Конспект

Общие сведения о наплавке. Наплавкой называется процесс нанесения присадочного слоя металла на основной металл, который расплавляется на небольшую глубину. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей и для придания поверхностному слою металла особых свойств — коррозионной стойкости, твёрдости, стойкости против износа и др. Наплавку осуществляют металлом того же состава, что и основной, или другим, отличающимся по химическому составу от основного металла.

На детали из стали и чугуна наплавляют цветные металлы (медь, латунь, бронзу), легированные стали, чугун, а также специальные твёрдые сплавы. Для получения требуемой глубины проплавления необходимо регулировать степень нагрева основного и наплавочного металла. При газопламенной наплавке легче регулировать степень нагрева основного и присадочного металла благодаря их раздельному нагреву. Газокислородное пламя также защищает наплавленный металл от окисления его кислородом воздуха и от испарения элементов, входящих в состав наплавляемого металла.

Недостатком газопламенной наплавки является более низкая производительность по сравнению с дуговой и увеличенная зона нагрева основного металла, что может привести к возникновению остаточных напряжений и деформаций в деталях. В связи с этим газопламенную наплавку применяют для деталей небольших габаритов.

При газопламенной наплавке на предварительно нагретую поверхность направляют пламя, но не доводят основной металл до расплавления. Затем дают присадку и, расплавляя её, наплавляют металл, добиваясь его растекания по нагретой поверхности. Для очистки наплавляемой поверхности от окислов применяют флюсы, как при сварке и пайке.

Наплавка цветных металлов. Газовую наплавку применяют преимущественно для латуней. Медь и бронзу целесообразней наплавлять с. применением электрических способов нагрева. Латунь наплавляется на детали для создания уплотнительных поверхностей в запорной арматуре. При наплавке латуней на чёрные металлы, как правило, требуется применение флюсов. Наилучшие результаты при наплавке латуни на сталь и чугун достигают при использовании газообразного флюса БМ-1. Обычно наплавка выполняется левым способом в нижнем положении. Для уменьшения испарения цинка при наплавке латуни используют науглероживающее пламя. В качестве горючего газа применяют ацетилен, пропан-бутан и природные газы. В качестве наплавочного материала применяют все марки латуней, в которых содержание свинца не превышает 0,1 %.

Поверхности наплавляемых деталей перед наплавкой зачищают до металлического блеска. Присадочный металл также очищается от загрязнений и окислов. При наплавке на крупногабаритные детали их подогревают до температуры 500°С. Мощность сварочного пламени и диаметр присадочного прутка выбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя.

Толщина наплавки, мм.	Диаметр присадочного прутка, мм.	Мощность ацетиленового пламени, дм3/ч.
3—4	4—6	400—700
5—6	8-10	600—1100
6—9	10—12	1050—1750

Наплавка бывает как однослойная, так и многослойная. При наложении последующих слоёв оплавляется предыдущий слой на глубину около 30% его толщины. Флюс вводят в наплавочную ванну вручную. Поверхность металла перед нанесением флюса нагревают до температуры 900—950°С. После нанесения флюса производят наплавку, первый слой наплавляют толщиной 0,3—0,5мм.

Техника наплавки латуни на сталь и чугун в основном одинакова. При наплавке чугуна необходимо учитывать, что при нагреве его до температуры 900—950°С на его поверхности происходит выгорание графита, продукты сгорания которого затрудняют смачивание. Поэтому графит вначале выжигают с поверхности наплавки. Выжигание производят окислительным пламенем горелки. Затем наплавляемая поверхность тщательно зачищается металлической щеткой. При наплавке чугуна латунью возможно также его отбеливание. Наплавку чугуна латунью с применением порошковых флюсов применяют в ограниченных случаях. При газофлюсовой наплавке чугуна и стали деталь нагревают горелкой до температуры около 700°С. Нагрев до 500°С производится без подачи флюса в пламя горелки, далее только с флюсом. При газофлюсовой наплавке флюс БМ-1 вводится в пламя горелки автоматически с помощью установки КГФ-371. Схема наплавки представлена на рисунке.

Вставить рисунок со станицы 273.

Наплавляемую поверхность располагают под углом 0—10° к горизонтали. Наплавку выполняют левым способом снизу вверх. Угол наклона мундштука горелки к горизонтали 30—60°, угол между мундштуком горелки и прутком 90—110°. Конец прутка погружается в ванну жидкого металла.

При нормальном процессе наплавки испарение цинка отсутствует, наплавляемый валик ложится компактно, часть ванны, не подвергающаяся воздействию пламени, закрыта сплошной плёнкой шлака. Поверхность наплавленного металла должна быть гладкой и покрыта сплошной коркой шлаков. При наплавке последующих слоёв наплавку производят по той же схеме, только может быть увеличен угол наклона между мундштуком и основным металлом.

Так как наплавка с применением газообразного флюса ведётся при низких температурах, то графит при наплавке чугуна не выгорает. Очистка и проковка предыдущих слоёв при наплавке последующих не требуется.

Наплавка твёрдыми сплавами. Наплавку твёрдыми сплавами применяют для деталей, рабочие поверхности которых подвергаются износу. Примерами таких деталей служат буровой инструмент, зубья ковшей экскаваторов, детали прокатных и волочильных станов, лемеха плугов, клапаны, центры токарных станков, штампы, а также режущий инструмент — резцы, сверла, фрезы.

Наплавка твёрдыми сплавами производится на стальные детали. Лучше всего наплавке твердыми сплавами поддаются детали из углеродистых сталей с содержанием углерода не более 0,6%, а также из хромоникелевых и ванадиевых сталей.

Выбор материала деталей зависит от условия работы изделия.

Наплавка на высокоуглеродистые, марганцовистые, хромомолибденовые стали, склонные к закалке, а также чугун требует специальных мер. Перед наплавкой их подогревают, после наплавки — медленно охлаждают.

В качестве присадочного материала при наплавке твёрдыми сплавами применяют зернистые и порошковые наплавочные смеси, литые сплавы в виде прутков, стальную наплавочную проволоку, трубчатые наплавочные стержни.

Из износоустойчивых сплавов широкое применение получил сталинит. Сталинит — это порошкообразная смесь, состоящая из железа, углерода, марганца, кремния и хрома.

Литые твёрдые сплавы изготовляют в виде прутков. В качестве литых сплавов применяют стеллиты и сормайты. Стеллиты представляют собой твёрдый раствор карбидов хрома в кобальте, сормайты — твердые растворы хрома в железе и никеле.

Для деталей, работающих при высоких температурах, в качестве наплавочного материала применяют стеллиты, а сормайты используют для деталей, работающих при нормальных и несколько повышенных температурах,

Сормайт выпускают в виде прутков диаметром 6—7мм, длиной 400—450мм.

Трубчатые наплавочные материалы изготовляют в виде железных и никелевых трубок, которые наполняют порошком карбидов вольфрама и других тугоплавких материалов. При наплавке расплавляется только трубка, а порошок вваривается в общую массу наплавки, в результате наплавленный слой имеет твердость HRC 85. Трубчатые наплавочные материалы применяют для деталей, работающих в условиях механического износа.

Если деталь сильно изношена, то перед наплавкой твёрдыми сплавами её наплавляют низкоуглеродистой проволокой до восстановления первоначального профиля. Затем очищают место наплавки от шлаков, окалины, снимают фаску или делают канавку.

Глубина фаски для сормайта № 1 0,5—2,5мм, а для сормайта № 2 1,5—3,5мм, ширина фаски 5—10мм. Наплавку производят ацетиленокислородным пламенем с избытком ацетилена.

Для массивных деталей при наплавке применяют предварительный подогрев газовыми горелками до температуры 500—700°С и медленное охлаждение после наплавки.

Для защиты наплавленного слоя используют флюсы следующих составов:

ü бура прокаленная—20%, борная кислота—68%, плавиковый шпат—12%;

ü бура—50%, двууглекислая сода—47%, кремнезём—3%.

Первый состав флюса рекомендуется для наплавки стеллитов, второй — сормайтов.

Процесс наплавки выполняют в нижнем положении как левым, так и правым способами. После наплавки деталь медленно охлаждают для предотвращения трещин в наплавленном металле.

Пайка металлов. Пайка — это технологический процесс получения неразъёмных соединений металлов нагревом до расплавления более легкоплавкого присадочного металла — припоя, заполняющего зазор между соединяемыми деталями. Основной металл при пайке не плавится, а нагревается до температуры расплавления припоя.

В качестве источников тепла при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники.

К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Согласно ГОСТ17325—71 различают два основных вида пайки: высокотемпературную и низкотемпературную. Температура плавления припоев для высокотемпературной — свыше 550°С, а для низкотемпературной — ниже 550°С. В основу высокотемпературных припоев входят медь, цинк, серебро, а низкотемпературных — свинец, олово, сурьма.

Пайке поддаются чугун, низкоуглеродистая и легированная сталь, медь, никель, алюминий и их сплавы и др. Источником нагрева при газопламенной пайке является сварочное пламя. В качестве основного инструмента используют сварочную горелку. При пайке широкое применение нашли горелки, работающие на газах—заменителях ацетилена. При пайке крупногабаритных изделий применяют многопламенные горелки.

Припои выпускают в виде проволоки, прутков, полос, порошковой проволоки, порошков и пасты.

Для получения надежного паяного соединения припои должны удовлетворять следующим требованиям:

ü температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла;

ü расплавленный припой в сочетании с флюсом должен быть жидкотекуч, хорошо растекаться, проникая в щели зазора, и хорошо смачивать металл;

ü припой и металл должны взаимно диффундировать и образовывать сплав;

ü припой должен обладать одинаковой или более высокой, чем основной металл, коррозионной стойкостью;

ü припой должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к внешнему виду изделий, и не содержать дорогих и дефицитных компонентов.

Все припои для высокотемпературной пайки можно разбить на следующие группы: медные, медно-цинковые, серебряные, медно-фосфористые.

Медные припои применяют для пайки стали преимущественно в печах с защитной атмосферой. Медно ­ цинковые — при пайке стали, чугуна, меди, бронзы и никеля.

Лучшие результаты дает припой марки ЛОК62-06-04, содержащий 60—63% меди; 0,3—0,4% олова; 0,4—0,6% кремния, остальное цинк. Температура плавления его — 905°С, предел прочности — 45кгс,/мм².

Серебряные припои можно применять при пайке всех чёрных и цветных металлов, кроме алюминия и цинка, имеющих более низкую температуру плавления, чем припой. Температура плавления серебряных припоев — 720—870°С. В зависимости от содержания серебра серебряные припои выпускаются марок от ПС10 до ПСр70.

Медно-фосфористые припои находят широкое применение в электропромышленности. Их используют только для пайки меди и латуни.

Припои для низкотемпературной пайки готовят на основе оловянно-свинцовых сплавов различного состава. В зависимости от содержания олова (Sn) используют припои марок от ПОС90 (89—90% Sn) до ПОС18 (17—18% Sn).

При газопламенной пайке применяются флюсы в виде порошков, пасты и газа. Основой большинства флю­сов при твердой пайке является бура (Na₂B₄0₇). Для усиления действия флюса к буре часто добавляют борную кислоту, благодаря которой флюс становится более густым и вязким, требующим повышения рабочей температуры. Для понижения рабочей температуры флюса, что особенно важно для легкоплавких припоев, вводят хлористый цинк (ZnCl₂), фтористый калий (KF) и другие щелочные металлы.

Перед пайкой соединяемые детали тщательно очищают от загрязнений, окалины, окислов, жира и др. Порошкообразные флюсы насыпают тонким слоем на очищенные кромки, причём часто применяют предварительный подогрев кромок с тем, чтобы частицы флюса плавились, прилипали к металлу и не сдувались пламенем горелки при пайке. Порошкообразный флюс наносят также на конец прутка припоя. Пасты и жидкие растворы наносят на поверхность соединяемых деталей кистью или обмакивают в них припой. При пайке наибольшее применение получили нахлёсточные соединения. Зазор между соединяемыми поверхностями должен быть минимальным, а при пайке серебряными припоями — 0,05—0,03мм.

Техника пайки подготовленного соединения сводится к нагреву их до температуры плавления припоя, введения и расплавления припоя. Обычно пайку производят нормальным пламенем.

При пайке медно-цинковыми припоями рекомендуется применять пламя с избытком кислорода. Нагрев ведут широкой частью пламени. Для равномерного прогрева горелкой совершают колебательные движения вдоль шва. После того как флюс, предварительно нанесённый на кромки, расплавится и заполнит зазоры, а изделие прогреется до необходимой температуры, начинают вводить припой. Для гарантии полного заполнения зазора припоем после прекращения подачи припоя горелкой ещё некоторое время подогревают место спая. После окончания пайки спай должен медленно остывать, остатки флюса после пайки необходимо тщательно удалять. Для полного удаления флюсов изделие погружают в 10%-ный раствор серной кислоты с последующей промывкой водой. Брак, возникший при пайке, может быть исправлен. Для этого необходимо нагреть деталь до температуры плавления припоя и разъединить спаянные элементы. После этого заново зачистить соединяемые поверхности и повторно произвести пайку.