Вибродуговая наплавка деталей

Вибродуговая наплавка отличает­ся от ранее рассмотренных способов наплавки, тем что в процессе восста­новления детали конец электродной проволоки совершает колебательные движения в плоскости, перпендику­лярной наплавляемой поверхности, а также тем, что наплавленный слой ме­талла принудительно охлаждается.

Процесс осуществляется неста­бильной дугой (дуга на стадии тлею­щего разряда) в сочетании с периоди­чески повторяющимся коротким за­мыканием электрической сварочной цепи. Это способствует смягчению теплового режима наплавки. Пере­нос металла в режиме коротких за­мыканий облегчает формирование наплавляемых валиков. Вибродуго­вую наплавку осуществляют на уста­новке стальной проволокой (рис. 7.14), которая подается через мундш­тук 9 до соприкосновения с поверхно­стью детали 1. К детали и проволоке подводится сварочный ток низкого напряжения. В момент соприкосно­вения электрода 10 с деталью 1 по проволоке протекает ток короткого замыкания. Это способствует рас­плавлению поверхности детали в ме­сте контакта, и торец электрода быс­тро нагревается до температуры плавления. В результате такого взаи­модействия достигается структурная связь между деталью и наплавлен­ным металлом. Благодаря колеба­тельному движению мундштука 9 то­рец электрода 10на короткое время отходит от поверхности детали 1, и в разрыве сварочной электрической цепи возникает искровой разряд с переходом в стадию тлеющего разряда, который длится до момента очеред­ного соприкосновения торца электро­да с поверхностью детали.

Рис. 7.14. Схема установки для вибродуговой наплавки:

1— источник сварочного тока; 2 — штуцер для пода­чи охлаждающей жидкости; 3 — механизм подачи электродной проволоки; 4 — электровибратор; 5 — кассета с электродной проволокой; 6 — уравновешивающие пружины; 7 — насос для подачи охлаждающей жидкости; 8 — мундштук; 9 — электрод; 10 — наплавляемая деталь; 11 — дроссель

Полезность выполнения электро­дом данного колебательного цикла состоит в том, что при коротком замы­кании сварочной цепи основное коли­чество тепла практически аккумули­руется в вылете электрода и неболь­шом микрообъеме поверхностного слоя детали. При этом температура жидкой ванны достигает 1450 — 1500 °С, т. е. не превышает темпера­туры плавления металла. Это не только смягчает тепловой режим на­плавки, но и предотвращает возмож­ность выгорания и испарения химиче­ских компонентов металла. Стадия тлеющего разряда при уда­лении торца электрода от поверхно­сти детали используется для предва­рительного подогрева поверхности детали перед наплавлением очеред­ной порции металла. В отличие от стабильной дуги, температура кото­рой составляет в средней части около 6000 °С, дуга на стадии тлеющего разряда имеет температуру меньше 4000 °С, что также является факто­ром, смягчающим тепловой режим наплавки. Кроме того, молекула со­держащегося в воздухе азота при этой температуре не диссоциирует и поэтому азот остается химически нейтральным по отношению к желе­зу. Это способствует тому, что про­цесс вибродуговой автоматической наплавки деталей может обеспечить достаточно хорошее качество на­плавки без применения защитных средств (флюса, газа и др.).

В ряде случаев в зону наплавки подают охлаждающую жидкость (2,5 — 6 %-ный водный раствор кальцинированной соды или 20 %-ный водный раствор глицерина). Образу­ющийся водяной пар дополнительно защищает расплавленный металл от воздействия азота воздуха, чем способ­ствует получению валика с более высо­кими механическими свойствами.

Учеными Института электросвар­ки им. Е. О. Патона АН Украины раз­работан метод вибродуговой наплав­ки под слоем флюса, который с успе­хом применяют для наплавки, тонко­стенных изделий большого диаметра. Применение флюса обеспечивает за­медленное остывание металла и предотвращает образование трещин. Весьма эффективной защитной сре­дой в процессе вибродуговой автома­тической наплавки является углекис­лый газ.

Аккумуляция тепла с последую­щим быстрым охлаждением малых порций поверхностного слоя металла обеспечивает возможность наплавки вибродуговым способом малогаба­ритных деталей цилиндрической формы. При этом нет опасности стекания жидкого металла с поверхно­сти детали. Практически диапазон размеров деталей, пригодных для на­плавки этим способом, колеблется в пределах 3 — 200 мм.

Вибродуговая наплавка дает воз­можность получать равномерные слои толщиной от нескольких сотых миллиметра до 3 мм за один проход. Уникальным свойством этой наплав­ки является то, что в определенном интервале режимов возможно веде­ние процесса на воздухе без примене­ния защитных средств. Вибродуговой наплавкой восстанавливают сталь­ные и чугунные детали. При наплавке низкоуглеродистой проволокой, на­пример марки Св-08, поверхность легко обрабатывают резцом. Для получения износостойких поверхно­стей применяют проволоку марки Нп-50Г, Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА, Нп-40X13 и др.

Наплавку ведут на переменном и постоянном токе обратной полярно­сти. Режимы вибродуговой наплавки приведены в табл. 7.18.

Вибродуговая наплавка обладает рядом серьезных недостатков. Так, ограниченные объемы сварочной ванны не обеспечивают хорошего пе­ремешивания основного и наплавлен­ного металлов, что приводит к обра­зованию в последнем пор и микротре­щин. В процессе восстановления де­талей охлаждающая жидкость, пода­ваемая в зону сварки, обеспечивает закалку наплавленного валика, а на­кладываемый последующий валик частично расплавляет предыдущий и создает зону отжига, что приводит к возникновению напряженного состо­яния и увеличению трещин в наплав­ленном металле. Наращенный слой сплава имеет неоднородную структу­ру и соответственно физико-механи­ческие свойства. Поэтому у деталей, восстановленных вибродуговой на­плавкой, усталостная прочность сни­жается более чем в 2 раза. Кроме то­го, производительность вибродуговой наплавки по сравнению с наплавкой подслоем флюса значительно ниже, а безвозвратные потери электродной проволоки на угар и разбрызгивание увеличиваются в 3 — 4 раза.

Вследствие указанных причин, вибродуговая наплавка для восста­новления автомобильных деталей применяется в настоящее время ред­ко. Детали, восстанавливающиеся ранее данным способом, в настоящее время успешно наплавляются более прогрессивными методами, напри­мер, электроконтактной приваркой металлического слоя.

Т а б л и ц а 7.18. Ориентировочные режимы вибродуговой автоматической наплавки в струе жидкости (4 %-ный водный раствор кальцинированной соды)