Механизированная сварка и наплавка

При восстановлении деталей оборудования наибольшее применение получила наплавка дуговая под флюсом, в среде защитных газов и вибродуговая.

При наплавке под флюсом цилиндрических деталей напряжение на дуге задают в пределах 30...36 В, скорость наплавки составляет 20...30 м/ч.

Вылет электрода 5 и шаг наплавки S определяют в зависимости от диаметра проволоки dnp по формулам:

или

Смещение электрода с зенита (е) определяют в зависимости от диаметра детали d:

,

При наплавке применяют в основном постоянный ток обратной полярности.

Основные параметры наплавки цилиндрических деталей представлены в табл. 4.30.

Таблица 4.30

Основные параметры наплавки цилиндрических поверхностей

Наплавку плоских поверхностей проводят через валик или отдельными маечками с целью уменьшения коробления детали. Скорость наплавки – 16…32м/ч (с увеличением толщины наплавляемой детали она возрастает). Напряжение принимают равным 26...32 В. При таких режимах толщина направ-кпиою слоя составляет 1,5..3 мм. Вылет электрода принимают таким же, как и при наплавке плоских поверхностей.

Основные параметры наплавки плоских поверхностей приведены в табл. 4.31.

Таблица 4.31

Основные параметры наплавки плоских поверхностей

При восстановлении деталей оборудования обычно применяют проволоку Ф 1,2...3 мм.

Флюсы, применяемые при сварке н наплавке, представляют собой гранулы, которые при расплавлении образуют жидкий шлак, защищающий металл сварочной ванны от азота и кислорода воздуха. Кроме того, флюсы обеспечивают устойчивое горение дуги, раскисление сварочной ванны, легирование наплавленного металла и др.

По способу изготовления флюсы делятся наплавленные и неплавленные. Плавленные изготавливаются путем сплавления флюсовой шихты определенного состава в электрических или пламенных печах с последующей ее грануляцией до получения зерен требуемого размера. Неплавленные флюсы получают спеканием (обычно жидким стеклом) частиц флюсовой шихты без расплавления. Из неплавленных флюсов наибольшее применение получили керамические. Марки плавленных и неплавленных керамических флюсов представлены в табл. 4.32 и 4.33.

Таблица 4.32

Плавленные флюсы для наплавки

Таблица 4.33

Керамические флюсы для наплавки

Наплавка в среде защитных газов отличается от наплавки под флюсом тем, что в качестве защитной среды используются инертные или углеродистые газы. Из инертных газов наиболее широкое распространение получим аргон. Его применяют при наплавке высоколегированных хромоникелевых и коррозионно-устойчивых сталей и сплавов на основе меди, алюминия и др. Наплавку ведут короткой дугой, на постоянном токе обратной полярности, с использованием источников питания с жесткой внешней характеристикой.

На ремонтных предприятиях нашла распространение наплавка в среде углекислого газа. Этим способом устраняют дефекты резьбы, осей, шлицев, зубьев, пальцев, шеек валов и других деталей. Наплавка проводится на постоянном токе обратной полярности. В зависимости от назначения детали, материала и вида термической обработки для наплавки рекомендуются определенные марки электродной проволоки. Для наплавки резьбовых поверхностей применяют, как правило, проволоку Св-0,8Г2С, шлицев и шеек валов – Нп-30ГСА, Св-18ХГСА. Проволока должна обязательно содержать раскислители (кремний, марганец и др.). Рекомендуемые режимы наплавки деталей в среде углекислого газа в зависимости от диаметра детали и требуемой толщины наплавляемого слоя металла приведены в табл. 4.34.

Таблица 4.34

Режимы наплавки цилиндрических поверхностей

Вибродуговая наплавка. Суть ее заключается в том, что электрод вибрирует вдоль своей оси, вызывая короткие замыкания в сварочной цепи и кратковременные периоды действия дуги. Между деталью и электродной проволокой, включенными в цепь источника питания, периодически возбуждается дуга. Прерывистость ее возбуждения достигается путем продольного перемещения вибратором электродной проволоки с частотой 50 Гц и более и амплитудой 0,5...3 мм. Для повышения стабильности горения дуги при низком напряжении источника питания (12...18 В) в цепь последовательно с ним включают дроссель. Одновременно в зону наплавки подается охлаждающая жидкость по каналу вибродуговой головки. В качестве охлаждающей жидкости применяется водный раствор кальцинированной соды. (2,5...6% СаСО₃) или 20%-ный водный раствор глицерина. Кроме жидкости при вибродуговой наплавке применяют защитные среды (углекислый газ, флюс и др.). Вследствие вибрации электродной проволоки происходит чередование: дуговой разряд – короткое замыкание – холостой ход. Электрод и деталь оплавляются дуговым разрядом. Диапазон наплавляемых диаметров деталей 8...200 мм.

Твердость наплавленного металла зависит от марки электродной проволоки, режимов наплавки (табл. 4.35) и охлаждения.

Таблица 4.35

Режимы вибродуговой наплавки стальных деталей

Недостатками вибродуговой наплавки являются неравномерная твердость, напряженность и пористость наплавленного металла, что резко снижает усталостную прочность детали, значительные потери электродного металла на угар и разбрызгивание (11...30%) при коэффициенте наплавки 8...10,9г/Ач. Этим способом восстанавливают и чугунные детали, не подвергающиеся значительным динамическим нагрузкам, на которые нужно нанести равномерный тонкий слой металла при минимальной их деформации.

Для механизированной дуговой сварки и наплавки применяются стальная наплавочная проволока (табл. 4.36) и стальная сварочная (табл. 4.37 и 4.38).

Таблица 4.36

Проволока стальная наплавочная

Таблица 4.37

Проволока стальная для сварки под флюсом

Таблица 4.38

Проволока стальная сварочная для наплавки

Механизированная дуговая сварка и наплавка могут осуществляться на постоянном и переменном токе. Технические характеристики выпрямителей для сварки и наплавки на постоянном токе приведены в табл. 4.39 и 4.40, трансформаторов – в табл. 4.41.

Таблица 4.39

Техническая характеристика выпрямителей для механизированной сварки и наплавки

Таблица 4.40

Техническая характеристика универсальных выпрямителей

Таблица 4.41

Техническая характеристика трансформаторов для

механизированной сварки и наплавки

Для восстановления деталей машин и оборудования дуговой наплавкой выпускаются специальные установки, назначение и характеристики которых приведены в табл. 4.42, 4.43 и 4.44.

Таблица 4.42

Техническая характеристика установок для дуговой наплавки

Таблица 4.43

Техническая характеристика установок для дуговой наплавки

Таблица 4.44

Техническая характеристика установок для дуговой наплавки

гладких и шлицевых валов

Из бездуговых способов наплавки наиболее часто применяется контактная наварка – эффективный высокопроизводительный (60...90 см²/мин) способ восстановления цилиндрических деталей. Толщина наваренного слоя регулируется в пределах 0,2...1,5 мм, зона термического влияния не превышает 0,5 мм, припуск на механическую обработку – 0,2..0,5 мм. Стальную ленту наваривают при восстановлении шеек валов, стаканов, посадочных мест под подшипники качения корпусных деталей и т.д., проволоку – резьбовых частей деталей.

Контактная наварка имеет ряд преимуществ по сравнению с другими способами:

− благодаря малому нагреву детали уменьшаются внутренние напряжения и деформации детали;

− наносятся покрытия заданной толщины;

− потери металла и выгорание легирующих элементов при нанесении покрытий почти отсутствуют, что позволяет характеризовать эту технологию как малоотходную;

− применяются многие виды присадочных материалов; стальная лента, проволока различного состава, порошки металлов и сплавов и т.д., а также такие доступные и дешевые порошки, как сормайт и другие, цена которых р 10...30 раз меньше, чем самофлюсующихся, при равной износостойкости и хорошей обрабатываемости шлифованием (отсутствует "засаливание" кругов);

− в отличие от дуговых, плазменных, гальванических способов процесс экологически чистый;

− в процессе наварки происходит закалка поверхностных слоев;

− высокая прочность сцепления покрытий (100...250 МПа);

− повышение износостойкости деталей в 5...10 раз благодаря нанесению композиционных покрытий, содержащих различные твердые сплавы.

Сущность процесса заключается в приварке к изношенной поверхности детали стальной ленты мощными импульсами тока. Металл ленты и детали в сварной точке под воздействием импульса тока расплавляется. Расплавление ленты происходит в тонком поверхностном слое в местах контакта с деталью. Сварные точки располагаются по винтовой линии и перекрываются как вдоль рядов, так и между ними, что достигается вращением детали со скоростью, пропорциональной частоте импульсов, и продольным перемещением сварочных клещей. Такое расположение сварных точек благоприятно влияет на качество приварки. С целью уменьшения нагрева детали и улучшения закалки наваренного слоя в зону сварки подают охлаждающую жидкость.

Технология восстановления деталей контактной наваркой стальной ленты включает в себя подготовку деталей и лент, наварку ленты, обработку деталей после наварки.

Подготовка валов и осей к восстановлению заключается в правке центровых фасок и снятии с шейки слоя до диаметра меньше номинального на 0,3...0,5 мм, с изношенными внутренними поверхностями − в шлифовании их до диаметра больше номинального на 0,3...0,5 мм.

Заготовки нарезают из лент толщиной 0,3... 1 мм. Ширина их должна равняться ширине восстанавливаемого участка, а длина − его периметру. Зазор в месте стыка концов ленты не должен превышать 0,5...0,8 мм, нахлест концов не допускается. Заготовки из стальной ленты изготовляют на установке 02.11 – 157 "Ремдеталь", которая обеспечивает резку ленты необходимых размеров и повышает, производительность труда в 5 раз по сравнению с ручным способом. С поверхности ленты удаляют следы коррозии и масел. Материал се должен соответствовать твердости восстанавливаемого участка детали. Предварительно в соответствии с данными табл. 4.45 и 4.46 устанавливают режимы. Затем деталь закрепляют в патроне установки и подводят электроды к средней части восстанавливаемого участка. Расход охлаждающей жидкости 1,6 л/мин, усилие сжатия электродов 2...3 кН.

Таблица 4.45

Режимы наварки металлической ленты к деталям типа "вал"

Включив вращение детали, подают ленту из механизма подачи под нижний электрод. В момент касания электрода и ленты включают кнопку "сварка" и прихватывают ленту коротким швом к поверхности детали без подачи сварочных клещей. Окончательную приварку ленты производят с включенной подачей сварочных клещей, соблюдая выбранные режимы.

Таблица 4.46

Режимы наварки металлической ленты к внутренним поверхностям стаканов

Сущность наварки порошковых материалов состоит в спекании частиц порошка друг с другом и с металлом детали под действием давления электродов и теплоты, выделяющейся при прохождении сварочного тока большой плотности (1...5 кА/см²).

Таблица 4.47

Оборудование для восстановления деталей наваркой материала

Наварка порошковых твердых сплавов ПГ-СР2 (60%) + ПИС-3 (40%) или ПН73XI6C3P3 (100%) осуществляется при напряжении на сварочном трансформаторе 4В, длительности импульса 0,14, паузы 0,12 с, давлении в контакте снарочного электрода с деталью 650 МПа. Контактной наваркой порошковых твердых сплавов восстанавливают, например, торцевые уплотнения водяных насосов. После наварки припуск на механическую обработку составляет 0,7…1мм.

Черновая токарная обработка опорного торца выполняется резцом из гексанита – Р при частоте вращения шпинделя 150...200 мин^-1, подаче 0,15...0,2 мм/об, глубине резания 0,5...0,9 мм, чистовая – соответственно 400...500 мин^-1, 0,02...0,2 мм/об и 0,1...0,5 мм.

Характеристика некоторого оборудования для контактной наварки приведена в табл. 4.47.

Газотермическое напыление. При этом способе расплавленный каким-либо источником теплоты материал распыляется сжатым воздухом и наносится ил подготовленную поверхность детали. При соударении частиц с основой происходит их соединение посредством механического и отчасти металлургического сцепления. В зависимости от применяемого источника теплоты различают газопламенное, электродуговое, плазменное, детонационное, высокочас-имное и электроимпульсное напыление. Если напыляемым материалом является металл, то процесс называют металлизацией. Характеристика основных методов напыления представлена в табл. 4.48.

Таблица 4.48

Техническая характеристика основных методов газотермического напыления

Наибольшее применение для восстановления деталей нашли газопламенное и электродуговое напыление.

При газопламенном напылении порошок расплавляется пламенем газовой горелки. Для упрочнения и восстановления деталей применяются три способа: без оплавления (холодное напыление), с последующим оплавлением с одновременным оплавлением (в технической литературе чаще называют газопорошковой наплавкой). Напыление без оплавления выполняют в две стадии: на предварительно нагретую деталь (50...100°С) наносят подслой, а затем основной (рабочий) слой необходимой толщины. В зависимости, от размера габаритных размеров и материала детали этим способом можно получать покрытия от долей миллиметра до 2мм. Газопламенное напыление без последующего оплавления используют для восстановления деталей без деформации, а также не подвергающихся в процессе эксплуатации знакопеременным нагрузкам, нагреванию до температуры выше 300...350°С.

Наиболее прочное сцепление порошкового материала с основным металлом (деталью) достигается оплавлением покрытия после нанесения его на поверхность детали. После напыления порошков покрытие оплавляют с использованием теплоты ацетилено-кислородного пламени или нагревом токами высокой частоты. Оплавление проводят сразу за напылением. Газопламенное напыление с последующим оплавлением дает возможность восстанавливать детали из чугунов и сталей различных марок при износе на сторону до 1,3...1,8 мм.

Газопламенное напыление с одновременным оплавлением используют для восстановления стальных и чугунных деталей, работающих при знакопеременных и ударных нагрузках, повышенных температурах.

Для обеспечения сцепляемости покрытий с основой (деталью) необходимо тщательно подготовить поверхность детали. Она должна быть очищена от грязи, маслянистых и смолистых отложений. В случае неравномерного износа ее подвергают механической обработке с целью придания правильной геометрической формы. После предварительной механической обработки (черновое шлифование) изношенную поверхность обрабатывают порошком электрокорунда зернистостью 500...800 мкм в струйных камерах. Обработку ведут при давлении сжатого воздуха 0,5...0,6 МПа. Воздух, подаваемый в струйную камеру, должен быть очищен от масла и влаги. Участки деталей, не подлежащие напылению и прилегающие к восстанавливаемой поверхности, защищают кожухами или специальными экранами.

Для газопламенного напыления применяют различные горелки и аппараты (табл. 4.49).

Таблица 4.49

Техническая характеристика оборудования для газопламенного напыления

Технологические режимы восстановления деталей типа "вал" газопламенным напылением порошковыми материалами

Характерные дефекты покрытий и способы их устранения даны в табл. 4.50.

Таблица 4.50

Характерные дефекты покрытий и способы их устранения

Без оплавленияОсновное покрытие отделяется от детали в процессе напыления

Нанести подслой

Основное покрытие растрескивается во время напыления

Снять основное покрытие и подслой, провести повторное напыление, увеличив скорость перемещения аппарата, с перерывами до 8.9 мин при напылении толстых покрытий во избежание перегрева напыляемого покрытия

Удалив полностью покрытие, снова провести напыление, строго соблюдая технологические указания

Снять основное покрытие и подслой, провести повторное напыление, увеличив скорость перемещения аппарата, с перерывами до 8...9 мин во избежание перегрева напыляемого покрытия

Стальная высокоуглеродистая проволока для нанесения основного слоя должна быть очищена от консервационной смазки и других, загрязнений, под вергиута отжигу при температуре 800...850°С в течение (1...1,5 ч, после охдаждения обработана в растворе серной кислоты (75 г на 1л воды) при температуре 70…80°С в течение 1 ч, промыта в проточной воде и просушена.

Восстанавливаемую поверхность очищают от масел и оксидов. Для удаления оксидной пленки и придания поверхности шероховатости применяют один из следующихспособов:

− струйная обработка корундом деталей типа "вал" с твердой термообработанной поверхностью;

− нарезание резьбы с последующей струйно-корундовой обработкой;

− дробеструйная обработка.

Процесс напыления включает в себя нанесение подслоя проволокой Х20-Н80 или Х18Н10Т толщиной 0,15 мм на сторону и основного слоя проволокой У-10; А-75; Нп-105Х, 40X15 и другими 0 1,5...2,5 мм.

Режимы металлизации при нанесении подслоя и основного слоя одинаковы: дистанция металлизации 120 мм; напряжение для алюминиевой проволоки 25 В, стальной − 30...40, нержавеющей стали − 30...40, меди − 32...35, цинка − 20, латуни − '25 В; сила тока зависит от металла проволоки, ее диаметра и скорости подачи и колеблется для указанных материалов в пределах от 32 до 530 А; давление воздуха 0,5...0,7 МПа; допустимый угол наклона оси факела к поверхности детали для стали и чугуна 60, алюминия и меди 70 град; смещение выше центра на 4...10 мм.

Скорости вращения детали, перемещения металлизатора в зависимости от се диаметра, частота колебания металлизатора даны в табл. 4.51.

Таблица 4.51

Режимы работы металлизатора

Температура металлизационного покрытия не должна превышать 100°С, чтобы не вызывать появления больших внутренних напряжений, образования трещин и отслоения покрытия, поэтому нанесение основного слоя необходимо вести с перерывами, чтобы дать возможность детали остыть.

Допускается наносить покрытия колеблющимся металлизатором, выдерживая угол наклона оси факела, указанный выше.

Коэффициент использования стальной проволоки при металлизации деталей и нормы ее расхода приведены в табл. 4.52.

Таблица 4.52

Нормы расхода проволоки

После напыления очистку поверхностей стальных и чугунных деталей производят дробеструйной обработкой с помощью дробеструйных камер, пистолетов для дробеструйной обработки и стальной или чугунной дроби размером 1,2...1,4 мм при давлении воздуха 0,5..0,6 МПа, скорости вращения детали (линейной) 2,6 м/мин, скорости продольной подачи 3...5 мм/об, дистанции обработки 80...100 мм.

Электродуговое напыление применяют также для противокоррозионной защиты труб и металлоконструкций. Для этого используют алюминиевую проволоку АД-1, АМ61, АМгЗ, AT, АПТ 0 1,5...2,5 мм. Нормы ее расхода в зависимости от диаметра труб при толщине покрытия 300...350 мкм приведены в табл. 4.53.

Таблица 4.53

Нормы расхода алюминиевой проволоки

Для электродугового напыления используют электрометаллизаторы, комплекты оборудования и специальные установки (табл. 4.54, 4.55, 4.56).

Таблица 4.54

Техническая характеристика электрометаллизаторов

*Модель снята с производства.

Таблица 4.55

Техническая характеристика комплектов оборудования КДМ-1 и КДМ-2

Таблица 4.56

Техническая характеристика установок для

электродугового напыления

Основными способами обработки покрытий, полученных электродуговым напылением, являются токарная обточка и шлифование. Токарная обработка покрытий проводится резцами с пластинами из твердых сплавов, стальных покрытий – с охлаждением. Режимы токарной обработки покрытий – в табл. 4.57.

Таблица 4.57

Режимы токарной обработки покрытий

При высокой твердости покрытий и небольших припусках на обработку целесообразно применять шлифование без предварительной токарной обработки. Для этого можно использовать корундовые круги на мягкой основе, например, М60СМ, Э60СМ и др.

Режимшлифования: окружная скорость шлифовального круга – 10…30 м/с, детали 6…15 при предварительном и 3…6м/с при окончательном шлифовании. Глубина обработки 0,01...0,03 при предварительном и 0,008....0,01 мм при окончательном шлифовании. Несоблюдение этих режимов, сильный прижим круга и недостаточно интенсивное охлаждение могут вызвать в покрытии сетку шлифовальных трещин.

Широкими технологическими возможностями обладает плазменное напыление, которое позволяет наносить тугоплавкие и композиционные покрытия (температура плазмы 30000°С и более). Для ее осуществления выпускаются специальные установки УПУ-3, УМП-5, УМП-6.

При газотермическом напылении используют различные порошковые материалы: на основе никеля и титана (10 марок с индексами А.01...А.10 – ПН70Ю30, ПН55Т45, ПТ65Ю35, ПН75Ю23В и др.), коррозионно-стойкие стали и сплавы (6 марок с индексами Б.01...Б.06 − ПРХ18Н9, ПР-06Х-Н28МДТ, ПР-Х20Н80 и др.); самофлюсующиеся сплавы (16 марок с индексами В.01...В.16 − ПР-Н80Х13С2Р, ПР-Н67Х18С5Р4, ПГ-СР2,