Наплавка деталей твердыми сплавами

Содержание

Что такое наплавка металла и ее виды

Череповецкий завод металлоконструкций занимается изготовлением различных металлических изделий. У нас вы можете заказать услугу наплавки металла по доступной цене. В данной статье рассмотрим ее основные виды.

Наварка твердым сплавом поверхностей орудий землеройной техники

Зубья ковшей можно эксплуатировать после наплавки без обработки

При работе с грунтом и другими материалами компоненты землеройных машин – ковши, зубья, отвалы, кромки бура, гидромолоты, гидроножницы и даже грунтозацепы гусеничных траков испытывают абразивные воздействия и изнашиваются. И здесь нет исключений: орудия даже самого малого размера подвержены износу такого рода.

Для восстановления и упрочнения зон, в которых в результате трения или ударов возникает абразивный износ (режущие кромки и рабочие поверхности), чтобы продлить срок службы землеройного оборудования, применяется наварка твердым сплавом, т. е. нанесение способом сварки нового, более прочного материала на изнашиваемую поверхность. Те части орудия, которые не подвергаются абразивному износу, в упрочнении не нуждаются. Для восстанавливаемой детали рекомендуется производить наварку твердым сплавом уже после восстановления первоначальных размеров детали обычным способом, чтобы дополнительно увеличить срок ее службы. Наварка твердым сплавом может использоваться и в качестве превентивной меры, например, если орудие выполнено из материала, недостаточно прочного для разработки скальной породы.

Другим способом увеличения срока службы ковша или режущего инструмента является наплавка готовых износостойких пластин из твердого сплава.

Восстановление деталей наплавкой – какие способы существуют?

Восстановление деталей наплавкой – это методика, которая дает возможность вернуть тому или иному изделию его первоначальные характеристики, а в некоторых случаях даже придать ему новые особые качества.

Электроды для наплавки поверхностей слоев с особыми свойствами

Группа электродов для наплавки представлена марками, которые предназначены для ручной наплавки поверхностных слоев изношенных деталей. Такой наплавляемый слой обладает особыми свойствами (кроме марок электродов предназначенных для наплавки деталей из цветных металлов). Наплавляющие электроды изготавливаются и поставляются в соответствии с требованиями ГОСТов 9466-75 и 10051-75.

В некоторых случаях для наплавочных работ используют также сварочные электроды, такие марки, например, которые предназначены для сваривания коррозионностойких, высоколегированных, жаропрочных и жаростойких сталей.

elektrody-dlya-naplavki

Наплавочные электроды для восстановления поверхностных слоев согласно ГОСТу 10051-75 по твердости и химическому составу наплавляемого металла при нормальной температуре распределяются на 44 типа (например, Э-13Х16Н8М5С5Г46, Э-110Х14В13Ф2, Э-16Г2ХМ). Предприятия изготовители многие марки регламентируют наплавленный металл техническими условиями.

1 Лазерная наплавка поверхности металла – новый подход к проверенной технологии

Наплавка – это эффективный способ восстановления изношенных или улучшения прочностных характеристик новых деталей механизмов и машин. Процесс заключается в нанесении расплавленного материала на обрабатываемое изделие, поверхность которого разогрета до температуры плавления, или надежном смачивании покрываемым жидким металлом. Созданный таким способом поверхностный слой образует единое целое с основным сплавом.

В случае ремонтных работ на старую деталь может быть наплавлен примерно такой же металл, из которого она изготовлена. При этом будут восстановлены целостность и форма изделия. Но целесообразней наносить другой сплав, который, как и для новой детали, позволит получить изделие с поверхностью, отличающейся от материала основы своими свойствами.

Лазерная наплавка поверхности металла – новый подход к проверенной технологии

В зависимости от условий эксплуатации оборудования, это могут быть высокая эрозионная, кавитационная, коррозионная, износо-, жаростойкость и другие. В случае обработки новых деталей наплавка позволяет значительно сэкономить на материале, так как отпадает необходимость изготовления изделия целиком из дорогого сплава. Также во всех случаях использования этой технологии значительно продлевается срок службы обработанных узлов и деталей.

Лазерная наплавка поверхности металла – уникальный и наиболее эффективный метод наплавления износостойких покрытий. Проводят ее с помощью лазерных систем нового поколения, работа которых основана на использовании мощных диодов и специальных сопел.

Лазерная наплавка поверхности металла – новый подход к проверенной технологии фото

Сфокусированный лазерный луч создает на поверхности детали сварочную ванну, в которую локально подается металлический порошок. Материал основы подвергается кратковременному расплавлению. Высокий уровень автоматизации управления рабочим процессом обеспечивает регулирование как размеров зон плавления, так и термических циклов.

Условное деление на группы

В зависимости от условий работы и принятой системы легирования получаемого наплавляемого металла наплавочные электроды (электроды для наплавки) условно разделяются на 6 следующих групп (для примера ниже написаны марки/типы электродов (типы металла), ссылки на все эти марки есть дальше, на этой странице):

  • 1-я группа электродов, обеспечивает получение низколегированного, низкоуглеродистого наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к ударным нагрузкам в условиях трения. (ОЗН-300М /11Г3С, ОЗН-400М /15Г4С, НР-70 /Э-30Г2ХМ, ЦНИИН-4 /Э-65Х25Г13Н3)
  • 2-я группа электродов, обеспечивает получение низколегированного среднеуглеродистого наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к ударным нагрузкам в условиях трения при нормальных и повышенных температурах эксплуатации (до 600-650 гр С). (ЭН-60М /Э-70Х3СМТ, ЦН-14, 13КН/ЛИВТ /Э-80Х4С, ОЗШ-3 /Э-37Х9С2, ОЗИ-3 /Э-90Х4М4ВФ)
  • 3-я группа электродов, обеспечивает получение легированного или высоколегированного углеродистого наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к ударным нагрузкам в условиях абразивного трения. (ОЗН-6 /90Х4Г2С3Р, ОЗН-7 /75Х5Г4С3РФ, ВСН-6 /Э-110X14В13Ф2, Т-590 /Э-320Х25С2ГР)
  • 4- группа электродов, обеспечивает получение высоколегированного углеродистого наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к большим давлениям и высоких температур эксплуатации (до 650-850 гр С). (ОЗШ-6 /10Х33Н11М3СГ, УОНИ-13/Н1-БК /Э-09Х31Н8АМ2, ОЗИ-5 /Э-10К18В11М10Х3СФ)
  • 5-я группа электродов, обеспечивает получение аустенитного высоколегированного наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к условиям эрозионно-коррозионного изнашивания и трения при повышенных температурах эксплуатации (до 570-600 гр С). (ЦН-6Л /Э-08Х17Н8С6Г)
  • 6-я группа электродов, обеспечивает получение высоколегированного дисперсноупрочняемого наплавленного металла со свойствами высокой стойкости к тяжелым температурно-деформационным условиям (до 950-1100 гр С). (ОЗШ-6 /10Х33Н11М3СГ, ОЗШ-8 /11Х31Н11ГСМ3ЮФ)

Механизированные дуговые способы наплавки

При выборе дугового способа наплавки необходимо учитывать такие важные параметры, как характеристики материала детали, предназначенной для реставрации, физико-механические свойства наплавляемого покрытия, геометрические параметры заготовки, уровень износа и некоторые другие.

Механизированные дуговые способы наплавки

Существует два вида механизированной сварки (наплавки) – автоматическая и полуавтоматическая. В первом случае происходит механическая подача как электродных расходных материалов (лент или проволок) в область обработки, так и относительное перемещение детали и электрода. При полуавтоматическом способе сварки механическим способом перемещаются только электроды. Подача электродной проволоки производится по шлангу к держателю, который перемещается самим сварщиком по необходимой траектории вручную.

Для выполнения работ при автоматическом дуговом способе наплавки требуется следующая базовая комплектация оборудования: сварочная головка, токарный или специальный станок, источник питания и аппаратный ящик.

Конструкция сварочной головки (автомата) состоит из механизма подачи ленты или электродной проволоки (чаще всего применяются тяговые ролики) с блоками регулировки скорости подачи, опускания, подъема, поворота головки.

Некоторые модели установок для наплавки, помимо устройства подачи электрода к заготовке, оснащаются механизмом, производящим поперечные колебания электрода, что позволяет получать за один проход слой наплавления значительно большей ширины. Это способствует повышению производительности и качества шва.

Технологии наварки

Оборудование и технологии, которые используются для упрочнения рабочих поверхностей орудий путем наварки твердым сплавом, могут быть различными в зависимости от условий работы (в мастерской или в «поле») и от того, из каких металлов изготовлены орудия. Для наварки обычно используются сварочные электроды с покрытием (ручная электродуговая сварка) либо сварка полуавтоматом цельностержневой либо порошковой проволокой в среде инертных (защитных) газов.

Оборудование для ручной наплавки электродом компактное и удобно для работ «в поле», на месте эксплуатации оборудования. Разработано много видов электродов, которые используются для наложения сварочных швов в любой плоскости. Но во время сварки электрод с покрытием сгорает не полностью. Если после работы взвесить все оставшиеся «огарки», будет видно, как много денег пропало впустую.

Твердосплавная пластина – режущая кромка ковша

Часто предпочитают использовать сварку полуавтоматом с порошковой или цельностержневой проволокой, поскольку она дешевле и проще в использовании, требования к квалификации сварщика минимальные. К тому же при автоматической сварке производительность намного выше, работа выполняется быстрее. Для сварки порошковой проволокой не нужен газовый баллон, дуга почти не чувствительна к наличию ветра, может использоваться в полевых условиях благодаря возможности сварки открытой дугой. Но порошковая проволока стоит дорого, и имеет смысл ее использовать только в тех труднодоступных местах, куда сложно доставить баллон с газом. К тому же считается, что качество швов получается хуже, чем при сварке полуавтоматом цельностержневой проволокой в среде защитных газов. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, – повышенная вероятность образования в швах пор, вызываемая наличием пустот в проволоке. Как уже упоминалось, недостатком сварки цельностержневой проволокой является необходимость доставлять на рабочее место кроме аппарата еще и баллон с газом и длинный газовый шланг, чего при работе в полевых условиях не всегда удается сделать. В поле удобнее производить наварку твердым сплавом, не применяя защитных газов, т. е. производить сварку открытой дугой. Известны разработанные некоторыми компаниями (например, Lincoln Electric Co.) сорта сварочной проволоки, которыми можно производить наварку твердым сплавом и в среде защитных газов, и без них.

Сварочные электроды с покрытием

Если наварка твердым сплавом выполняется проволокой в среде инертных газов, рекомендуется выполнять работу в помещении (желательно небольшом), в котором можно было бы организовать эффективную вентиляцию и не допускать задымления. Работа в этом случае будет идти намного лучше, эффективнее работает система охлаждения сварочного пистолета, и токопроводящий наконечник (мундштук) прослужит дольше.

Сварочная проволока

2 Технология лазерной наплавки – основные методы

Точность лазерного излучения гарантирует образование полностью плотного наплавочного слоя с разжижением (смешением с металлом основы) менее 5 %, а также обеспечивает отличное металлургическое сцепление. Возможно нанесение нескольких защитных слоев, что повышает стойкость к механизмам разрушения.

Существует три основных метода создания покрытий с помощью лазера:

  1. Оплавлением порошков в виде пасты, которую предварительно наносят на поверхность детали. Содержимое смеси подбирают таким, чтобы оно практически не влияло на состав создаваемого покрытия. Пасту оплавляют лазером, последовательно проходя лучом всю поверхность. Для получения многослойного покрытия порошковый состав наносят заново после очередного цикла обработки детали. Преимущества этого способа состоят в простоте технологии и конструкции требуемого оборудования. К главным недостаткам относят высокую трудоемкость и неравномерность покрытия, обусловленную поверхностным натяжением расплавленного жидкого металла.Технология лазерной наплавки – основные методы
  2. Покрытие создают посредством подачи газопорошкового состава сбоку от сопла лазера (до недавнего времени являлся наиболее распространенным способом). Эта технология лазерной наплавки качественно улучшает процесс получения плакирующего слоя. Когда впрыск порошка происходит в жидкую ванну, то это позволяет создавать не только равномерные по химическому составу и толщине покрытия, но также композитные материалы, у которых сохраняется упрочняющая фаза. Газопорошковую струю подают сбоку относительно направления луча или навстречу. Формируемые при этом валики покрытия будут отличаться геометрией поверхности. Недостаток способа – несимметричная относительно направления луча лазера подача порошка даже при создании плакирующего слоя сканированием излучения в плоскости.
  3. Коаксиальная наплавка – газопорошковая смесь подается в область воздействия лазерного луча через сопло со всех сторон симметрично (поток конусообразно сходится в одну точку-фокус). Формирование такой равномерной симметричной подачи – главная сложность этой технологии. Коаксиальная наплавка – самый универсальный метод получения не только однородных, но и композитных покрытий как на плоских, так и на трехмерных поверхностях. Данный процесс обеспечивает симметричную подачу относительно направления наплавления, равномерное формирование валиков, а также высокие производительность, эффективность и коэффициент использования расходного присадочного материала. Главный недостаток – сложность осуществления коаксиальной подачи.Технология лазерной наплавки – основные методы фото

Качество напыления лазером зависит от очень многих параметров, но главным является расход порошка. Задав необходимый диаметр луча, мощность лазера и скорость наплавки, массовым расходом твердосплавного состава можно регулировать толщину наносимого покрытия, разжижение и твердость.

Подготовка деталей

Перед восстановлением детали сваркой или наплавкой с поверхности удаляют ржавчину, окалину, грязь металлической щеткой или пескоструйной обработкой до блеска. Обезжиривание выполняют растворителем или нагревом поверхности до 300⁰C. На кромках закрепляемых элементов снимают фаски. У трещин разделывают края под углом 120 — 140⁰, на концах сверлят отверстия диаметром 3 — 4 мм. Глухие трещины углубляют насквозь, чтобы газы при сварке не образовывали поры.

С деталей, которые уже восстанавливались, сначала удаляют остатки нанесенного ранее слоя. Затем проводят процедуру очистки. Если износ не больше 1 мм, с места восстановления снимают слой на глубину 0,5 — 1 мм шлифовальным кругом или резцом. Это обеспечит однородность структуры нанесенного сплава.

2 Электродуговая восстановительная наплавка электродами с покрытием

Данный вид выполнения наплавочной процедуры считается самым распространенным. Подобная наплавка демонстрирует отличные результаты не только на промышленных объемах, но и в домашних условиях. Она очень удобна и проста, а главное – для нее не нужно приобретать какое-либо особое оборудование.

При электродуговом восстановлении важно правильно подобрать электрод, чтобы он смог сформировать наплавочный слой с требуемыми параметрами. Сечение стержня определяет форма и толщина детали, которую предстоит обработать, а конкретный тип электрода выбирается в зависимости от состава наплавляемого металла.

Стальные изделия в большинстве случаев восстанавливают рассматриваемым в статье способом в нижнем положении электрода током обратной полярности. При этом обязательно следует подготовить основной металл к процедуре, очистив его поверхность от ржавчины, остатков масла и прочих загрязнений.

Электродуговая восстановительная наплавка электродами с покрытием

Восстановление валов из низколегированных и низкоуглеродистых сталей производят чаще всего без их нагрева. А вот детали из других марок стали нередко подогревают (предварительно), а затем снимают с них внутренние напряжения, проводя их термическую обработку. Температура предварительного подогрева – от 300 градусов.

Наплавочные швы могут располагаться по-разному. Когда обработке подвергаются цилиндрические изделия, используются три основные схемы:

  • валики идут по винтовой линии;
  • валики по окружностям замкнутого типа;
  • валики вдоль образующей.

Первый способ считается оптимальным в тех случаях, когда наплавка ведется механизировано.

При работе с плоскими поверхностями говорят о двух распространенных схемах, предполагающих применение:

  • широких валиков (движения электрода в поперечном направлении делаются увеличенными);
  • узких валиков (они перекрывают друг друга примерно на треть своей ширины).

Восстановление “особых” деталей сваркой и наплавкой (например, элементов конструкций, функционирующих при повышенных нагрузках, измерительных и режущих приспособлений) может осуществляться твердыми сплавами, а не обычным металлом. В таких сплавах обычно присутствуют соединения никеля, кобальта, бора, железа, углерода с хромом, танталом, титаном, марганцем.

Электродуговая восстановительная наплавка электродами с покрытием фото

Если указанные изделия имеют большой показатель износа, перед основной наплавкой выполняют предварительную, используя сварные стержни, сделанные из стали с малым содержанием углерода. А вот в тех случаях, когда изготавливают новые режущие и измерительные приспособления с наплавкой твердосплавного типа, основанием для них служат заготовки из легированных и углеродистых марок стали.

Восстановление специального инструмента, как правило, выполняют следующими видами электродов:

  • ЦИ-1М;
  • ОЗИ-5 (3, 6);
  • ЦС-1.

А вот детали, работающие в сложных условиях, наплавляют стержнями Т-620, ОЗН-300М, Т-590, ОЗН-7М, ОМГ-Н.

Электроды для наплавки, стойкие к абразивному износу

Наплавка – это метод нанесения слоя расплавленного металла, присадочного, на основной. Электроды для наплавления, стойкие к абразивному воздействию, создают на деталях новый слой с отличными механическими свойствами и характеристиками. За счет их использования можно:

  • привести изделие в первоначальный вид,
  • вернуть ему геометрические размеры,
  • придать новые ценные качества,
  • увеличить износостойкость, способность противостоять воздействию температур.

Электроды для наплавки, стойкие к абразивному износу, используются при ремонте самого разного оборудования. Это могут быть зубчатые барабаны, крестовины, валы, звездочки, оси, отражательные плиты, крестовины стрелочных переходов, шнеки, дробилки. В таком случае рекомендуется применить наплавочные электроды марки ОЗН-400М, ЦНИИН-4, ОЗН-7М.

Выполняя земляные работы, абразивному истиранию подвергаются звенья цепей гусениц, ковши экскаваторов, ножи бульдозеров, наконечники рыхлителей. Защитить от нагрузок и разрушения эти детали необходимо применяя марку электрода Т-590 и Т-620, OK Weartrode 35. Их пруток сделан из углеродистой стали, обмазка содержит ферробор, карбид бора, феррохром, ферротитан.

Технология наплава при помощи электродов

Прежде чем приступать к работе, проводят предварительную очистку металла, которая состоит из двух этапов: зачистки и обезжиривания.

Наплавка металла электродом — самый распространенный метод получения гомогенного слоя. Простота технологии делает его основным в применении и в условиях производства, и дома.

Электрод со специальным покрытием подбирают исходя из преследуемых целей обработки. Этот выбор также зависит от типа металла, из которого выплавлена основа. В зависимости от марки электрода полученный слой приобретает необходимые характеристики.

Подключение схемы – прямое или обратное. Второй вариант применяется чаще, так как отличается удобством. Для проведения работы необходимо постоянное напряжение «+» на покрытом электроде.

Усиливающие швы – квадратами и ромбами

Рабочие поверхности ковшей обычно защищают наварными швами-валиками высотой около 5 мм, пересекающимися в форме квадратов или ромбов. Нередко прямо на только что купленный дорогой ковш наносят «рисунок» из твердосплавных наварных швов. За счет неполного покрытия поверхности упрочнение получается дешевле. Специалисты считают, что обе формы рисунка одинаковы по функциональным качествам. Но общее правило таково: расстояние между параллельными швами должно составлять 40–45 мм, чтобы там задерживалась грязь. Во время работы твердосплавные наварные швы и грязь служат комплексной защитой металлу ковша, и срок его службы увеличивается.

Твердосплавная пластина с отверстием для «защитной грязи»

Форма рисунка, образуемого наварными швами, зависит от типа грунта и рабочего орудия. Например, при работе со скальными породами рекомендуется выбирать рисунок или наварные линии, расположенные параллельно направлению, по которому происходит изнашивание, то есть для защиты таких ковшей наваривают швы, вытянутые в направлении, по которому движется ковш. Если же ковш работает с песчаным грунтом или верхним слоем почвы, наварные швы обычно располагаются скорее в направлении, поперечном движению ковша, чтобы грунт лучше задерживался между валиками из твердосплавного металла. Если же ковш используется для работы с грунтами и скального, и песчано-почвенного типов, то рекомендуется использовать рисунок из перекрестных линий (ромбами) или в виде «ёлочки».

Твердосплавные накладки защищают ковш

Техники, выполняющие эту работу, должны следить, чтобы точно соблюдались размеры «рисунка» и высота наваренного шва. Обычно при наварке твердым сплавом допускают две характерные ошибки. Во-первых, делают слишком крупные клетки или ромбы. Как правило, увеличивают расстояния между швами в целях экономии. Но в «клетках» или «ромбах» шириной 75–100 мм грязь почти не задерживается, и следовательно, никакой защиты металла от абразивного воздействия не получается. Во-вторых, при наварке устанавливают слишком большую величину силы тока или напряжения. В результате вместо валиков сварные швы получаются плоскими или даже образуются впадины. Рекомендуется выполнять наварку твердым сплавом при минимально возможной температуре металла, чтобы он разжижался как можно меньше, тогда швы будут получаться выпуклыми и хорошо задерживать «защитную» грязь на поверхности орудия.

Твердосплавные пластины, которые навариваются на землеройные орудия, также могут иметь, например, отверстия посередине, которые выполняют ту же роль, что и «сетка» из сварных швов – задерживают «защитную» грязь, предохраняющую металл пластины от контакта с грунтом, т. е. от износа.

Любые, даже самые малые орудия нуждаются в усилении и защите рабочих поверхностей

Электродуговая сварка и наплавка

Это самая распространенная технология восстановления в промышленности и на дому. Она легко выполняется на обычном сварочном оборудовании. Работу выполняют плавящимися покрытыми электродами и неплавящимися с присадочной проволокой.

Качество конечного результата определяется параметрами электродов. Для ремонта сваркой площадь поперечного сечения стержней выбирают в зависимости от размера повреждения, толщины металла. Для создания слоя с заданными параметрами выбирают марки электродов с легирующими присадками. Они могут содержаться в металле и обмазке стержней.

Схема ручной наплавки

Наплавку на детали из низкоуглеродистых сталей, которые не подвергались термической обработке, проводят сварочными электродами. Форму изделий из закаленной легированной, высокоуглеродистой стали восстанавливают наплавочными электродами с присадками или стержнями из твердых сплавов. Ими же наносят слои на режущие кромки инструмента для обработки металла.

Важно!

Для предотвращения деформирования, детали из высокоуглеродистой легированной стали предварительно нагревают до 300⁰C.

После окончания работы проводят отпуск для снятия внутренних напряжений в сварочных швах. Для низкоуглеродистой, низколегированной стали предварительный нагрев не требуется.

На цилиндрическую поверхность валики накладывают тремя способами:

  • в виде спиралей;
  • в форме замкнутых окружностей;
  • параллельно оси вращения.

На плоские поверхности наплавляют рядом расположенные широкие валики либо узкие с перекрытием 0,3 — 0,5 по ширине. На место большого износа сначала накладывают слой из низколегированной стали. Наплавку и сварку элементов небольшой толщины выполняют на постоянном токе обратной полярности. Толстостенные детали сваривают переменным или постоянным током с прямой полярностью.

3 Особенности наплавки в газовой защитной атмосфере

Восстановление валов и других изделий по технологии TIG (применяются присадочные прутки и сварочные стержни из вольфрама) и MIG/MAG (проволока подается автоматизировано) также широко применяется в настоящее время. Указанные методы предполагают использование азота, углекислоты, аргона или гелия в качестве защитного газа.

Азот обычно применяется при восстановлении медных деталей, а вот для валов и изделий из углеродистых сплавов чаще используют углекислый газ (при этом нужна раскисляющая проволока с включением кремния и марганца). Вольфрамовые неплавящиеся стержни применяют для восстановления в гелиевой либо аргоновой среде. Композиции на базе алюминия и магния, а также высоколегированные стали наплавляют в смеси гелия и аргона (изредка эти газы используются и отдельно).

Особенности наплавки в газовой защитной атмосфере

Наплавочную операцию по технологии TIG следует выполнять так, чтобы металл разбрызгивался незначительно. Выполняется это условие тогда, когда процесс ведется короткой дугой на прямой полярности, которая не позволяет электроду из вольфрама оплавляться. А вот MIG/MAG-технология осуществляется на токе обратной полярности.

Особенности наплавки в газовой защитной атмосфере фото

При восстановлении деталей из нержавеющей стали необходимо использовать проволоку из нержавейки. Полуавтоматическая наплавка низколегированных и углеродистых сплавов всегда производится двумя видами проволоки:

  • типа Нп (50, 40, 30ХГСА);
  • типа Св (08Г2С, 08ГС и др.).

Первые проволоки относят к специальным, вторые характеризуются сплошным сечением.

Подготовка поверхности под наплавку

Перед наплавкой поверхность тщательно очищают от масла, краски, окалины и других загрязнений. Поверхностные дефекты, в том числе и ранее наклепанный слой, удаляют механическим путем или резаком для поверхностной кислородной резки. С целью снижения сварочных напряжений необходимо добиваться равномерной толщины наплавленного слоя. Поверхность, имеющую неравномерную выработку с большими колебаниями по высоте, выравнивают механическим путем на металлорежущем оборудовании.

При подготовке под наплавку поверхностей с локальными износами следует избегать плавных переходов наплавляемого металла к основному (рис. 18.1).

Правильная (П) и неправильная (Н) подготовка поверхностей под наплавку

Рис. 18.1. Правильная (П) и неправильная (Н) подготовка поверхностей под наплавку; 1…6 — последовательность наложения валиков

Наплавку плоских и фасонных поверхностей выполняют отдельными валиками (рис. 18.2, а…г) или челночным способом (рис. 18.2, д). При наплавке отдельными валиками каждый из них накладывают на всю длину на расстоянии друг от друга, равном 1/3 ширины валика. После очистки наложенных валиков от шлака заполняют промежутки между ними (см. рис. 18.2, б,д). Применяют и другие способы наплавки валиками, например, как показано на рис. 18.2, а, — с перекрытием 1/3 ширины валика после очистки предыдущего валика от шлака.

Челночный способ

используют для наплавки поверхностей шириной 40…80 мм. Особенность способа заключается в том, что шлак на предыдущем валике не успевает затвердеть, а следовательно, отпадает необходимость в удалении шлака с предыдущего валика.

Наплавку тел вращения выполняют одним из трех способов — по образующим, по окружностям и по винтовой линии.

Наплавку по образующим

(рис. 18.3, а) ведут отдельными валиками так же, как и плоских поверхностей в нижнем положении, периодически поворачивая наплавляемое изделие.

Наплавку по окружностям

(рис. 18.3,6) выполняют тоже отдельными валиками. Последующий валик накладывают после очистки от шлака предыдущего с перекрытием ≈1/3 ширины валика.

Наплавку по винтовой линии

(рис. 18.3,в) осуществляют непрерывно, а очистка предыдущего валика от шлака может производиться подпружиненными резцами.

наплавка валов сваркойРекомендованные параметры наплавки вала дымососа

Вибродуговая наплавка: описание технологии

Вибродуговой способ наплавки является разновидностью автоматической сварки в среде защитных газов и под слоем флюса. При такой технологии применяют постоянный ток с обратной полярностью напряжением от 12 до 20 В и плотностью от 50 до 70 А/мм 2 .

В качестве источников питания применяют выпрямитель с жесткой внешней характеристикой и сварочный преобразователь. Для дополнительной индуктивности и стабилизации сварочного тока используют дроссель низкой частоты.

Вибродуговая наплавка: описание технологии

В конструкции наплавочной головки имеется механизм подачи, с помощью которого в зону горения дуги с заданной скоростью подается электродная проволока. При помощи электромеханического вибратора мундштук совершает возвратно-поступательные движения (вибрации) с частотой колебаний от 100 до 120 Гц.

Значение амплитуды колебаний электрода относительно детали находится в диапазоне 1–3 мм. Периодическое прерывание дуги является причиной мелкокапельного переноса металлических частиц с поверхности электрода на заготовку. По этой причине формируется предельно минимальная сварочная ванна, обеспечивающая довольно надежное сплавление основного и электродного металла, небольшую глубину области термического воздействия и невысокое нагревание заготовки, намного меньшее по сравнению с обычной дуговой наплавкой выгорание легирующих элементов.

Метод вибродуговой наплавки широко используется для восстановления износа наружных и внутренних поверхностей деталей из стали и чугуна, имеющих цилиндрические и конические формы, а также плоские заготовки. Диапазон диаметральных размеров деталей, обрабатывающихся таким способом, составляет от 8 до 200 мм.

Однослойная наплавка обеспечивает толщину слоя от 0,3 до 3 мм, а при нанесении нескольких слоев ее можно произвести любой толщины.

Функцию защиты расплавленного металла могут выполнить также пар, флюс и углекислый газ.

Восстановление деталей в среде защитных газов

Этим способом восстанавливают детали наплавкой и сваркой толщиной от 0,6 мм и валов диаметром до 5 см. Поступающий под давлением к месту сварки газ защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом. Самые качественные швы получаются в среде аргона или гелия, однако из-за их высокой цены чаще пользуются углекислым газом. В среде азота восстанавливают детали из меди.

При нагреве до высокой температуры из углекислого газа выделяется кислород, который способствует выгоранию углерода, марганца, кремния. Поэтому для работы со сталью применяют сварочную или присадочную проволоку с высоким содержанием этих элементов. Выбор диаметра в диапазоне 0,5 — 2,5 мм зависит от толщины деталей. Наплавку на нержавеющую сталь проводят проволокой из нержавейки, желательно той же марки.

Восстановление в среде углекислого газа выполняют на постоянном токе обратной полярности. Чтобы процесс протекал стабильно, выбирают сварочное оборудование с жесткими характеристиками. Автоматической наплавкой восстанавливают детали диаметром от 10 мм из низкоуглеродистых сортов стали.

Подачу проволоки настраивают так, чтобы не возникали короткие замыкания или обрывы дуги. Скорость наплавки определяется по толщине создаваемого слоя. Валики накладывают с шагом 2,5 — 3,5 мм.

4 Особенности и преимущества лазерной технологии

При традиционных способах наплавки основной металл подвергается значительному подплавлению и термическому воздействию, что является весомым недостатком, потому что технология должна обеспечивать минимальное тепловое влияние на деталь и перемешивание присадочного материала со сплавом изделия. Эти изъяны практически полностью отсутствуют у обработки лазером – нагрев локализован и соответствует форме, размеру подаваемого излучения, а глубина термического воздействия ограничена незначительным приповерхностным слоем, благодаря чему вероятность коробления (искажения формы) детали минимизирована.

Экономический эффект

Упрочнение путем наварки твердым сплавом – отличное средство, позволяющее замедлять темп износа рабочих поверхностей орудия. Насколько увеличится ресурс землеройного орудия в результате наварки твердым сплавом, зависит прежде всего от условий его работы. В одной местности приходится работать с глинистым грунтом, в другой – с песчаным, а в третьей – со скалистым. Понятно, что износ орудия в каждом случае будет отличаться. В общем же можно сказать, что наварка твердым сплавом увеличивает срок службы землеройного орудия в 4–10 раз, а иногда и больше. При этом затраты на упрочнение оборудования путем наварки твердым сплавом составляют от 10 до 75% от стоимости нового орудия – это очень выгодная инвестиция.

Однако, принимая решение об использовании технологии упрочнения поверхностей, следует тщательно проанализировать экономическую сторону вопроса. Каков желательный срок службы орудия до износа? Может быть, его ресурса будет достаточно и без упрочнения? Сравните стоимость наплавки со стоимостью нового орудия. Имея необходимые исходные данные, можно подобрать оптимальные варианты упрочняющей наплавки по приемлемым ценам, т. к. из-за содержания в наплавочных материалах кобальта, вольфрама, молибдена, ниобия и других дорогих металлов стоимость расходных материалов для наплавки может быть очень высокой. Проанализируйте условия работы орудия: если условия работы таковы, что этот наваренный упрочняющий слой или упрочняющая пластина могут быть сколоты с поверхности орудия или поломаны, или оператор использует такие приемы работы, при которых преимущества упрочненной поверхности не используются в полной мере, затраты на упрочнение не окупятся с максимальным экономическим эффектом.

Сколько раз можно повторять наварку твердым сплавом одной и той же детали? По мнению ряда специалистов, возможное количество наварок зависит от того, какие сплавы для этого используются, но в общем случае, пока зуб (или иная деталь) не износится настолько, что упрочнение его потеряет всякий смысл, можно наваривать твердый сплав поверх изношенного. В эксплуатации еще можно встретить, например, бульдозеры, которые работают не один десяток лет, их отвалы восстанавливались наваркой много раз.

Дилеры некоторых ведущих мировых компаний предлагают клиентам услугу: проведение анализа износа деталей оборудования, для того чтобы помочь в принятии решения относительно использования технологии наварки твердым сплавом. Специалисты дилера анализируют характер износа рабочих поверхностей ковша или отвала при данных условиях работы, проводят измерения с помощью трехмерного сканирования, которое помогает точно воссоздать первоначальную гео­метрию рабочих поверхностей орудия, и помогают клиенту понять, стоит восстанавливать исходную форму рабочей поверхности орудия с помощью наварки твердым сплавом или лучше заменить деталь на новую.

4 Восстановление деталей под слоем флюса – достоинства и недостатки

Данный метод оптимален для наплавки крупных по диаметру и геометрическим размерам валов, а также других деталей:

  • лопастей смесительных агрегатов;
  • компонентов ходовой части экскаваторов и тракторов;
  • элементов камнедробильного оборудования и специальных агрегатов.

Восстановление под слоем флюса предполагает, что электродуга горит между наплавляемым изделием и концом проволоки. Сама проволока поступает на участок обработки со специального устройства подачи. В эту же зону подается и флюс, создающий оболочку с высокими эластичными свойствами. Эта оболочка не дает азоту и кислороду из воздуха проникать в расплавленный материал.

Восстановление деталей под слоем флюса – достоинства и недостатки

Флюсы для наплавки бывают двух типов:

  1. Керамические. Состоят из различных компонентов – газо- и шлакообразующих, стабилизирующих, а также легирующих добавок. К таким флюсам относят составы серии “АНК” (19, 18).
  2. Плавленые. В них отсутствуют легирующие элементы, поэтому при их применении восстановленный слой не имеет высокого показателя твердости. Часто используемые плавленые флюсы – ОСЦ-45 и АН-348А.

Достоинства использования флюса для наплавки:

  • высокое качество полученного слоя по показателям плотности и однородности с заданными характеристиками и химсоставом;
  • отличная стабильность процесса восстановления и его высокая производительность;
  • возможность наплавления слоев существенной толщины (до 8 и более миллиметров).

Восстановление деталей под слоем флюса – достоинства и недостатки фото

К недостаткам данного метода восстановления валов и прочих изделий относят следующие факты:

  • нельзя получить слои меньше 1,5 миллиметров;
  • сложности при наплавке деталей с малым (до 5 сантиметров) сечением из-за того, что расплавленная ванна и флюс практически не держатся на поверхности обрабатываемых изделий;
  • физико-механические характеристики деталей изменяются, что обусловлено глубоким и быстрым нагревом при восстановлении (в ряде случаев отмечается и деформация изделий).

Особенности сварки некоторыми марками

Т-620 – часто применяется для работы в нижнем и наклонном положениях. Выпускается диаметром 4-5 мм. Применяется при работе с быстро изнашиваемыми металлическими и чугунными деталями, работающими и при ударных воздействиях, поэтому их можно назвать электродами для износостойкой наплавки. В некоторых случаях требует прокалки при +180-+200 градусов в течение 2-3 часов. Не стоит с его помощью создавать более двух слоев на металле и одного на чугуне. Электрод плавиться под переменным током, постоянным прямой полярности. (Узнать больше про наплавочные электроды Т 620).

ЦНИИН-4 – часто применяется для наплавки крестовин, при устранении дефектов литья. Работать им рекомендуется в нижнем положении. Выпускается диаметром 4 миллиметра. Иногда требуется прокалка перед сваркой при +160-+200°С в течение часа. (Узнать больше про электроды для наплавки крестовин ЦНИИН-4)

ЦС-2 – позволяет производить последующую закалку детали для повышения твердости. Им можно работать переменным и постоянным током, короткой дугой. Допускается создать слой до 4 мм, после чего его можно обработать, удалив 1-1,5 мм. Это марка железо-хромистых электродов, литой твердый сплав стеллит, типа сормайт. Им можно ремонтировать закаленные детали. (Узнать больше про электрод наплавочный ЦС-2).

ОЗШ-6 – выпускается диаметром 2,5-4 миллиметра. Используется для работы в нижнем положении. Твердость 52-50 HRC. Применяется при работе с металлургическим, станочным оборудованием, эксплуатируемым при термической усталости +950 градусов. (Подробнее про наплавочные электроды ОЗШ-6).

ZELLER L61. Посмотрите также ролик, где продемонстрирована наплавка электродом ZELLER L61.

Применяемое оборудование

Оборудование для наплавки функционирует с применением тех же источников и методов нагрева, что и сварочное. Оно отличается тем, что имеет вспомогательные устройства, которые обеспечивают подачу и распределение присадок по поверхности изделия.

Для наплавки нередко используют сварочные устройства, которые можно дополнить необходимыми приспособлениями и оснасткой. Наплавочное оборудование подразделяется по форме рабочих поверхностей: для тел вращения, для плоских деталей, для сложных профилей.

Присадку наносят классическими методами (например, напыление, прутки, проволока) или специальными (центробежное распределение, спиральная укладка и т.д.).

Оборудование для наплавки снабжается устройствами для предварительного прогрева изделия (от 500 до 700 градусов). На рынке представлены малогабаритные установки для домашнего использования, которые работают с металлами толщиной до нескольких миллиметров.

5 Кратко о других популярных методах наплавки

Высококачественное упрочнение и восстановление валов (как и иных деталей) также может выполняться при помощи вибрирующего электрода. Сам процесс в данном случае называют вибродуговой наплавкой. Она отличается от рассмотренной выше наплавки под флюсом тем, что конец сварочного стержня колеблется по отношению к восстанавливаемой поверхности перпендикулярно.

Кратко о других популярных методах наплавки

Отличный уровень сцепления основного материала и наплавленного слоя достигается при плазменной наплавке, которая выполняется струей плазмы. Такая струя представляет собой пучок высокоионизированного горячего газа, формирующегося в специальной горелке.

Кратко о других популярных методах наплавки фото

В последнее время набирает популярность электроконтактный способ наплавки. Он имеет очень высокую производительность (за минуту восстанавливается до 150 квадратных сантиметров поверхности изделия) и характеризуется несущественным тепловым влиянием и малой глубиной проплавления.

Популярные производители

Популярностью сегодня пользуются электроды таких производителей как Castolin-Eutectic, LINCOLN ELECTRIC, ESAB, ASKAYNAK. Марки этих фирм можно найти практически в любом магазине.

Концерн ESAB (Эсаб) производит весь спектр сварочных материалов, электроды ММА.

LINCOLN ELECTRIC – это очень крупный международный холдинг, который выпускает электроды стойкие к абразивному, ударному воздействию Wearshield 15CrMn, Wearshield MI. Компания разработала большой список продукции.

Производитель ASKAYNAK выпускает марки электродов для наплавки AS SD ABRA Nb, AS SD ABRA Cr. Они отлично сопротивляются абразивному воздействию. LINCOLN ELECTRIC имеет 50% этой компании.

Украинский производитель ПлазмаТек выпускает, к примеру, Т-590 и Т-620 под брендом Монолит.
[ads-pc-4][ads-mob-4]

Предотвращение возникновения напряжений

В процессе наплавки в изделии появляются значительные внутренние напряжения, которые приводят к его короблению, а иногда и к разрушению. К мерам, принимаемым для предотвращения возникновения напряжений или снятия их с целью уменьшения деформации изделия, относятся следующие: предварительный подогрев до 200…400 °С; ведение наплавки с погружением изделия в воду без смачивания наплавляемой поверхности; ведение процесса при жестком закреплении изделия в приспособлении; предварительный изгиб изделия в направлении, обратном ожидаемому изгибу; высокотемпературный отпуск после наплавки с нагревом до 650…680 °С.

Рис. 18.2. Схемы наплавки плоских и фасонных поверхностей: а, б — отдельными валиками соответственно маленьких и больших плоских поверхностей, в, г — отдельными валиками соответственно зуба и впадин шестерни, д — челночным способом; 1…24 — последовательность наложения валиков

Рис. 18.3. Схемы наплавки тел вращения: а — по образующим, б — по окружностям, в — по винтовой линии; 1…6 — последовательность наложения валиков

Э.С. Каракозов, Р.И. Мустафаев «Справочник молодого электросварщика». -М. 1992

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Расход материалов

Для определения стоимости готового изделия необходимо правильно рассчитать расход материалов, используемых в процессе наплавления. Расчеты ведутся в соответствии с нормативами, принятыми для каждого вида материала. Точное количество расходников позволит создать запасы материалов и обеспечит непрерывность процесса.

Расчет металла при сварке – это основной показатель, который определяется по специальной формуле. Масса рассчитывается из расхода 1 метра сварного шва. Пользуются формулой:

F – площадь поперечного сечения сварного шва (в мм2);

y – удельная масса металла (г/см3);

L – длина сварного шва составляет 1 метр.

Мастер сможет самостоятельно рассчитать массы наплавленного в процессе сварки металла.

Расчет электродов для наплавки – значимый количественный параметр, для которого не нужно осуществлять вычисления. Каждая марка материалов имеет свой собственный показатель при 1 кг наплавки. Он варьируется от 1,4 кг до 1,8 кг.

Расчет массы наплавленного шва вычислять не нужно. Согласно государственным стандартам, каждая форма сварного шва имеет средний показатель. При этом форма должна быть из низколегированной или углеродистой стали, а также выполнятся ручным электродуговым методом.

573467.jpg

Другие способы восстановления

Также популярны альтернативные методы восстановления:

  1. Вибродуговая наплавка отличается от обычной электросварки тем, что электрод кроме поступательного движения совершает перпендикулярные колебания частотой 90 — 100 кол/сек. В ходе процесса металл переносится мелкими каплями в сварочную ванну небольшого размера. Этим достигается незначительная глубина проплава, высокая прочность сцепления материала электрода с металлом детали.
  2. Пламенная наплавка проводится за счет нагрева основного металла и присадочной проволоки струей ионизированного газа, направляемой в рабочую зону соплом горелки.
  3. Электроконтактную наплавку выполняют методом пластической деформацией после нагрева металла детали и присадочного материала импульсным током. Отличается высокой производительностью (до 150 см²/мин), незначительным термическим воздействием, малым проплавлением.

Перспективными считают способы наплавки (сварки), прошедшие экспериментальную проверку:

  • электронно-лучевая;
  • высокочастотным током;
  • лазерная;
  • пропиткой композиционных сплавов;
  • взрывом;
  • самораспространяющимся высокотемпературным синтезом.

Основные моменты по наплавке электродами

Принцип действия метода наплавки основан на плавлении электрода под воздействием сварочной дуги, на создании одного или нескольких слоев. Сколько их будет, нужно определить, обратив внимание на свойства детали, в зависимости от предъявляемых требований.

Хорошие качественные характеристики создаваемого сварщиком слоя достигаются в зависимости от глубины проплавления металла. Этот показатель должен быть минимальным. Это важно учесть, нужно достичь насколько возможно меньшего перемешивание наплавляемой стали с основной. Сварщик должен стараться получить минимальное остаточное напряжение и избегать деформации обрабатываемой им детали. Это требование можно выполнить, только соблюдая два предшествующих, правильно выбрав электрод и минимальным провариванием.

Важно снизить до установленных нормой значения припуска, допустимые при последующей после сварки обработки деталей, не превышать их.

Чтобы исключить коробление, наплавление лучше всего производить отдельными участками, а укладку каждого последующего валика советуется начинать с противоположной стороны по отношению к предыдущему.

Только благодаря соблюдению этих простых правил достигается защита наплавляемого металла от разрушающего воздействия газов. Получается плотный, не имеющий пор, любых видов трещин и посторонних включений слой. Важно учесть и то, что поверхность ремонтируемой детали перед началом выполнения работ по наплавке необходимо тщательно очистить от масла, следов коррозии, ржавчины и любых других видов загрязнений.

Видео

Посмотрите ролик, где умелец наплавляет лемеха:

Особенности восстановления деталей из чугуна

Сложность восстановления чугунных деталей связана с тем, что при быстром остывании шов становится чрезмерно хрупким, так как в металле остается много углерода. Поскольку у материалов деталей и швов коэффициенты усадки разные, во время и после окончания сварки образуются трещины. При высокой температуре углерод и кремний выгорают с образованием шлака и газов, которые при быстром остывании остаются внутри швов в виде пор, включений.

Для получения прочных однородных швов восстановление выполняют методом горячей сварки. Деталь предварительно медленно нагревают до 650 — 700⁰C в течение 1,5 — 2 часов в печи. Затем переносят в термос, чтобы температура во время работы не упала ниже отметки 500⁰C. Сварку или нанесение слоя ведут через люк. После окончания восстановления деталь отжигают при 600 — 650⁰C в печи или термосе. Инструкция рекомендует снижать температуру со скоростью 50 — 100⁰C/час.

Обратите внимание!

Если ремонт выполняют газовой горелкой, в качестве присадочного материала применяют стержни из чугуна.

Электросварку проводят чугунными электродами с покрытием, в состав которого входит до 50% графита. Из-за низкой производительности, сложности оборудования, этим способом пользуются редко.

Восстановление холодной сваркой выполняют без предварительного нагрева. Поэтому принимают меры для предотвращения деформирования и образования дефектов. Газовой горелкой чугун плавят медленно, но без перегрева. Электросварку проводят постоянным током обратной полярности, диаметр электродов 3 — 4 мм. Валики при наплавке накладывают вразброс участками по 40 — 50 мм. Прежде чем начать следующий, предыдущий шов охлаждают до 50 — 60⁰C.

В зависимости от решаемых задач для холодной сварки применяют присадочные стержни и электроды:

  • чугунные;
  • стальные;
  • комбинированные;
  • пучковые;
  • монелевые;
  • медно-стальные.

При восстановлении деталей, следует учитывать, что независимо от метода наплавки, нанесенный металл будет неоднороден по механическим параметрам, структуре, химическому составу. Поэтому если деталь работает в условиях больших нагрузок, рекомендуется заменить ее новой.

Для цилиндрических поверхностей

Кроме перечисленных выше, используют еще одну популярную технологию наплавки при использовании электродов – в защищенной газовой среде. Принцип обработки не отличается сложностью. На самом деле она в другом – приобретении баллона, заправленного специальной газовой смесью: аргоновой, гелиевой, любой другой в зависимости от типа присадочного материала, использующегося при наплавке. Такой вариант лучше всего подходит для небольшой домашней мастерской.

Хотя покупка газового баллона для работы с металлами в домашних условиях вряд ли окажется целесообразной. Своими руками проще выполнить наплавку при помощи электродов так, как мы рассмотрели в статье.

Хочется надеяться, что здесь вы нашли все ответы на интересующие вопросы, разобрались с понятием технологического процесса и уточнили для себя, как правильно проводить наплавку в домашних условиях.

Castolin 690SF

Электрод на основе высоколегированного CrNi-сплава с рутиловым покрытием. Предназначен для применения в ремонтных и профилактических.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий