Восстановление поверхностей наплавкой

Лекция N 14

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ И НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ РЕМОНТИРУЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ

Восстановление поверхностей наплавкой.

Наплавка – процесс нанесения расплавленного металла необходимого состава на поверхность детали, нагретую до температуры плавления. При наплавке нанесенный слой металла прочно соединяется с основным металлом вследствие образования металлической связи.

Наплавку применяют для восстановления размеров детали и придания заданных свойств ее поверхности путем правильного выбора химического состава и структуры наплавленного металла.

Наплавка является разновидностью сварки. Однако наплавочные процессы отличаются от сварочных. При наплавке сварочный процесс используется для наращивания на основной металл слоя металла или сплава со свойствами, иногда отличающимися от свойств основного металла.

В связи с этим к процессу наплавки предъявляются следующие основные требования:

1) для обеспечения заданных физико-механических свойств в наплавленном слое процесс наплавки не должен изменять исходного химического состава и структуры наносимого металла, т.е. при наплавке доля основного металла в наплавленном слое должна быть минимальной;

2) для сохранения прочности ремонтируемой детали процесс наплавки не должен изменять ее исходного химического состава, структуры и напряженного состояния;

3) наплавленный слой должен обладать достаточно высокой прочностью сцепления с основным металлом.

Наплавка является распространенным методом восстановления поверхностей деталей бурового и газонефтепромыслового оборудования, таких как валы, зубчатые колеса, муфты, звездочки, клапаны и штоки буровых насосов и другие детали.

Для ремонта деталей применяют ручные и механизированные виды наплавки. Наибольшее распространение на ремонтных предприятиях нефтегазовой отрасли получили ручная газовая и электродуговая наплавки, автоматическая и полуавтоматическая наплавки электрической дугой под слоем флюса и вибродуговая наплавка. Автоматическая и полуавтоматическая наплавки применяют на специализированных ремонтных предприятиях при ремонте большого числа однотипных деталей.

При ручной газовой наплавке расплавление основного и присадочного материала осуществляется теплом, выделяющимся в процессе сгорания горючих газов (ацетилена, пропанбутановых смесей и др.) в среде кислорода (рис.10.2). Наиболее распространенным горючим газом, применяемым на ремонтных предприятиях, является ацетилен.

К недостаткам газовой наплавки следует отнести неравномерность толщины наплавленного слоя.

При электродуговой наплавке источником тепла для расплавления металлов является электрическая дуга, возникающая между электродом и металлом ремонтируемой детали. Качество наплавленного слоя определяется диаметром электрода, типом и маркой электрода, величиной тока, напряжением на дуге, родом и полярностью тока, скоростью сварки и положением шва в пространстве.

К преимуществам ручной электродуговой наплавки относятся удобство и простота процесса. Недостатки ее – низкая производительность (α=5–7 г/(А-ч)), низкая стабильность дуги и невысокое качество наплавки.

При автоматической электродуговой наплавке под слоем флюса Электрическая дуга горит под слоем флюса, подаваемого систематически в зону наплавки. В зоне горения дуги оплавляются поверхность детали, электрод и прилегающий слой флюса. Электродная проволока по мере оплавления автоматически подается в зону дуги одновременно с флюсом. При плавлении флюса выделяется газ и образуется газовая оболочка, защищающая расплавленный металл от взаимодействия с окружающим воздухом и выгорания легирующих элементов. Кроме того, флюсовое покрытие способствует сохранению тепла дуги и препятствует разбрызгиванию жидкого металла.

Преимуществами автоматической наплавки под слоем флюса по сравнению с ручной электродуговой наплавкой являются:

1) высокая производительность процесса;

2) высокое качество наплавленного слоя;

3) возможность широкого регулирования свойств наплавленного слоя;

4) наличие закрытой дуги, улучшающее условия труда;

5) лучшее использование электроэнергии и материала проволоки.

Основным недостатком наплавки этого вида является высокая доля основного металла в наплавленном слое (y= 50–70%) вследствие значительного расплавления основного металла.

При автоматической электродуговой наплавке в среде защитных

газов защитный газ, подаваемый в зону наплавки под избыточным давлением, изолирует сварочную дугу и плавильное пространство от кислорода.

Наплавку в среде защитных газов применяют, когда невозможна или затруднительна подача флюса и удаление шлаковой корки, например при наплавке мелких деталей, внутренних поверхностей и деталей сложной формы.

Преимуществами наплавки в среде защитных газов являются высокая производительность и простота ведения и управления процессом. Недостатки ее – сложность работы на открытом воздухе из-за срыва струи углекислого газа под действием ветра и окислительная способность углекислого газа, высокая стоимость инертных газов.

Автоматическая вибродуговая наплавка основана на использовании тепла кратковременной электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим электродом и наплавляемой поверхностью. Отличительной особенностью этого вида наплавки является возможность получения наплавленного слоя малой толщины 0,3–2,5 мм, охлаждение поверхности наплавки в результате прерывистого характера процесса, что позволяет значительно уменьшить нагрев детали, снизить в ней остаточные напряжения и предотвратить ее деформирование.

К преимуществам вибродуговой наплавки относятся: возможность получения тонких и прочных покрытий, малая глубина зоны термического влияния, небольшой нагрев детали и незначительное выгорание легирующих элементов электродной проволоки. Производительность при вибродуговой наплавке выше, чем при ручной электродуговой, но ниже, чем при наплавке под флюсом.