Схема дуговой наплавки цилиндрических поверхностей деталей

1 — наплавочная головка; 2 — электродная проволока; 3 — бункер; 4 — флюс; 5 — деталь

повышения производительности труда в 6—8 раз за счет увеличения скорости сварки (из-за повышенных сварочных токов).

Кроме того, это наименее энергоемкий и экономичный в части электродного материала способ наплавки, позволяющий получить слой наплавленного металла большой толщины (1,5—5 мм и более).

К недостаткам способа следует отнести: значительный нагрев детали; невозможность наплавки изделий диаметром менее 40 мм из-за стекания наплавленного металла и трудности удержания флюса на поверхности детали; определенная трудность удаления шлаковой корки и возможность возникновения трещин и образования пор в наплавленном металле.

Режимы наплавки зависят от таких параметров, как сила тока, напряжение, скорость наплавки, материал электродной проволоки, ее диаметр и скорость подачи, марка флюса, шаг наплавки и т.д. Сила сварочного тока определяется по таблицам или формуле

где d₃ — диаметр электродной проволоки, мм.

Наплавку обычно ведут постоянным током обратной полярности с напряжением сварочной дуги в пределах 25—35 В, подачей проволоки 75—180 м/мин при скорости наплавки 20—25 м/ч. Вылет электрода и шаг наплавки зависят от диаметра проволоки и определяется по формулам

где d — вылет электрода, мм; S — шаг наплавки, мм.

Процесс наплавки плоских поверхностей осуществляется путем перемещения наплавочной головки вдоль детали со смещением электродной проволоки на 3—5 мм поперек движения после наложения шва заданной длины.

Таблица 1

Основные параметры наплавки плоских поверхностей

Износ, мм	Сила тока, А	Проволока
		Скорость подачи, м/ч	Диаметр, мм
2-3	160-220	100-125	1,6-2,0
2-4	320-350	150-200	1,6-2,0
4-5	350-460	180-210	2,0-3,0
5-6	650-750	200-250	4,0-5,0

Характеристики наплавленного слоя (твердость и износостойкость) в основном зависят от марки применяемой электродной проволоки и флюса. В случае наплавки деталей с большим износом обычно применяют автоматическую наплавку порошковой проволокой, в состав которой входят феррохром, ферротитан, ферромарганец, графитовый и железные порошки. При этом используют два типа порошковой проволоки: для наплавки под флюсом и для открытой дуги без дополнительной защиты. Режим наплавки в этом случае зависит от марки проволоки и диаметра детали. Для уменьшения разбрызгивания электродного материала во время наплавки используют постоянный ток низкого напряжения (20—21 В).

В условиях АРП при ремонтном восстановлении деталей транспортных средств наплавку под флюсом применяют для восстановления шеек коленчатых валов, шлицевых поверхностей на различных валах и других деталей.

Наплавка в среде углекислого газа принципиально мало чем отличается от наплавки под флюсом (в качестве защитной среды здесь используется С0₂) в части применяемого оборудования для закрепления детали и подачи электродной проволоки. Ток к электродной проволоке подводится через мундштук и наконечник, расположенные внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл элект7 79

рода и детали перемешивается, а в зону горения дуги под давлением 0,05—0,2 МПа по трубке подается углекислый газ, который, вытесняя воздух, защищает расплавленный металл от вредного действия кислорода и азота воздуха. При движении сопла горелки вдоль детали за сварочной ванной образуется слой наплавленного металла. Особенностью процесса наплавки в среде С0₂ является то, что углекислый газ при выходе из баллона резко расширяется и переохлаждается. Для подогрева его пропускают через электрический подогреватель. Содержащуюся в углекислом газе воду удаляют с помощью осушителя, представляющего собой патрон, наполненный обезвоженным медным купоросом или силикагелем. Давление газа понижается с помощью кислородного редуктора, а расход его контролируется расходомером.

При наплавке в среде углекислого газа наблюдается меньший нагрев деталей и имеется возможность обработки деталей диаметром менее 40 мм. Отсутствует трудоемкая операция по отделению шлаковой корки, а наплавка может производиться при любом пространственном положении детали. Производительность процесса по площади покрытия на 20—30% выше.

Недостатками процесса являются повышенное разбрызгивание металла и необходимость применения легированной проволоки для получения наплавленного металла с требуемыми свойствами.

Наплавку в среде углекислого газа производят на постоянном токе обратной полярности. Тип и марку электродной проволоки выбирают в зависимости от материала ремонтируемой детали и требуемых физико-механических свойств наплавленного металла. В зависимости от силы сварочного тока выбирается скорость подачи проволоки, устанавливаемая с таким расчетом, чтобы в процессе наплавки не было коротких замыканий и обрывов дуги.

Скорость наплавки определяется в основном толщиной наплавляемого металла и качеством формирования наплавленного слоя. Наплавку валиков осуществляют с шагом 2,5—3,5 мм при условии, что последующий валик перекроет предыдущий не менее чем на Уз его ширины.

Марка и тип электродной проволоки определяют твердость наплавленного металла (200—300 НВ). Ее диаметр влияет на расход углекислого газа. На этот же параметр влияют также скорость наплавки, конфигурация изделия и наличие движения воздуха.

Электродуговая наплавка вольфрамовым электродом в среде аргона широко используется для восстановления деталей из алюминиевых сплавов и титана. Источником тепловой энергии в этом случае служит электрическая дуга, которая горит между неплавящимися вольфрамовым электродом и деталью. Защитным газом служит аргон, а присадочным материалом — проволока. Аргон надежно защищает расплавленный металл от окисления воздухом. В результате наплавленный металл получается плотным, без пор и раковин. Добавление к аргону 10—12% С0₂ и 2—3% кислорода способствует повышению устойчивости горения дуги и улучшению формирования наплавленного металла. Расход аргона можно сократить в 3—4 раза благодаря защите дуги струями аргона внутри, а углекислого газа снаружи.

Электродуговая наплавка неплавящимся электродом обеспечивает: повышение производительности процесса в 3—4 раза по сравнению с газовой сваркой; высокую механическую прочность сварного шва; небольшую зону термического влияния; снижение потерь энергии дуги на световое излучение (аргон задерживает ультрафиолетовые лучи).

Недостатком процесса являются использование аргона и высокая стоимость (в 3 раза выше, чем при газовой сварке).

Режим наплавки зависит от силы тока и диаметра электрода. Последний обычно составляет 4—10 мм, а сила сварочного тока — в пределах 100—500 А.

Устойчивость процесса наплавки и хорошее формирование наплавленного металла позволяют вести обработку на высоких скоростях — до 150 м/ч и выше.

Вибродуговая наплавка, как разновидность дуговой наплавки металлическим электродом, осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.

Вибродуговая наплавка обеспечивает: небольшой нагрев восстанавливаемой детали за счет ограниченной зоны термического влияния; высокую производительность процесса; минимальную деформацию детали, не превышающую полей допусков посадочных мест.

Существенным недостатком данного способа наплавки является снижение усталостной прочности детали после наплавки на 30—40%.

Рекомендуемая толщина наплавляемого слоя равна 2,5 мм (0,5— 3 мм). Структура и твердость последнего зависят от химического состава электродной проволоки и количества охлаждающей жидкости. В случае использования проволоки Нп-80 валик в охлаждающей жидкости закаливается до высокой твердости (порядка 26—55 HRC). Низкоуглеродистая проволока Св-08 дает твердость поверхности наплавки в пределах 14—19 HRC.

Рациональный режим наплавки: напряжение — 28—30 В, сила тока — 70—75 А при диаметре проволоки 1,6 мм, скорость подачи проволоки — 1,3 м/мин, скорость наплавки — 0,5—0,6 м/мин, амплитуда вибраций — 1,82 мм.

Широкослойная наплавка — это наплавка тел вращения за один оборот детали с поперечным колебанием электрода, а не по винтовой линии. Процесс наплавки осуществляется отдельными участками с целью исключения коробления детали.

Плазменно-дуговая наплавка выполняется одиночным валиком (при наплавке цилиндрических деталей по винтовой линии), а также с применением колебательных механизмов, на прямой и обратной полярности. К наиболее простому способу такой наплавки следует отнести наплавку по заранее насыпанному на наплавляемую поверхность порошку. В ремонтной практике для получения износостойких покрытий применяют хромборникелевые порошки, твердосплавные порошки на железной основе, а также смеси порошков.

Лазерная наплавка представляет собой способ получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами путем нанесения порошка, фольги, проволоки и др. (наплавочный материал) на восстанавливаемую поверхность с последующим оплавлением этого материала лазерным лучом.

Способы подачи порошка на поверхность детали могут быть самые разнообразные: с помощью дозатора (непосредственно в зону лазерного луча); предварительной обмазкой поверхности клеящим составом с последующей обсыпкой порошком; в виде коллоидного раствора (смесь порошка и раствора целлюлозы). В первом случае имеет место увеличенный расход порошка (в 5—7 раз) и ухудшение физико-механических свойств покрытия, хотя энергоемкость процесса наплавки наименьшая.

КПД наплавки увеличивается с ростом толщины обмазки (увеличивается поглощение излучения). Одновременно растет твердость нанесенного слоя, которую можно регулировать в пределах 34— 65 HRC путем подбора скорости наплавки и грануляции порошка материала. Увеличение размеров частиц порошка приводит к росту твердости и износостойкости покрытия. Рациональной является смесь различных фракций: 40—100 мкм — 10%; 100—280 мкм — 80%; 280 мкм и более — 10%.

На качество покрытия влияют скорость перемещения лазерного луча, толщина наплавляемого слоя и перекрытие валиков. Характеристики покрытия, нанесенного лазерной наплавкой, следующие: толщина слоя (наплавка за один проход) — до 0,8 мм; толщина дефектного слоя — не более 0,1 мм; прочность сцепления — до 35 кг/мм²; потери наплавляемого материала — не более 1%; глубина зоны термического влияния — не более 1 мм.

Толщина нанесенного слоя может достигать 40—50 мкм. Лазерной наплавкой восстанавливают тарелки клапанов, кулачки распределительных и кулачковых валов и других деталей.