплавке углерода до 1,2...1,5 % увеличивает ко­личество легкоплавкой эвтектики, и тре­щины исчезают.

При наплавке ледебуритных хромистых сталей на малоуглеродистую в первом слое из-за относительно малого количества уг­лерода возможно образование трещин. Из первого слоя трещины могут распростра­ниться и в последующие слои. Следует выбирать такой режим наплавки, чтобы в первом слое перемешивание основного и присадочного металлов было минималь­ным. Твердость ледебуритной хромистой наплавки может быть чрезвычайно высо­кой; после отпуска при температуре 550 °С она может достигать 60 HRC.

Высокомарганцовистые аустенитные стали (110Г13Л) рекомендуют применять для деталей, работающих при абразивно-ударном изнашивании. Структура стали аустенитная, пластичность высокая наряду с высокой прочностью. Твердость такой стали после закалки (950 °С) 180 НВ. По­сле последующей деформации твердость возрастает до 500 НВ. Наплавку таких сталей проводят с ми­нимальным тепловложением (минималь­ные ток и напряжение).

Для наплавки обычно используют проволоку Нп-Г13А или самозащитную порошковую проволо­ку ПП-Нп 90Г113Н4. Иногда используют подслой из наплавки типа Св08Х10Н10ГБ.

Хромоникелевые и хромоникельмарганцовистые наплавки (нержавеющие ста­ли) особо чувствительны к образованию горячих трещин и потере коррозионной стойкости в процессе эксплуатации. По­этому при их наплавке стремятся к полу­чению двухфазной структуры с мини­мальным содержанием вредных примесей. Иногда при наплавке рекомендуют при­менение промежуточных слоев. Хорошие результаты дает применение проволоки типов СвХ18Н10Т и СвХ17Н13Н2Т. При применении других проволок также стре­мятся иметь в наплавке запас феррита не менее 2 ... 3%.

Одним из самых распространенных типов наплавочного металла с максималь­ной твердостью и хорошей износостойко­стью является наплавка из высокохроми­стого чугуна, особенно чугуна, имеющего в своем составе первичные карбиды хрома типа .

Наплавки такого типа склонны к обра­зованию холодных трещин, особенно при наплавке на крупногабаритные детали. Эти трещины практически не переходят в ос­новной металл детали и не влияют на изно­состойкость. С целью снижения вероятно­сти их появления применяют подогрев и предварительно наплавляют подслой.

Коррозионно-стойкие и жаростойкие никелевые сплавы хастелой или инконель, дополнительно легированные молибденом и хромом, наплавляют в основном в виде порошков и реже проволоки.

Обычно сложностей при наплавке этих материалов не возникает. Если наплавка производится на закаливающиеся стали, то требуется предварительный подогрев.

Никелевые сплавы с хромом, бором, кремнием обладают большой стойкостью в агрессивных средах одновременно с вы­сокой износостойкостью и особой слож­ности при наплавке не представляют, так как имеют относительно невысокую температуру плавления (1000...1100 °С). С целью лучшего сплавления подложку рекомендуется подогревать до температуры 300...500 °С.