Раздел 2. Дуговая наплавка металлов

ГЛАВА 4. Техника и технология ручной дуговой наплавки

· 4.1. Общие сведения о наплавке

· 4.2. Ручные виды наплавки

· 4.3. Техника и технология ручной дуговой наплавки плавящимся покрытым электродом деталей и конструкций в различных положениях шва

· 4.4. Технология наплавки твердыми сплавами

· 4.5. Оборудование для дуговой и плазменной наплавки

 

4.1Общие сведения о наплавке

Од­ной из важ­ных от­раслей сов­ре­мен­ной сва­роч­ной тех­ни­ки яв­ля­ет­ся нап­лавка.

Нап­лавка —на­несе­ние рас­плав­ленно­го ме­тал­ла на по­вер­хность из­де­лия, наг­ре­тую до тем­пе­рату­ры оп­лавле­ния.

Нап­лавкой мож­но уве­личить раз­ме­ры из­де­лия, а так­же при­гото­вить не­пос­редс­твен­но на ра­бочей по­вер­хнос­ти сплав, об­ла­да­ющий за­дан­ны­ми свойства­ми, она ис­пользу­ет­ся для ус­тра­нения де­фек­тов де­талей (тре­щины, ра­кови­ны). При­меняя нап­лавку, из­го­тов­ля­ют би­метал­ли­чес­кие из­де­лия, у ко­торых вы­сокая проч­ность и большая дол­го­веч­ность со­чета­ют­ся с не­высо­кой сто­имостью, при этом сни­жение се­бес­то­имос­ти их про­из­водс­тва дос­ти­га­ет­ся бла­года­ря то­му, что эти из­де­лия из­го­тов­ля­ют из не­доро­гой ста­ли, а за­тем на ра­бочую по­вер­хность нап­лавля­ют ме­талл, об­ла­да­ющий тре­бу­емы­ми свойства­ми.

Мно­гок­ратное вос­ста­нов­ле­ние из­но­шен­ных де­талей нап­лавкой во мно­го раз уменьша­ет рас­ход ме­тал­ла на за­пас­ные час­ти. Уве­личе­ние стойкос­ти де­тали осо­бен­но важ­но, ес­ли от нее за­висит ра­бота вы­соко­про­из­во­дительной ма­шины: про­кат­но­го ста­на, эк­ска­вато­ра, дви­гате­ля, так как за­мена из­но­шен­ной де­тали свя­зана с дли­тельным прос­то­ем ма­шины, не­об­хо­димой для вы­пус­ка пред­при­яти­ем про­дук­ции. Эко­номи­чес­ки вы­год­но так­же уве­личи­вать стойкость де­талей слож­ной фор­мы с точ­ны­ми раз­ме­рами, сто­имость ко­торых оп­ре­деля­ют ос­новные зат­ра­ты на ме­хани­чес­кую и тер­ми­чес­кую об­ра­бот­ку.

Ши­рокое рас­простра­нение в ма­шино- и при­борос­тро­ении по­лучит в не­дале­ком бу­дущем нап­лавка из­но­сос­тойко­го слоя на за­готов­ки инс­тру­мен­та и штам­пов.

Нап­лавлять ме­талл мож­но раз­личны­ми спо­соба­ми, на­ибо­лее важ­ный из них — ду­говая нап­лавка пла­вящим­ся элек­тро­дом. Ос­но­вой это­го ме­тода яв­ля­ет­ся элек­три­чес­кая ду­га.

Учи­тывая, что у де­талей в большинс­тве слу­ча­ев из­на­шива­ет­ся по­вер­хностный (ра­бочий) слой, сос­тавля­ющий от 1 до 5% мас­сы де­тали, его мож­но вос­ста­новить (на­нес­ти) раз­личны­ми ме­тода­ми нап­лавки, а ис­пользуя при этом сов­ре­мен­ные нап­ла­воч­ные ма­тери­алы, мож­но зна­чительно уве­личить ре­сурс де­тали. От­ме­тим, что зат­ра­ты на вос­ста­нов­ле­ние де­тали, как пра­вило, сос­тавля­ют от 40 до 55% сто­имос­ти но­вой де­тали.

Нап­лавка очень эф­фектив­на при на­несе­нии из­но­сос­тойких пок­ры­тий на но­вые де­тали при их из­го­тов­ле­нии. В этом слу­чае це­лесо­об­разно при­менять ма­тери­ал, ко­торый до­роже, чем ма­тери­ал са­мой де­тали, и ко­торый обес­пе­чива­ет по­выше­ние ре­сур­са де­тали в 4…8 раз. Осо­бен­но эф­фектив­ность нап­лавки про­яв­ля­ет­ся при вос­ста­нов­ле­нии хо­довой час­ти гу­сенич­ных ма­шин ре­жущих эле­мен­тов зем­ле­ройной тех­ни­ки (зубьев и ков­шей эк­ска­вато­ров, но­жей бульдо­зеров).

Ду­говая нап­лавка соп­ро­вож­да­ет­ся быс­трым мес­тным наг­ре­вом мас­сивно­го ме­тал­ли­чес­ко­го из­де­лия. С те­чени­ем вре­мени про­ис­хо­дит пе­рерас­пре­деле­ние теп­ло­ты от наг­ре­тых мест к мес­там с бо­лее низ­кой тем­пе­рату­рой.

В про­цес­се нап­лавки теп­ло­та, вы­деля­юща­яся в ду­ге, за вы­четом теп­ло­ты, уне­сен­ной шла­ковой кор­кой, в ко­неч­ном сче­те пе­реда­ет­ся нап­лавля­емо­му из­де­лию. Од­новре­мен­но про­ис­хо­дит теп­ло­от­да­ча от из­де­лия ок­ру­жа­юще­му воз­ду­ху. Ес­ли при­ток теп­ло­ты пре­выша­ет ее по­тери, тем­пе­рату­ра нап­лавля­емо­го из­де­лия бу­дет рас­ти и в ре­зульта­те тре­бу­ет­ся его пе­ри­оди­чес­кое ос­ту­жива­ние. Ес­ли по­тери теп­ло­ты больше ее при­тока, то не­об­хо­дим пе­ри­оди­чес­кий по­дог­рев из­де­лия. Иде­альным яв­ля­ет­ся слу­чай, ког­да при­ток теп­ло­ты ра­вен ее по­терям и нап­лавку мож­но вес­ти неп­ре­рыв­но при прак­ти­чес­ки пос­то­ян­ной тем­пе­рату­ре из­де­лия.

Тем­пе­рату­ра из­де­лия и ре­жим нап­лавки оп­ре­деля­ют как объем ван­ны рас­плав­ленно­го ме­тал­ла, так и ско­рость ох­лажде­ния нап­лавлен­но­го ва­лика и зо­ны тер­ми­чес­ко­го вли­яния свар­ки. Осо­бый ин­те­рес пред­став­ля­ет ско­рость ох­лажде­ния при тем­пе­рату­ре 550…750°С (раз­личной для раз­ных ви­дов ста­ли), от ко­торой за­висит мик­рос­трук­ту­ра и твер­дость ма­тери­ала нап­лавки.

 

4.2Ручные виды наплавки

Руч­ная ду­говая нап­лавка. Дан­ный вид нап­лавки бла­года­ря прос­то­те, мо­бильнос­ти и при­мени­мос­ти для де­талей лю­бой фор­мы яв­ля­ет­ся на­ибо­лее рас­простра­нен­ным спо­собом. Ее мож­но при­менять как для вос­ста­нов­ле­ния из­но­шен­ных по­вер­хнос­тей и нап­лавки по­вер­хнос­тей со спе­ци­альны­ми свойства­ми, так и для ис­прав­ле­ния бра­ка литья лю­бых ме­тал­лов и спла­вов.

На рис. 4.1 по­каза­ны схе­мы спо­собов руч­ной ду­говой нап­лавки.

Рис. 4.1.Схемы способов ручной дуговой наплавки:
а — угольным (графитовым) электродом с расплавлением слоя сыпучего зернистого наплавочного сплава; б — угольным (графитовым) электродом в защитных инертных газах с подаваемым в дугу присадочным прутком; в — покрытым плавящимся электродом; 1 — угольный (графитовый) электрод; 2 — сыпучий зернистый сплав; 3 — наплавляемая деталь; 4 — наплавленный слой; 5 — присадочный металл; 6 — плавящийся электрод; направление наплавки

По­вер­хность де­тали под нап­лавку дол­жна быть тща­тельно за­чище­на.

При на­несе­нии нап­лавлен­но­го ме­тал­ла от­дельны­ми ва­лика­ми каж­дый пос­ле­ду­ющий ва­лик дол­жен рас­плав­лять пре­дыду­щий на ¹/₃…¹/₂ его ши­рины (рис. 4.2).

Рис. 4.2.Схема расположения наплавляемых валиков:
b — ширина валика; t — величина перекрытия валиков

Об­щий вид нап­лавлен­ной по­вер­хнос­ти по­казан на рис. 4.3. Ес­ли од­но­го нап­лавлен­но­го слоя не­дос­та­точ­но, то его за­чища­ют и на не­го нап­лавля­ют вто­рой, а ес­ли не­об­хо­димо, то и тре­тий слой и т. д. Для уменьше­ния пос­ле­ду­ющей ме­хани­чес­кой об­ра­бот­ки нап­лавлять ва­лики сле­ду­ет с мак­си­мально воз­можной точ­ностью и ми­нимальным при­пус­ком на ме­хани­чес­кую об­ра­бот­ку.

Рис. 4.3.Общий вид наплавленной поверхности с перекрытием валиков

Руч­ная ду­говая нап­лавка це­лесо­об­разна тог­да, ког­да тол­щи­на нап­лавлен­но­го слоя дол­жна быть не ме­нее 1 мм.

Руч­ная ду­говая нап­лавка неп­ла­вящим­ся элек­тро­дом. При ду­говой нап­лавке угольным элек­тро­дом (см. рис. 4.1, а, б) ду­га го­рит меж­ду угольным или гра­фито­вым элек­тро­дом и нап­лавля­емым из­де­ли­ем. Так как угольный элек­трод име­ет близ­кие по зна­чению тем­пе­рату­ры плав­ле­ния (3800°С) и ки­пения (4200°С), то плав­ле­ния угольно­го элек­тро­да при свар­ке не наб­лю­да­ет­ся, так как про­ис­хо­дит его ис­па­рение.

Рас­ход угольно­го элек­тро­да при нап­лавке сос­тавля­ет нес­колько мил­ли­мет­ров в ми­нуту, а дли­на ду­ги дос­ти­га­ет 12…15 мм. Не­большие ко­леба­ния дли­ны ду­ги в нес­колько мил­ли­мет­ров на ка­чес­тво нап­лавки не вли­яют.

Нап­лавка угольным элек­тро­дом про­из­во­дит­ся на пос­то­ян­ном то­ке пря­мой по­ляр­ности (ми­нус на элек­тро­де).

При свар­ке на об­ратной по­ляр­ности элек­трод сильно ра­зог­ре­ва­ет­ся на большой дли­не, его ис­па­рение уве­личи­ва­ет­ся и ос­трый ко­нец быс­тро при­туп­ля­ет­ся. Ду­га при об­ратной по­ляр­ности не­ус­тойчи­ва и не мо­жет быть рас­тя­нута бо­лее чем на 12 мм.

При пря­мой по­ляр­ности угольная ду­га дли­ной бо­лее 4 мм не про­из­во­дит на­уг­ле­рожи­вания рас­плав­ленно­го ме­тал­ла, со­дер­жа­ние уг­ле­рода в нем да­же нес­колько уменьша­ет­ся за счет вы­гора­ния. При об­ратной по­ляр­ности, на­обо­рот, про­ис­хо­дит сильное на­уг­ле­рожи­вание нап­лавля­емо­го ме­тал­ла.

Нап­лавку угольным элек­тро­дом на пе­ремен­ном то­ке не при­меня­ют вследс­твие ма­лой ус­тойчи­вос­ти ду­ги.

Руч­ная ду­говая нап­лавка угольным элек­тро­дом про­из­во­дит­ся с ис­пользо­вани­ем нап­ла­воч­ных сме­сей (см. рис. 4.1, а) или до­пол­ни­тельно­го при­садоч­но­го ме­тал­ла (см. рис. 4.1, б). По­рош­ко­об­разные нап­ла­воч­ные ма­тери­алы пред­став­ля­ют со­бой ме­хани­чес­кую смесь зе­рен ме­тал­лов, фер­рос­пла­вов и ме­тал­ли­чес­ких со­еди­нений с уг­ле­родом. Хи­мичес­кий сос­тав не­кото­рых из них и твер­дость при од­нослойной нап­лавке при­веде­ны в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Химический состав и твердость порошкообразных наплавочных материалов при однослойной наплавке
Ма­тери­ал	Со­дер­жа­ние эле­мен­тов, мас. %						HRC
	C	Si	Mn	Cr	W	Fe
Ста­линит	8…10	3,0	13…17	16…20	–	50…60	77
Во­кар	9,5…10,5	0,5	—	—	85…87	До 0,2	84
Ре­лит	5	—	—	—	95	—	88

На очи­щен­ную по­вер­хность ос­новно­го ме­тал­ла на­носят­ся слой про­кален­ной бу­ры тол­щи­ной 0,2…0,3 мм и слой по­рош­ко­об­разно­го ма­тери­ала, тол­щи­на ко­торо­го дол­жна быть в 2…3 ра­за больше не­об­хо­димой тол­щи­ны нап­лавля­емо­го слоя. Смесь рас­плав­ля­ют угольным или гра­фито­вым элек­тро­дом ди­амет­ром 8…20 мм. Ду­га воз­бужда­ет­ся на ос­новном ме­тал­ле, за­тем пе­рено­сит­ся на по­рош­ко­об­разный ма­тери­ал; при пос­ту­пательно-зиг­за­го­об­разном дви­жении элек­тро­да про­ис­хо­дит од­новре­мен­ное рас­плав­ле­ние ших­ты и ос­новно­го ма­тери­ала.

За один про­ход ре­комен­ду­ет­ся нап­лавлять слой тол­щи­ной не бо­лее 2 мм и ши­риной не бо­лее 50 мм. Вви­ду хруп­кости и опас­ности от­ко­лов об­щая тол­щи­на слоя, нап­лавля­емо­го этим спо­собом, не дол­жна пре­вышать 6 мм. От­сутс­твие за­щиты рас­плав­ленно­го ме­тал­ла от воз­ду­ха при­водит к час­тично­му окис­ле­нию ле­гиру­ющих при­месей, об­ра­зова­нию пор, не­метал­ли­чес­ких вклю­чений и дру­гих де­фек­тов.

Руч­ная ду­говая нап­лавка угольным элек­тро­дом с при­садоч­ным ме­тал­лом (см. рис. 4.1, б) осу­щест­вля­ет­ся на тех же ре­жимах нап­лавки, что и с при­мене­ни­ем нап­ла­воч­ной сме­си, только при­садоч­ный ме­талл по­да­ет­ся в зо­ну ду­ги сбо­ку. В ка­чес­тве при­садоч­но­го ме­тал­ла мо­гут ис­пользо­ваться ли­тые твер­дые спла­вы и нап­ла­воч­ная про­воло­ка, да­ющая не­об­хо­димый по сос­та­ву нап­лавлен­ный ме­талл.

Ли­тые твер­дые спла­вы — это спла­вы эле­мен­тов W, Сr, Ni, Si, С с ко­бальтом (стел­ли­ты ма­рок В2К и В3К), а так­же эле­мен­тов Сr, Ni, Мn, Si, С с же­лезом (сор­майт 1 и сор­майт 2).

Вы­бор в ка­чес­тве при­садоч­но­го ме­тал­ла нап­ла­воч­ной про­воло­ки не­об­хо­димо­го хи­мичес­ко­го сос­та­ва за­висит от тре­бова­ний к слу­жеб­ным ха­рак­те­рис­ти­кам нап­лавля­емой по­вер­хнос­ти. Нап­ри­мер, для вос­ста­нов­ле­ния сла­бонаг­ру­жен­ных де­талей ма­шин, кра­новых ко­лес, муфт и не­кото­рых дру­гих час­то при­меня­ют в ка­чес­тве нап­ла­воч­ных ма­тери­алов уг­ле­родис­тые и низ­ко­леги­рован­ные про­воло­ки ма­рок 08Г, 15Г2С и 25X3. Сталь мар­ки 1X13 ис­пользу­ет­ся как жа­рос­тойкий ма­тери­ал для нап­лавки уп­лотни­тельных по­вер­хнос­тей ко­тельной ар­ма­туры с тем­пе­рату­рой па­ра до 400°С, а так­же как кор­ро­зи­он­но-стойкий (для зад­ви­жек, ра­бота­ющих в мор­ской во­де, и др.).

Руч­ная ду­говая нап­лавка пла­вящим­ся элек­тро­дом. Бла­года­ря прос­то­те при­мене­ния для вос­ста­нов­ле­ния де­талей лю­бой фор­мы и дру­гим дос­то­инс­твам нап­лавка пла­вящи­мися (пок­ры­тыми) элек­тро­дами яв­ля­ет­ся на­ибо­лее рас­простра­нен­ным спо­собом нап­лавки (см. рис. 4.1, в). Обыч­но для это­го ви­да нап­лавки ис­пользу­ют элек­тро­ды ди­амет­ром 3…6 мм, что за­висит от раз­ме­ров нап­лавля­емых де­талей и тре­бу­емой тол­щи­ны нап­лавля­емо­го слоя: при тол­щи­не слоя ме­нее 1,5 мм при­меня­ют элек­тро­ды ди­амет­ром 3 мм, при тол­щи­не слоя бо­лее 6 мм и круп­ных де­талях — ди­амет­ром 6 мм.

Что­бы меньше рас­плав­лять ос­новной ме­талл, нап­лавку сле­ду­ет вес­ти ко­рот­кой ду­гой при ми­нимальном то­ке. Кра­теры не­об­хо­димо тща­тельно за­вари­вать. Про­из­во­дительность руч­ной нап­лавки сос­тавля­ет 0,3…2,0 кг/ч. В це­лях по­выше­ния про­из­во­дительнос­ти иног­да при­меня­ют нап­лавку пуч­ком элек­тро­дов, а так­же трех­фазной ду­гой. Эти при­емы при­год­ны только в ниж­нем по­ложе­нии: они по­выша­ют про­из­во­дительность по срав­не­нию с нап­лавкой од­ним элек­тро­дом, од­на­ко час­то в та­ких слу­ча­ях бо­лее це­лесо­об­разно ис­пользо­вание ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавки.

В нас­то­ящее вре­мя в Рос­сии раз­ра­бота­но бо­лее 70 ма­рок нап­ла­воч­ных элек­тро­дов. Кро­ме то­го, для нап­лавки мо­гут ис­пользо­ваться сва­роч­ные элек­тро­ды об­ще­го наз­на­чения, а так­же элек­тро­ды, пред­назна­чен­ные для свар­ки спе­ци­альных ста­лей и спла­вов.

Пок­ры­тия элек­тро­дов клас­си­фици­ру­ют­ся по хи­мичес­ко­му сос­та­ву нап­лавлен­но­го ме­тал­ла. Каж­до­му ти­пу нап­лавлен­но­го ме­тал­ла мо­жет со­от­ветс­тво­вать нес­колько ма­рок элек­тро­дов, от­ли­ча­ющих­ся сос­та­вом стер­жня, пок­ры­тия и тех­но­логи­чес­ки­ми свойства­ми. К элек­тро­дам, ре­комен­ду­емым для при­мене­ния в нап­ла­воч­ных ра­ботах, от­но­сят­ся элек­тро­ды ма­рок ОЗН-250У, ОЗН-350У, ОЗН-400У, ОЗИ-3, ОЗШ-1, У­ОНИ-13/45, ВСН-10, ВСН-6 и ЭН-60М.

Га­зопо­рош­ко­вая нап­лавка. Этот вид нап­лавки при­меня­ет­ся для вос­ста­нов­ле­ния де­талей раз­личных тех­ни­чес­ких средств дос­та­точ­но ши­роко. Она зак­лю­ча­ет­ся в том, что на пред­ва­рительно наг­ре­тую нап­лавля­емую по­вер­хность на­носит­ся по­рошок, до­веден­ный до жид­ко­теку­чего сос­то­яния с по­мощью га­зовой струи, пос­ле че­го для уве­личе­ния проч­ности сцеп­ле­ния про­из­во­дит­ся оп­лавле­ние на­несен­но­го слоя. Это объяс­ня­ет­ся тем, что при на­пыле­нии пло­щадь не­пос­редс­твен­но­го кон­такта как меж­ду час­ти­цами, так и меж­ду час­ти­цами и под­ложкой очень ма­ла, что яв­ля­ет­ся од­ной из глав­ных при­чин по­рис­тости слоя, проч­ность ко­торо­го на по­рядок ни­же нап­лавлен­ных, гальва­ничес­ких, тер­мо­диф­фу­зи­он­ных ви­дов пок­ры­тия. При воз­действии на та­кой слой срав­ни­тельно низ­ких наг­ру­зок про­ис­хо­дит его от­сло­ение.

Для улуч­ше­ния сцеп­ле­ния на­пылен­ных пок­ры­тий и до­веде­ния их проч­ности до уров­ня, близ­ко­го к проч­ности нап­ла­воч­ных сло­ев, на­несен­ные пок­ры­тия под­верга­ют­ся оп­лавле­нию. Для оп­лавле­ния при­год­ны те на­пылен­ные твер­дые спла­вы, ко­торые об­ла­да­ют спо­соб­ностью са­моф­лю­сова­ния. Это спла­вы на ни­келе­вой ос­но­ве, име­ющие низ­кую тем­пе­рату­ру плав­ле­ния (980…1 080°С), а на­личие в их сос­та­ве бо­ра и крем­ния спо­собс­тву­ет са­моф­лю­сова­нию и хо­рошей сма­чива­емос­ти оп­лавля­емо­го из­де­лия. Са­моф­лю­сова­ние про­ис­хо­дит за счет рас­кисли­телей (крем­ния и бо­ра), ко­торые при оп­лавле­нии свя­зыва­ют кис­ло­род, об­ра­зуя бо­роси­ликат­ные шла­ки, лег­ко всплы­ва­ющие на по­вер­хность пок­ры­тия.

В це­лях оп­лавле­ния на­пыля­емое пок­ры­тие ре­комен­ду­ет­ся наг­ре­вать до тем­пе­рату­ры, при ко­торой про­ис­хо­дит ха­рак­терное «за­поте­вание» слоя. Пе­рег­ре­вать пок­ры­тие до пол­но­го рас­плав­ле­ния не сле­ду­ет, так как в этом слу­чае пер­вичные крис­таллы кар­би­дов и бо­ридов хро­ма пе­рехо­дят в жид­кий рас­твор и при пос­ле­ду­ющей крис­талли­зации об­ра­зу­ет­ся струк­ту­ра с не­высо­ким ка­чес­твом пок­ры­тия.

На­личие жид­кой фа­зы — од­но из глав­ных ус­ло­вий про­тека­ния про­цес­са оп­лавле­ния. При этом для об­ра­зова­ния жид­кой фа­зы нет не­об­хо­димос­ти наг­ре­вать пок­ры­тие са­мо­флю­су­ющи­мися спла­вами до пол­но­го их рас­плав­ле­ния. При наг­ре­ве та­ких пок­ры­тий за счет рас­плав­ле­ния лег­коплав­кой сос­тавля­ющей струк­ту­ры — эв­текти­ки — жид­кая фа­за по­яв­ля­ет­ся при тем­пе­рату­ре на 100…150°С ни­же тем­пе­рату­ры их пол­но­го рас­плав­ле­ния. В то же вре­мя ис­ходные сос­тавля­ющие струк­ту­ры спла­вов (твер­дый рас­твор и кар­би­ды) ос­та­ют­ся в твер­дом сос­то­янии и сох­ра­ня­ют об­щую це­лос­тность пок­ры­тий. Воз­никшая жид­кая фа­за за­пол­ня­ет об­ра­зовав­ши­еся при на­пыле­нии по­ры, обес­пе­чивая диф­фу­зию эле­мен­тов, в ре­зульта­те че­го про­ис­хо­дит окон­ча­тельное фор­ми­рова­ние струк­ту­ры пок­ры­тия, при этом са­моф­лю­су­ющи­еся эле­мен­ты (бор и крем­ний) диф­фунди­ру­ют в ос­новной ме­талл, а же­лезо из ос­новно­го ме­тал­ла диф­фунди­ру­ет в пок­ры­тие.

Ос­новное тре­бова­ние, ко­торое дол­жно вы­дер­жи­ваться при оп­лавле­нии, — рав­но­мер­ный наг­рев по­вер­хнос­ти де­тали и слоя пок­ры­тия. При этом для ус­пешно­го про­тека­ния диф­фу­зи­он­ных про­цес­сов в пер­вую оче­редь не­об­хо­димо под­вести к де­тали дос­та­точ­ное ко­личес­тво теп­ло­ты.

Нап­лавка на­пыле­ни­ем са­моф­лю­су­ющи­мися по­рош­ка­ми с од­новре­мен­ным оп­лавле­ни­ем зна­чительно от­ли­ча­ет­ся от нап­лавки пря­мой ду­гой по­рош­ко­выми твер­ды­ми спла­вами на же­лез­ной и ни­келе­вой ос­но­вах и с по­мощью прут­ков твер­дых спла­вов. При нап­лавке пря­мой ду­гой нап­ла­воч­ный ме­талл и де­таль наг­ре­ва­ют­ся до тем­пе­рату­ры плав­ле­ния, что при­водит к проп­лавле­нию ос­новно­го ме­тал­ла и его пе­реме­шива­нию с нап­лавля­емым.

На­пыле­ние с од­новре­мен­ным оп­лавле­ни­ем (га­зопо­рош­ко­вая нап­лавка) воз­можно лишь га­зовым пла­менем. Ду­га из-за ин­тенсив­но­го не­рав­но­мер­но­го наг­ре­ва на­пылен­но­го слоя не обес­пе­чива­ет по­луче­ние ка­чес­твен­но­го пок­ры­тия.

Для вос­ста­нов­ле­ния де­талей спо­собом га­зопо­рош­ко­вой нап­лавки на­ибо­лее ра­ци­онально при­менять по­рош­ко­вые спла­вы ма­рок ПГ-10Н-01, ПГ-10Н-03, ПГ-СР3 и ПГ-СР4, пред­назна­чен­ные для нап­лавле­ния слоя тол­щи­ной 3…5 мм.

Из опи­сан­ной тех­но­логии про­цес­са на­пыле­ния с од­новре­мен­ным оп­лавле­ни­ем мож­но сде­лать вы­вод, что про­цесс на­пыле­ния труд­но­кон­тро­лиру­емый, по­это­му нап­лавку, как пра­вило, ве­дут вруч­ную, и ка­чес­тво по­луче­ния пок­ры­тий в зна­чительной ме­ре за­висит от ква­лифи­кации свар­щи­ка, его уме­ния осу­щест­влять ви­зу­альный кон­троль. Сов­ме­щение опе­раций при этом спо­собе нап­лавки поз­во­ля­ет сок­ра­тить вре­мя на вос­ста­нов­ле­ние де­тали. Он при­меним глав­ным об­ра­зом для вос­ста­нов­ле­ния де­талей не­больших раз­ме­ров в ус­ло­ви­ях еди­нич­но­го и мел­ко­серийно­го про­из­водс­тва.

В тех­но­логи­чес­ком про­цес­се на­несе­ния на из­но­шен­ные по­вер­хнос­ти де­талей по­рош­ко­вых пок­ры­тий пре­дус­матри­ва­ет­ся опе­рация под­го­тов­ки по­вер­хнос­ти с по­мощью струйной об­ра­бот­ки для соз­да­ния не­об­хо­димой ше­рохо­ватос­ти, обес­пе­чива­ющей на­деж­ное сцеп­ле­ние (ад­ге­зию) при­садоч­но­го ма­тери­ала с ос­но­вой.

Для струйной об­ра­бот­ки ис­пользу­ют­ся раз­личные ап­па­раты. Ча­ще все­го это ап­па­раты вса­сыва­юще­го действия, в ко­торых элек­тро­корунд или мел­кая стальная дробь за­сасы­ва­ет­ся стру­ей сжа­того воз­ду­ха и по шлан­гу нап­равля­ет­ся че­рез соп­ло на об­ра­баты­ва­емую по­вер­хность. Этот спо­соб прост, ши­роко при­меня­ет­ся вследс­твие меньше­го из­но­са соп­ла и шлан­гов, де­шев, бе­зот­ка­зен в ра­боте, хо­тя и ме­нее про­из­во­дите­лен по срав­не­нию с дру­гими спо­соба­ми. Ап­па­раты це­лесо­об­разно при­менять в том слу­чае, ког­да нап­равле­ние струи пос­то­ян­но, что име­ет мес­то в ос­новном при ав­то­мати­чес­кой очис­тке по­верх­нос­тей.

Ма­тери­алы для га­зопо­рош­ко­вой нап­лавки. Ма­тери­алы для га­зопо­рош­ко­вой нап­лавки под­разде­ля­ют на ос­новные и вспо­мога­тельные.

К ос­новным ма­тери­алам от­но­сят пла­мя­об­ра­зу­ющие га­зы (аце­тилен, про­пан, бу­тан и их сме­си, кис­ло­род) и по­рош­ко­вые са­моф­лю­су­ющи­еся спла­вы.

Ча­ще все­го для га­зопо­рош­ко­вой нап­лавки при­меня­ют кис­ло­род га­зо­об­разный тех­ни­чес­кий (ГОСТ 5583—78 «Кис­ло­род га­зо­об­разный тех­ни­чес­кий и ме­дицин­ский. Тех­ни­чес­кие ус­ло­вия»), га­зы уг­ле­водо­род­ные сжи­жен­ные топ­ливные (ГОСТ 52087—2003 «Га­зы уг­ле­водо­род­ные сжи­жен­ные топ­ливные. Тех­ни­чес­кие ус­ло­вия»), аце­тилен (ГОСТ 5457—75 «Аце­тилен рас­тво­рен­ный и га­зо­об­разный тех­ни­чес­кий. Тех­ни­чес­кие ус­ло­вия») или газ МАФ (ме­тила­цети­лен-ал­ле­новая фрак­ция) — за­мени­тель до­рого­го аце­тиле­на, ко­торые пос­тавля­ют­ся в бал­ло­нах. До­пус­ка­ет­ся ис­пользо­вание ге­нера­тор­но­го аце­тиле­на (за­мени­тель аце­тиле­на) в бал­ло­нах, по­луча­емо­го из кар­би­да кальция. При этом про­из­во­дительность ге­нера­тор­ных ус­та­новок дол­жна быть не ме­нее 0,8 м³/ч.

Для га­зопо­рош­ко­вой нап­лавки при­меня­ют са­моф­лю­су­ющи­еся твер­дые спла­вы, пред­став­ля­ющие со­бой вы­сокоп­рочные, из­но­сос­тойкие ма­тери­алы на ос­но­ве ни­келя или ко­бальта с до­бав­ка­ми хро­ма, бо­ра и крем­ния. Бор и крем­ний, име­ющие бо­лее вы­сокое хи­мичес­кое сродс­тво с кис­ло­родом, чем же­лезо, ни­кель и ко­бальт, в про­цес­се оп­лавле­ния при тем­пе­рату­ре 950…1050°С об­ра­зу­ют ок­си­ды, ко­торые вы­ходят на по­вер­хность в ви­де шла­ков, соз­да­вая тем са­мым плот­ные бес­по­рис­тые пок­ры­тия.

Руч­ная плаз­менная нап­лавка. При уп­рочне­нии и вос­ста­нов­ле­нии де­талей в за­виси­мос­ти от их фор­мы и ус­ло­вий ра­боты при­меня­ют нес­колько раз­но­вид­ностей плаз­менной нап­лавки, от­ли­ча­ющих­ся ти­пом при­садоч­но­го ма­тери­ала, спо­собом его по­дачи на из­но­шен­ную по­вер­хность и элек­три­чес­кой схе­мой под­клю­чения.

При плаз­менной нап­лавке по от­но­шению к нап­лавля­емой де­тали при­меня­ют два ви­да сжа­той ду­ги: пря­мого и кос­венно­го действия.

Ду­га пря­мого действия об­ра­зу­ет­ся при соп­ри­кос­но­вении ма­ло­ам­перной (40…60 А) кос­венной ду­ги с то­кове­дущей де­талью, при этом в зо­ну ду­ги мо­гут по­даваться при­садоч­ные ма­тери­алы: нейтральная или то­кове­дущая про­воло­ка, од­новре­мен­но две про­воло­ки и по­рошок, по­рошок од­новре­мен­но с про­воло­кой.

Ме­тод кос­венной ду­ги зак­лю­ча­ет­ся в том, что меж­ду де­жур­ной ду­гой и то­кове­дущей про­воло­кой об­ра­зу­ет­ся пря­мая ду­га, про­дол­же­ние ко­торой яв­ля­ет­ся кос­венной (не­зави­симой) ду­гой по от­но­шению к элек­три­чес­ки нейтральной де­тали. По этой схе­ме вмес­те с то­кове­дущей про­воло­кой (прут­ком, лен­той) на нап­лавля­емую по­вер­хность мож­но од­новре­мен­но по­давать и по­рошок.

Уни­вер­сальный спо­соб плаз­менной нап­лавки — нап­лавка с вду­вани­ем по­рош­ка в ду­гу, ко­торый, час­тично оп­лавля­ясь, пе­рено­сит­ся на по­вер­хность из­де­лия, оп­лавля­емо­го ду­гой пря­мого действия (рис. 4.4). За счет ши­роко­го ди­апа­зона ре­гули­рова­ния теп­ло­ты, иду­щей на наг­рев по­рош­ка и де­тали, этот спо­соб поз­во­ля­ет по­лучать нап­лавлен­ные слои вы­соко­го ка­чес­тва с ми­нимальной глу­биной проп­лавле­ния.

Рис. 4.4.Восстановленные плазменной наплавкой дугой прямого действия лопатки газотурбинного двигателя

К не­дос­таткам спо­соба сле­ду­ет от­нести слож­ность конс­трук­ции плаз­мотро­на, его низ­кую на­деж­ность ра­боты и большие раз­ме­ры (на­руж­ный ди­аметр — 55… 60 мм), а так­же зна­чительный об­щий рас­ход га­за (22…26 л/мин).

Су­щес­тву­ет два спо­соба плаз­менной нап­лавки: с по­дачей по­рош­ка в сва­роч­ную ван­ну тран­спор­ти­ру­ющим га­зом че­рез за­щит­ное соп­ло и с од­новре­мен­ной по­дачей по­рош­ка и про­воло­ки в зо­ну нап­лавки (ком­би­ниро­ван­ный спо­соб).

При ис­пользо­вании нап­ла­воч­ной про­воло­ки на­ибо­лее пер­спек­тивна нап­лавка то­кове­дущей про­воло­кой (рис. 4.5). В этом слу­чае сжа­тая ду­га ис­пользу­ет­ся глав­ным об­ра­зом для плав­ле­ния про­воло­ки и в меньшей сте­пени для по­дог­ре­ва де­тали. Нап­лавлен­ный слой в ос­новном об­ра­зу­ет­ся за счет теп­ло­ты пе­рег­ре­того нап­лавлен­но­го ме­тал­ла, сма­чива­юще­го по­вер­хность по­дог­ре­того ос­новно­го ме­тал­ла.

Рис. 4.5.Пуансон вырубного штампа после плазменной наплавки с токоведущей проволокой

Нап­лавка кос­венной ду­гой то­кове­дущей про­воло­ки поз­во­ля­ет сни­зить до­лю учас­тия ос­новно­го ме­тал­ла в пер­вом нап­лавлен­ном слое до 4%, что важ­но для обес­пе­чения тре­бу­емых фи­зико-ме­хани­чес­ких свойств нап­лавки.

Спо­собом плаз­менной нап­лавки ме­тал­ли­чес­ки­ми ле­гиро­ван­ны­ми по­рош­ка­ми уп­рочня­ют уп­лотни­тельные по­вер­хнос­ти ар­ма­туры ти­па се­дел, та­релок и зад­ви­жек ди­амет­ром 100…400 мм. Нап­лавку вы­пол­ня­ют хро­мони­келе­выми по­рош­ка­ми (ПГ-СР3, ПГ-СР4) с ам­пли­тудой ко­леба­ний 25…40 мм и час­то­той 0,7 Гц в два слоя об­щей тол­щи­ной 4,0…4,5 мм, с пред­ва­рительным по­дог­ре­вом до тем­пе­рату­ры 500°С.

Для по­выше­ния из­но­сос­тойкос­ти быс­тро­из­на­шива­емых зам­ков муфт ге­оло­гораз­ве­доч­ных бу­рильных труб ис­пользу­ет­ся тех­но­логия плаз­менной нап­лавки спо­собом по­дачи по­рош­ка в сва­роч­ную ван­ну. В ка­чес­тве нап­ла­воч­ных по­рош­ков при­меня­ют ком­по­зици­он­ный сплав на ос­но­ве ре­лита или спе­чен­но­го спла­ва ти­па ВК. Из­но­сос­тойкость нап­лавлен­ных муфт воз­раста­ет в 6…8 раз.

Плаз­менной нап­лавкой из­но­сос­тойки­ми по­рош­ко­выми спла­вами ре­комен­ду­ют так­же уп­рочнять ре­жущий инс­тру­мент: фре­зы, раз­вер­тки, про­тяж­ки, мет­чи­ки и др. Плаз­менная нап­лавка да­ет зна­чительный эф­фект при вос­ста­нов­ле­нии де­талей ти­па ва­ла, кла­панов, ле­мехов кар­то­феле­убо­роч­ных ма­шин и др.

В нас­то­ящее вре­мя по­лучи­ла рас­простра­нение плаз­менная нап­лавка пос­то­ян­ным то­ком на об­ратной по­ляр­ности, осо­бен­но для ме­тал­лов и спла­вов, в сос­тав ко­торых вхо­дят эле­мен­ты, об­ра­зу­ющие в про­цес­се нап­лавки ту­гоп­лавкие ок­си­ды. Это в пер­вую оче­редь алю­мини­евые спла­вы, алю­мини­евые брон­зы, ла­туни и др. За счет эф­фекта ка­тод­ной очис­тки в про­цес­се нап­лавки про­ис­хо­дит раз­ру­шение ок­сидных пле­нок на по­вер­хнос­ти ос­но­вого и нап­ла­воч­но­го ме­тал­лов, что улуч­ша­ет сма­чива­емость нап­лавля­емой по­вер­хнос­ти жид­ким нап­ла­воч­ным ме­тал­лом и, как следс­твие, обес­пе­чива­ет по­луче­ние сло­ев нап­лавки вы­соко­го ка­чес­тва.

В про­мыш­леннос­ти плаз­менную нап­лавку про­воло­ками при­меня­ют для уп­рочне­ния по­вер­хнос­тей при из­го­тов­ле­нии уз­лов за­пор­ной ар­ма­туры, стальных пор­шней ди­амет­ром 60…160 мм, су­довых тру­боп­ро­водов и дру­гих из­де­лий.

 

4.3Техника и технология ручной дуговой наплавки плавящимся покрытым электродом деталей и конструкций в различных положениях шва

При нап­лавке как про­цес­се на­несе­ния од­но­го рас­плав­ленно­го ме­тал­ла, на­зыва­емо­го при­садоч­ным, на по­вер­хность дру­гого, на­зыва­емо­го ос­новным, ме­талл де­тали (ос­новной ме­талл) так­же рас­плав­ля­ет­ся на не­большую глу­бину для об­ра­зова­ния го­моген­но­го со­еди­нения. Цель нап­лавки мо­жет быть раз­личной: вос­ста­нов­ле­ние ут­ра­чен­ной ге­омет­рии де­тали или при­дание ей но­вой фор­мы, об­ра­зова­ние по­вер­хностно­го слоя с за­дан­ны­ми фи­зико-ме­хани­чес­ки­ми свойства­ми (нап­ри­мер, та­кими, как по­вышен­ная твер­дость, из­но­сос­тойкость, ан­тифрик­ци­он­ность, кор­ро­зи­он­ная стойкость, жа­рос­тойкость и др.), уп­рочне­ние нап­лавкой.

Нап­лавку мож­но про­из­во­дить на лю­бые по­вер­хнос­ти: плос­кие, ко­ничес­кие, ци­лин­дри­чес­кие, сфе­ричес­кие. В больших пре­делах мо­жет ме­няться и ее тол­щи­на от нес­кольких до­лей мил­ли­мет­ра до 1 см и бо­лее.

В ос­новных мо­мен­тах тех­но­логия нап­лавки сход­на с тех­но­логи­ей свар­ки: пе­ред нап­лавкой сто­ят те же за­дачи, что и пе­ред свар­кой, — за­щита нап­лавля­емо­го ме­тал­ла от га­зов, со­дер­жа­щих­ся в воз­ду­хе, по­луче­ние плот­но­го, без пор, тре­щин и пос­то­рон­них вклю­чений ме­тал­ла шва. По­это­му важ­но иметь об­щее пред­став­ле­ние о свар­ке, осо­бен­ностях свар­ки со­от­ветс­тву­ющих ме­тал­лов (свар­ка ме­ди, свар­ка чу­гуна, свар­ка алю­миния, свар­ка нер­жа­вейки) и пок­ры­ти­ях элек­тро­дов, ина­че не бу­дет по­нима­ния, нап­ри­мер, за­чем про­кали­вать элек­тро­ды пе­ред нап­лавкой и ка­кие бу­дут пос­ледс­твия, ес­ли это­го не сде­лать, или по­чему важ­на по­ляр­ность под­клю­чения элек­тро­да.

При нап­лавке сле­ду­ет соб­лю­дать ос­новные прин­ци­пы, зак­лю­ча­ющи­еся в сле­ду­ющих тре­бова­ни­ях:

1) не­об­хо­димо стре­миться к ми­нимально­му проп­лавле­нию ос­новно­го ме­тал­ла, что дос­ти­га­ет­ся пу­тем нак­ло­на элек­тро­да в сто­рону, об­ратную хо­ду нап­лавки;

2) дол­жно быть как мож­но меньшее пе­реме­шива­ние нап­лавлен­но­го ме­тал­ла с ос­новным;

3) не­об­хо­димо ста­раться дос­тичь ми­нимальных ос­та­точ­ных нап­ря­жений и де­фор­ма­ций в де­тали. Это тре­бова­ние во мно­гом обес­пе­чива­ет­ся соб­лю­дени­ем двух пред­шес­тву­ющих;

4) не­об­хо­димо сни­жать до при­ем­ле­мых зна­чений при­пус­ки на пос­ле­ду­ющую об­ра­бот­ку де­тали. Го­воря дру­гими сло­вами, нуж­но нап­лавлять ме­тал­ла ров­но столько, сколько не­об­хо­димо.

Нап­лавка пок­ры­тыми нап­ла­воч­ны­ми элек­тро­дами от­но­сит­ся к ос­новным спо­собам, при­меня­емым как в про­мыш­леннос­ти, так и в бы­ту, в си­лу ее прос­то­ты, удобс­тва, от­сутс­твия не­об­хо­димос­ти в спе­ци­альном обо­рудо­вании. Вы­пус­ка­ет­ся мно­жес­тво ма­рок элек­тро­дов, соз­да­ющих нап­ла­воч­ный слой с раз­личны­ми ха­рак­те­рис­ти­ками, обес­пе­чива­ющи­ми тре­бу­емые ка­чес­тва из­де­лий для ра­боты в тех или иных ус­ло­ви­ях.

Нап­лавка тре­бу­ет оп­ре­делен­ных на­выков в ра­боте. Не­об­хо­димо при ми­нимальном то­ке и нап­ря­жении, что­бы не уве­личи­вать до­лю ос­новно­го ме­тал­ла в нап­лавлен­ном ме­тал­ле, оп­ла­вить оба ком­по­нен­та. Сос­тав ме­тал­ла бу­дет оп­ре­делять тип элек­тро­да, а тол­щи­ну и фор­му — ди­аметр элек­тро­да. Нап­ря­жение ду­ги оп­ре­деля­ет фор­му нап­лавлен­но­го ва­лика, при его по­выше­нии уве­личи­ва­ет­ся ши­рина и уменьша­ет­ся вы­сота ва­лика, воз­раста­ет дли­на ду­ги и окис­ля­емость ле­гиру­ющих при­месей, осо­бен­но уг­ле­рода. В свя­зи с этим сле­ду­ет стре­миться к по­даче ми­нимально­го нап­ря­жения, ко­торое дол­жно сог­ла­совы­ваться с то­ком ду­ги.

Нап­лавка де­талей из ста­ли осу­щест­вля­ет­ся, как пра­вило, пос­то­ян­ным то­ком об­ратной по­ляр­ности (на элек­тро­де «плюс») в ниж­нем по­ложе­нии.

Де­тали из низ­ко­уг­ле­родис­тых и низ­ко­леги­рован­ных ста­лей нап­лавля­ют обыч­но без пред­ва­рительно наг­ре­ва, но не­ред­ко тре­бу­ют­ся пред­ва­рительный по­дог­рев и пос­ле­ду­ющая тер­мо­об­ра­бот­ка для сня­тия внут­ренних нап­ря­жений. Бо­лее де­тальные тре­бова­ния к нап­лавке со­об­ща­ют­ся в до­кумен­та­ции на при­меня­емые нап­ла­воч­ные элек­тро­ды.

Нап­ри­мер, для элек­тро­да мар­ки ОЗИ-3 при­водят­ся сле­ду­ющие тех­но­логи­чес­кие осо­бен­ности:

§ нап­лавку про­из­во­дят в один-че­тыре слоя с пред­ва­рительным по­дог­ре­вом до тем­пе­рату­ры 300…600°С;

§ пос­ле нап­лавки ре­комен­ду­ет­ся мед­ленное ох­лажде­ние;

§ воз­можна нап­лавка ван­ным спо­собом на по­вышен­ных ре­жимах;

§ про­кал­ка пе­ред нап­лавкой при тем­пе­рату­ре 350°С в те­чение 1 ч.

По­вер­хность де­тали пе­ред нап­лавкой дол­жна быть очи­щена от мас­ла, ржав­чи­ны и дру­гих заг­рязне­ний.

При­меня­ют­ся раз­личные схе­мы рас­по­ложе­ния нап­ла­воч­ных швов. В слу­чае плос­ких по­вер­хнос­тей раз­ли­ча­ют два ос­новных ви­да нап­лавки — ис­пользо­вание уз­ких ва­ликов с пе­рек­ры­ти­ем друг дру­га на 0,3…0,4 их ши­рины и ши­роких, по­лучен­ных уве­личен­ны­ми по­переч­ны­ми дви­жени­ями элек­тро­да от­но­сительно нап­равле­ния про­хода.

Дру­гой спо­соб — ук­ладка уз­ких ва­ликов на не­кото­ром рас­сто­янии один от дру­гого, при этом шлак уда­ля­ют пос­ле на­ложе­ния нес­кольких ва­ликов. Пос­ле это­го ва­лики нап­лавля­ют и в про­межут­ках.

Во из­бе­жание ко­роб­ле­ния де­талей нап­лавле­ние ре­комен­ду­ет­ся про­водить от­дельны­ми учас­тка­ми, «враз­брос», а ук­ладку каж­до­го пос­ле­ду­юще­го ва­лика на­чинать с про­тиво­полож­ной сто­роны по от­но­шению к пре­дыду­щему.

Нап­лавка ци­лин­дри­чес­кой по­вер­хнос­ти вы­пол­ня­ет­ся тре­мя спо­соба­ми (рис. 4.6):

1) ва­лика­ми вдоль об­ра­зу­ющей ци­лин­дра;

2) ва­лика­ми по зам­кну­тым ок­ружнос­тям;

3) по вин­то­вой ли­нии.

Рис. 4.6.Наплавка цилиндрической поверхности:
а — валиками вдоль образующей цилиндра; б — валиками по замкнутым окружностям; в — по винтовой линии

Пос­ледний ва­ри­ант яв­ля­ет­ся осо­бен­но удоб­ным в слу­чае ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавки, при ко­торой де­тали в про­цес­се нап­лавки при­да­ет­ся рав­но­мер­ное вра­щение.

Для вос­ста­нов­ле­ния и по­выше­ния сро­ка служ­бы ре­жуще­го, штам­по­вого и из­ме­рительно­го инс­тру­мен­та, а так­же де­талей ме­ханиз­мов, ра­бота­ющих при ин­тенсив­ном из­но­се, при­меня­ет­ся нап­лавка ра­бочих по­вер­хнос­тей твер­ды­ми спла­вами, пред­став­ля­ющи­ми со­бой со­еди­нения та­ких ме­тал­лов, как ти­тан, вольфрам, тан­тал, мар­га­нец, хром и не­кото­рых дру­гих с бо­ром, уг­ле­родом, ко­бальтом, же­лезом, ни­келем и др.

При из­го­тов­ле­нии но­вых инс­тру­мен­тов и де­талей с твер­дос­плав­ной нап­лавкой в ка­чес­тве за­гото­вок (ос­но­ваний) при­меня­ют­ся де­тали из уг­ле­родис­тых или ле­гиро­ван­ных ста­лей. В слу­чае ре­мон­та де­талей с большим из­но­сом пе­ред нап­лавкой твер­ды­ми спла­вами вы­пол­ня­ют пред­ва­рительную нап­лавку элек­тро­дами из низ­ко­уг­ле­родис­той ста­ли.

Для по­луче­ния бо­лее ка­чес­твен­ной нап­лавки, пре­дуп­режде­ния об­ра­зова­ния тре­щин и сни­жения нап­ря­жений во мно­гих слу­ча­ях це­лесо­об­ра­зен по­дог­рев за­гото­вок до тем­пе­рату­ры 300°C и вы­ше.

Нап­лавка ме­тал­ло­режу­щего инс­тру­мен­та и штам­пов. Ме­тал­ло­режу­щие инс­тру­мен­ты и штам­пы, ра­бота­ющие при хо­лод­ной и го­рячей штам­повке, нап­лавля­ют элек­тро­дами ма­рок ОЗИ-3, ОЗИ-5, ОЗИ-6, ЦС-1, ЦИ-1М и др. Ме­талл, нап­лавлен­ный эти­ми элек­тро­дами, об­ла­да­ет вы­сокой соп­ро­тив­ля­емостью к ис­ти­ранию и смя­тию при больших удельных наг­рузках и тем­пе­рату­рах до 650…850°C. Твер­дость нап­лавлен­но­го слоя без тер­мо­об­ра­бот­ки сос­тавля­ет от 52 (ОЗИ-5) до 61 HRC (ОЗИ-3). Нап­лавля­ют­ся один—три слоя об­щей тол­щи­ной 2…6 мм. Де­таль пе­ред нап­лавкой по­дог­ре­ва­ют до тем­пе­рату­ры 300…700°С (в за­виси­мос­ти от мар­ки элек­тро­да).

Нап­лавка де­талей, ра­бота­ющих на ис­ти­рание без удар­ных наг­ру­зок. Ес­ли тре­бу­ет­ся по­лучить нап­лавлен­ный ме­талл осо­бо вы­сокой твер­дости, мож­но ис­пользо­вать элек­тро­ды для нап­лавки ма­рок Т-590 и Т-620, спе­ци­ально пред­назна­чен­ные для пок­ры­тия де­талей, ра­бота­ющих на ин­тенсив­ное ис­ти­рание. Их стер­жень из­го­тов­лен из низ­ко­уг­ле­родис­той ста­ли, а в пок­ры­тия вхо­дят фер­рохром, фер­ро­титан, фер­ро­бор, кар­бид бо­ра и гра­фит: бла­года­ря этим ма­тери­алам твер­дость нап­лавлен­но­го ме­тал­ла мо­жет дос­ти­гать 62…64 HRC.

Из-за то­го что нап­лавлен­ный ме­талл об­ла­да­ет хруп­костью и склон­ностью к об­ра­зова­нию тре­щин, из­де­лия, нап­лавлен­ные элек­тро­дами Т-590 и Т-620, не пред­назна­чены для экс­плу­ата­ции в ус­ло­ви­ях зна­чительных удар­ных наг­ру­зок. Нап­лавка твер­дос­плав­но­го ме­тал­ла про­из­во­дит­ся в один-два слоя. Ес­ли тре­бу­ет­ся нап­лавлять большую тол­щи­ну, тог­да ниж­ние слои нап­лавля­ют­ся элек­тро­дами из низ­ко­уг­ле­родис­той ста­ли и лишь зак­лю­чительные — твер­дос­плав­ны­ми.

Нап­лавка де­талей, ра­бота­ющих на ис­ти­рание с удар­ны­ми наг­рузка­ми. Де­тали из мар­ганцо­вис­тых ста­лей (110Г13Л и по­доб­ные ей), ра­бота­ющие в ус­ло­ви­ях ин­тенсив­но­го по­вер­хностно­го из­но­са и вы­соких удар­ных наг­ру­зок (в час­тнос­ти, ра­бочие ор­га­ны стро­ительно­го и зем­ле­ройно­го обо­рудо­вания), нап­лавля­ют элек­тро­дами ма­рок ОМГ-Н, ЦНИ­ИН-4, ОЗН-7М, ОЗН-400М, ОЗН-300М и др. При их ис­пользо­вании твер­дость нап­лавля­емо­го ме­тал­ла во вто­ром слое по­луча­ет­ся 45…65 HRC при вы­соких зна­чени­ях вяз­кости.

Нап­лавка кор­ро­зи­он­но-стойких ста­лей. Для нап­лавки де­талей из кор­ро­зи­он­но-стойких ста­лей при­меня­ют­ся элек­тро­ды ма­рок ЦН-6Л, ЦН-12М-67 и др. Стер­жень этих элек­тро­дов из­го­тов­лен из кор­ро­зи­он­но-стойкой вы­соко­леги­рован­ной про­воло­ки. Кро­ме вы­сокой кор­ро­зи­он­ной стойкос­ти нап­лавлен­ный ме­талл име­ет еще и ус­тойчи­вость к за­дира­нию, что поз­во­ля­ет ис­пользо­вать эти элек­тро­ды для нап­лавки уп­лотни­тельных по­вер­хнос­тей в ар­ма­тур­ных из­де­ли­ях.

При ис­пользо­вании не­кото­рых элек­тро­дов для нап­лавки кор­ро­зи­он­но-стойких ста­лей ре­комен­ду­ют­ся пред­ва­рительный и со­путс­тву­ющий по­дог­рев де­тали до тем­пе­рату­ры 300…600°С и ее тер­мо­об­ра­бот­ка пос­ле нап­лавки.

Нап­лавка ме­ди и ее спла­вов. Нап­лавка ме­ди и ее спла­вов (бронз) мо­жет осу­щест­вляться не только на мед­ное или брон­зо­вое ос­но­вание, но так­же на сталь и чу­гун. В этом слу­чае соз­да­ют­ся би­метал­ли­чес­кие из­де­лия, име­ющие не­об­хо­димые экс­плу­ата­ци­он­ные ка­чес­тва (вы­сокую стойкость про­тив кор­ро­зии, низ­кий ко­эф­фи­ци­ент тре­ния и не­кото­рые дру­гие цен­ные свойства, при­сущие ме­ди и ее спла­вам) и об­ла­да­ющие при этом го­раз­до бо­лее низ­кой сто­имостью по срав­не­нию с де­таля­ми, из­го­тов­ленны­ми пол­ностью из ме­ди или ее спла­вов.

Алю­мини­евые брон­зы, в час­тнос­ти, об­ла­да­ющие вы­соки­ми ан­тифрик­ци­он­ны­ми свойства­ми, очень хо­рошо ра­бота­ют в уз­лах тре­ния, по­это­му их нап­лавля­ют на чер­вячные ко­леса, су­хари и дру­гие де­тали, ра­бота­ющие в ус­ло­ви­ях тре­ния.

Нап­лавка де­талей из тех­ни­чес­ки чис­той ме­ди мо­жет про­из­во­диться элек­тро­дами мар­ки «Ком­со­молец-100» или при­садоч­ны­ми прут­ка­ми из ме­ди или ее спла­вов. При нап­лавке ме­ди на медь при­меня­ют пред­ва­рительный по­дог­рев до тем­пе­рату­ры 300…500°С. Нап­лавлен­ный слой же­лательно под­вергать про­ков­ке при тем­пе­рату­ре ме­ди вы­ше 500°С.

Ес­ли тре­бу­ет­ся нап­лавка брон­зой, мож­но ис­пользо­вать элек­тро­ды мар­ки ОЗБ-2М, со­дер­жа­щие по­мимо сос­тавля­ющей их ос­но­ву ме­ди так­же оло­во, мар­га­нец, ни­кель и же­лезо. Из­де­лия, нап­лавлен­ные элек­тро­дами мар­ки ОЗБ-2М, име­ют вы­сокую по­вер­хностную из­но­сос­тойкость.

Нап­лавка ме­ди и ее спла­вов про­из­во­дит­ся пос­то­ян­ным то­ком об­ратной по­ляр­ности в ниж­нем по­ложе­нии.

4.4Технология наплавки твердыми сплавами

В сов­ре­мен­ной тех­ни­ке по­луча­ют ши­рокое рас­простра­нение и быс­тро со­вер­шенс­тву­ют­ся твер­дые спла­вы. Раз­ви­тие тех­ни­ки при­мене­ния твер­дых спла­вов осу­щест­вля­ет­ся по двум нап­равле­ни­ям: с од­ной сто­роны, со­вер­шенс­тву­ют­ся и улуч­ша­ют­ся сос­та­вы твер­дых спла­вов и тех­но­логия их про­из­водс­тва, с дру­гой сто­роны, со­вер­шенс­тву­ет­ся тех­ни­ка на­несе­ния твер­дых спла­вов на из­де­лия, глав­ным об­ра­зом тех­ни­ка их нап­лавки.

Твер­дые спла­вы ха­рак­те­ризу­ют­ся преж­де все­го зна­чительной твер­достью, сос­тавля­ющей при­мер­но 55…94 HRC. Они сох­ра­ня­ют свою твер­дость при наг­ре­вании до вы­соких тем­пе­ратур, как пра­вило, не под­да­ют­ся от­пуску и не мо­гут быть смяг­че­ны тер­ми­чес­кой об­ра­бот­кой. По­это­му ме­хани­чес­кая об­ра­бот­ка твер­дых спла­вов очень тру­до­ем­ка и мо­жет про­из­во­диться лишь аб­ра­зива­ми, в свя­зи с чем при нап­лавке твер­дых спла­вов нуж­но уде­лять осо­бое вни­мание све­дению до ми­ниму­ма их пос­ле­ду­ющей ме­хани­чес­кой об­ра­бот­ки. Твер­дые спла­вы при очень вы­сокой твер­дости, ес­тес­твен­но, об­ла­да­ют ма­лой плас­тичностью и от­ли­ча­ют­ся хруп­костью, а сле­дова­тельно, не­высо­ким соп­ро­тив­ле­ни­ем удар­ным наг­рузкам. Хруп­кость твер­дых спла­вов сох­ра­ня­ет­ся и при вы­соких тем­пе­рату­рах, вследс­твие че­го они склон­ны к об­ра­зова­нию тре­щин при нап­лавке; на это сле­ду­ет об­ра­щать осо­бое вни­мание.

Твер­дые спла­вы мож­но под­разде­лить на сле­ду­ющие че­тыре груп­пы:

1) ли­тые спла­вы, или стел­ли­ты;

2) по­рош­ко­об­разные или зер­но­об­разные про­дук­ты;

3) ке­рами­чес­кие, или спе­чен­ные, спла­вы;

4) плав­ле­ные кар­би­ды.

Ос­но­вой всех твер­дых спла­вов яв­ля­ют­ся проч­ные кар­би­ды ме­тал­лов, не раз­ла­га­ющи­еся и не рас­тво­ря­ющи­еся при вы­соких тем­пе­рату­рах. Осо­бен­но важ­ны для твер­дых спла­вов кар­би­ды вольфра­ма, ти­тана, хро­ма, час­тично мар­ганца. Кар­би­ды ме­тал­лов слиш­ком хруп­ки и час­то ту­гоп­лавки, по­это­му для об­ра­зова­ния твер­до­го спла­ва зер­на кар­би­дов свя­зыва­ют­ся под­хо­дящим ме­тал­лом (в ка­чес­тве связ­ки ис­пользу­ет­ся же­лезо, ни­кель, ко­бальт).

К ли­тым твер­дым спла­вам от­но­сит­ся прут­ко­вый сор­майт, пос­тавля­емый в ви­де стер­жней ди­амет­ром 6…7 мм и дли­ной 400…450 мм и со­дер­жа­щий 25…31% хро­ма, 3…5% ни­келя, 2,5…3,3% уг­ле­рода, 2,8…3,5% крем­ния, до 1,5% мар­ганца, до 0,07% се­ры, 0,08% фос­фо­ра, ос­тальное — же­лезо и не­кото­рые спла­вы. Ли­тые твер­дые спла­вы при­меня­ют для нап­лавки штам­пов, из­ме­рительно­го инс­тру­мен­та, де­талей стан­ков и ме­ханиз­мов, ра­бота­ющих в ус­ло­ви­ях ин­тенсив­но­го из­но­са. Нап­лавку ве­дут аце­тиле­нокис­ло­род­ным пла­менем, угольным элек­тро­дом, а так­же вольфра­мовым элек­тро­дом в сре­де ар­го­на.

К по­рош­ко­об­разным твер­дым спла­вам от­но­сят­ся ста­линит и сор­майт. По­рош­ко­об­разный ста­линит со­дер­жит 24…26% хро­ма, 6…8,5% мар­ганца, 7…10% уг­ле­рода, до 3% крем­ния, до 0,5% се­ры и фос­фо­ра, ос­тальное — же­лезо. Ме­тал­ли­чес­кие элек­тро­ды для ду­говой нап­лавки из­го­тов­ля­ют по ГОСТ 10051—75 «Элек­тро­ды пок­ры­тые ме­тал­ли­чес­кие для руч­ной ду­говой нап­лавки по­вер­хностных сло­ев с осо­быми свойства­ми. Ти­пы», сог­ласно ко­торо­му элек­тро­ды клас­си­фици­ру­ют­ся в за­виси­мос­ти от хи­мичес­ко­го сос­та­ва и твер­дости нап­лавлен­но­го ме­тал­ла. В нас­то­ящее вре­мя в про­мыш­леннос­ти ис­пользу­ет­ся большое ко­личес­тво раз­личных ви­дов нап­лавки.

Вследс­твие вы­соко­го со­дер­жа­ния вольфра­ма и ко­бальта ли­тые твер­дые спла­вы ти­па нас­то­ящих стел­ли­тов до­вольно до­роги и де­фицит­ны.

Прак­ти­ка пос­ледних де­сяти­летий по­каза­ла, что ли­тые спла­вы-за­мени­тели яв­ля­ют­ся зна­чительно бо­лее де­шевы­ми и в большинс­тве слу­ча­ев ра­бота­ют впол­не хо­рошо, по­это­му как не со­дер­жа­щие вольфра­ма и ко­бальта они ши­роко при­меня­ют­ся в оте­чес­твен­ной про­мыш­леннос­ти. При­мером та­кого спла­ва яв­ля­ет­ся изоб­ре­тен­ный в 1929 г. оте­чес­твен­ный сплав сор­майт, наз­ва­ние ко­торо­го про­ис­хо­дит от наз­ва­ния сор­мов­ско­го за­вода, где впер­вые бы­ло ос­во­ено про­из­водс­тво это­го спла­ва. Сор­майт пред­став­ля­ет со­бой же­лезох­ро­мис­тый сплав с не­большой до­бав­кой ни­келя и не со­дер­жит вольфра­ма и ко­бальта.

Ли­тые спла­вы срав­ни­тельно лег­коплав­ки, тем­пе­рату­ра их плав­ле­ния нес­колько ни­же тем­пе­рату­ры плав­ле­ния ста­ли и сос­тавля­ет 1300…1350°С. Вы­пус­ка­ют­ся они обыч­но в ви­де ли­тых прут­ков или стер­жней дли­ной 300…400 мм и ди­амет­ром 5…8 мм. Ли­тые спла­вы об­ла­да­ют сред­ней твер­достью 70…80 HRC и при­меня­ют­ся глав­ным об­ра­зом для нап­лавки ра­бочих по­вер­хнос­тей, под­верга­ющих­ся зна­чительно­му из­но­су, нап­ри­мер штам­пов, мат­риц и пу­ан­со­нов, ка­либ­ров, шаб­ло­нов, де­талей ма­шин и ме­ханиз­мов, ра­бота­ющих на тре­ние, и др. Спла­вы об­ла­да­ют вы­сокой из­но­со­ус­тойчи­востью, сох­ра­ня­ющейся до тем­пе­рату­ры 600…700°С — на­чала крас­но­го ка­ления.

Пе­ред нап­лавкой ус­та­нав­ли­ва­ют вы­соту нап­ла­воч­но­го слоя, по­вер­хность, под­ле­жащая нап­лавке, дол­жна быть очи­щена от гря­зи, ржав­чи­ны, ока­лины, мас­ла и вла­ги. При на­ложе­нии пер­во­го слоя нап­лавки стре­мят­ся каж­дый пре­дыду­щий ва­лик пе­рек­ры­вать на 25…30% его ши­рины, сох­ра­няя при этом пос­то­янс­тво вы­соты ва­лика. При не­об­хо­димос­ти уве­личить вы­соту нап­ла­воч­но­го ва­лика про­из­во­дят нап­лавку сле­ду­юще­го ва­лика, очис­тив нап­лавлен­ный слой от не­метал­ли­чес­ких вклю­чений и шла­ка, об­ра­зован­ных при на­ложе­нии пре­дыду­щего слоя.

В за­виси­мос­ти от мар­ки ме­тал­ла нап­лавка мо­жет вы­пол­няться без по­дог­ре­ва из­де­лия и с пред­ва­рительным по­дог­ре­вом.

Ос­новны­ми тре­бова­ни­ями, предъяв­ля­емы­ми к ка­чес­тву нап­лавки, яв­ля­ют­ся:

§ на­деж­ное сплав­ле­ние ос­новно­го ме­тал­ла с нап­лавлен­ным;

§ от­сутс­твие де­фек­тов в нап­лавлен­ном ме­тал­ле;

§ иден­тичность свойств нап­лавлен­но­го и ос­новно­го ме­тал­лов.

На­деж­ное сплав­ле­ние нап­лавки с ос­новным ме­тал­лом обес­пе­чива­ет­ся под­бо­ром си­лы то­ка, что для нап­ла­воч­ных ус­та­новок с пос­то­ян­ной ско­ростью по­дачи элек­тро­да со­от­ветс­тву­ет под­бо­ру ско­рос­ти по­дачи про­воло­ки или лен­ты.

Нап­лавка твер­дых спла­вов ве­дет­ся, как пра­вило, в два слоя, а слу­чае не­об­хо­димос­ти — в три слоя. При на­ложе­нии пер­во­го слоя нап­лавка пред­став­ля­ет со­бой сплав твер­до­го спла­ва с рас­плав­ленным ос­новным ме­тал­лом, вследс­твие че­го та­кой сплав об­ла­да­ет по­нижен­ны­ми твер­достью и из­но­со­ус­тойчи­востью и не обес­пе­чива­ет по­луче­ния ме­хани­чес­ких свойств чис­то­го твер­до­го спла­ва, по­это­му пер­вый нап­лавлен­ный слой обыч­но не мо­жет слу­жить ра­бочей по­вер­хностью, а яв­ля­ет­ся лишь под­клад­кой для на­несе­ния вто­рого слоя, ко­торый бу­дет пред­став­лять со­бой поч­ти чис­тый твер­дый сплав и об­ла­дать не­об­хо­димы­ми ме­хани­чес­ки­ми свойства­ми. В не­кото­рых осо­бен­но от­ветс­твен­ных слу­ча­ях при­бега­ют к нап­лавке третьего слоя, пред­став­ля­юще­го со­бой прак­ти­чес­ки уже чис­тый пе­реп­лавлен­ный твер­дый сплав.

Для по­луче­ния эко­номич­ной нап­лавки твер­до­го спла­ва нуж­но стре­миться к на­именьше­му рас­плав­ле­нию ос­новно­го ме­тал­ла на ми­нимальную глу­бину; в то же вре­мя ос­новной ме­талл дол­жен быть рас­плав­лен по всей по­вер­хнос­ти нап­лавки, ина­че не­из­бежны неп­ро­вары, ко­торые мо­гут выз­вать рас­трес­ки­вание и от­сла­ива­ние твер­до­го слоя при ра­боте нап­лавлен­ной де­тали.

Про­цесс га­зовой нап­лавки ли­того спла­ва ве­дут сле­ду­ющим об­ра­зом. Для уменьше­ния нап­ря­жений, воз­ни­ка­ющих в нап­лавлен­ном слое, и воз­можнос­ти об­ра­зова­ния в нем тре­щин нап­лавля­емую де­таль пред­ва­рительно по­дог­ре­ва­ют до на­чала крас­но­го ка­ления. За­тем по­вер­хность ме­тал­ла ос­то­рож­но до­водят наг­ре­вани­ем го­рел­кой до на­чала по­вер­хностно­го оп­лавле­ния, т. е. до так на­зыва­емо­го по­тения ме­тал­ла, ког­да на его по­вер­хнос­ти выс­ту­па­ют от­дельные жид­кие ка­пельки. Тог­да в пла­мя го­рел­ки вво­дят ко­нец прут­ка твер­до­го спла­ва и на­тира­ют им по­вер­хность де­тали, раз­ма­зывая твер­дый сплав по по­вер­хнос­ти, т. е. как бы об­лу­живая де­таль твер­дым спла­вом. При дос­та­точ­ной ква­лифи­кации свар­щи­ка эта опе­рация га­ран­ти­ру­ет проч­ное сцеп­ле­ние с ос­новным ме­тал­лом нап­лавля­емо­го твер­до­го спла­ва при ми­нимальном его рас­хо­де. На по­лучен­ную та­ким об­ра­зом под­клад­ку нап­лавля­ют твер­дый сплав с ми­нимально воз­можным рас­плав­ле­ни­ем ни­желе­жаще­го слоя.

Воз­можна так­же и ду­говая нап­лавка ли­тых твер­дых спла­вов, для че­го на прут­ки спла­ва на­носят об­мазку, не со­дер­жа­щую ак­тивных окис­ли­телей, нап­ри­мер из мра­мора, пла­вико­вого шпа­та и не­кото­рых дру­гих ма­тери­алов, по ти­пу об­мазки мар­ки У­ОНИ-13. Для ду­говой нап­лавки при­меня­ют так­же спе­ци­альные элек­тро­ды со стер­жнем из обыч­ной низ­ко­уг­ле­родис­той про­воло­ки с тол­стой об­мазкой, не со­дер­жа­щей ак­тивных окис­ли­телей, в ко­торую вво­дят большое ко­личес­тво фер­рохро­ма и фер­ро­мар­ганца. По­доб­ные де­шевые элек­тро­ды да­ют удов­летво­рительную нап­лавку в тех слу­ча­ях, ког­да не предъяв­ля­ет­ся вы­соких тре­бова­ний к твер­дости и из­но­сос­тойкос­ти нап­лавлен­но­го слоя. Кро­ме то­го, при­меня­ют труб­ча­тые элек­тро­ды, сос­то­ящие из стальной тон­костен­ной труб­ки, на­битой по­рош­ко­об­разным твер­дым спла­вом или ма­тери­алом, об­ра­зу­ющим твер­дый сплав при рас­плав­ле­нии, а сна­ружи пок­ры­той элек­трод­ной об­мазкой, улуч­ша­ющей го­рение ду­ги и соз­да­ющей шла­ковую за­щиту. Ус­пешно при­меня­ют ду­говую нап­лавку в инер­тных га­зах и плаз­менную нап­лавку.

По­рош­ко­об­разные или зер­но­об­разные спла­вы пред­став­ля­ют со­бой не спла­вы, а по­рош­ко­об­разную смесь, ших­ту или ма­тери­ал для из­го­тов­ле­ния спла­ва, ко­торые прев­ра­ща­ют­ся в твер­дый сплав лишь на по­вер­хнос­ти нап­лавля­емой де­тали в про­цес­се нап­лавки. Они на­ибо­лее де­шевы в из­го­тов­ле­нии и нап­лавке и по­это­му ши­роко при­меня­ют­ся в про­мыш­леннос­ти. По внеш­не­му ви­ду эти ма­тери­алы пред­став­ля­ют со­бой гру­бозер­нистый по­рошок или кру­пин­ки чер­но­го цве­та, сос­то­ящие из зе­рен ди­амет­ром 1…3 мм.

Раз­ли­ча­ют два ви­да по­рош­ко­об­разных ма­тери­алов для нап­лавки: вольфра­мовые и не со­дер­жа­щие вольфра­ма.

Вольфра­мовый ма­тери­ал пред­став­ля­ет со­бой смесь по­рош­ко­об­разно­го тех­ни­чес­ко­го вольфра­ма или вы­сокоп­ро­цен­тно­го фер­ро­вольфра­ма с на­уг­ле­рожи­ва­ющи­ми ма­тери­ала­ми. Оте­чес­твен­ный сплав это­го ти­па но­сит наз­ва­ние «во­кар». Из­го­тов­ля­ют­ся по­доб­ные спла­вы сле­ду­ющим об­ра­зом: по­рош­ко­об­разный тех­ни­чес­кий вольфрам или вы­сокоп­ро­цен­тный фер­ро­вольфрам сме­шива­ют с та­кими ма­тери­ала­ми, как са­жа, мо­лотый кокс и др.; по­лучен­ную смесь за­меши­ва­ют в гус­тую пас­ту на смо­ле или на са­хар­ной па­токе. Из сме­си прес­су­ют бри­кеты и слег­ка об­жи­га­ют их до уда­ления ле­тучих ве­ществ. Пос­ле об­жи­га бри­кеты раз­ма­лыва­ют и про­се­ива­ют. Го­товый про­дукт име­ет вид чер­ных хруп­ких кру­пинок ди­амет­ром 1…3 мм. Ха­рак­терным приз­на­ком вольфра­мовых ма­тери­алов для нап­лавки яв­ля­ет­ся их вы­сокий на­сып­ной вес.

Дру­гой по­рош­ко­об­разный ма­тери­ал (сплав) для нап­лавки — ста­линит — не со­дер­жит вольфра­ма. Этот сплав до­вольно ши­роко рас­простра­нен в оте­чес­твен­ной про­мыш­леннос­ти. Мно­голет­няя прак­ти­ка по­каза­ла, что, нес­мотря на от­сутс­твие вольфра­ма, ста­линит об­ла­да­ет вы­соки­ми ме­хани­чес­ки­ми по­каза­теля­ми, во мно­гих слу­ча­ях удов­летво­ря­ющи­ми тех­ни­чес­ким тре­бова­ни­ям. Кро­ме то­го, бла­года­ря низ­кой тем­пе­рату­ре плав­ле­ния (1 300…1 350°С) ста­линит име­ет су­щес­твен­ное пре­иму­щес­тво по срав­не­нию с вольфра­мовым ма­тери­алом, ко­торый рас­плав­ля­ет­ся лишь при тем­пе­рату­ре око­ло 2 700°С. Низ­кая тем­пе­рату­ра плав­ле­ния ста­лини­та об­легча­ет нап­лавку и по­выша­ет про­из­во­дительность это­го про­цес­са.

Ос­но­вой ста­лини­та яв­ля­ет­ся смесь по­рош­ко­об­разных де­шевых фер­рос­пла­вов, фер­рохро­ма и фер­ро­мар­ганца. Про­цесс из­го­тов­ле­ния ста­лини­та та­кой же, как и вольфра­мовых ма­тери­алов. Ста­линит со­дер­жит 16…20% Сr и 13…17% Мn. Твер­дость нап­лавки для во­кара 80…82 HRC, для ста­лини­та 76…78 HRC.

Нап­лавка ста­лини­та про­из­во­дит­ся угольной ду­гой по спо­собу Бе­нар­до­са. Га­зовая го­рел­ка ма­лоп­ри­год­на для нап­лавки, так как га­зовое пла­мя сду­ва­ет по­рошок с мес­та нап­лавки. Де­таль, под­ле­жащую нап­лавке, по­дог­ре­ва­ют до на­чала крас­но­го ка­ления, пос­ле че­го на по­вер­хность де­тали на­сыпа­ют ста­линит рав­но­мер­ным сло­ем тол­щи­ной 2…3 мм. Для по­луче­ния пра­вильных кра­ев и гра­ней нап­лавки при­меня­ют спе­ци­альные шаб­ло­ны и ог­ра­ничи­тели из крас­ной ме­ди, гра­фита или уг­ля. На на­сыпан­ном слое за­жига­ют угольную ду­гу пос­то­ян­но­го то­ка нор­мальной по­ляр­ности при си­ле то­ка 150…200 А. Нап­лавку ве­дут неп­ре­рыв­но, без об­ры­вов ду­ги и по воз­можнос­ти без пов­торно­го рас­плав­ле­ния нап­лавлен­но­го слоя.

Из-за до­вольно зна­чительно­го рас­плав­ле­ния ос­новно­го ме­тал­ла угольной ду­гой пер­вый слой нап­лавки не обес­пе­чива­ет не­об­хо­димых свойств и об­ла­да­ет не­дос­та­точ­ной твер­достью, по­это­му нап­лавку ста­лини­та ве­дут в два, а иног­да и в три слоя. По окон­ча­нии нап­лавки слоя, не да­вая ему ос­тыть, на не­го на­сыпа­ют но­вый слой ста­лини­та и про­из­во­дят нап­лавку, а за­тем — мед­ленное ох­лажде­ние во из­бе­жание об­ра­зова­ния тре­щин в нап­лавлен­ном слое, для че­го го­рячую де­таль по­меща­ют в зо­лу, су­хой пе­сок, хлопья ас­беста, слю­ды и др. Пос­ле окон­ча­ния нап­лавки ре­комен­ду­ет­ся нап­лавлен­ную де­таль от­жечь при тем­пе­рату­ре око­ло 900°С в те­чение 2…3 ч. От­жиг вы­зыва­ет рас­па­дение ос­та­точ­но­го а­ус­те­нита, об­ра­зу­юще­гося при нап­лавке, с вы­паде­ни­ем до­бавоч­ных кар­би­дов и по­выше­ни­ем твер­дости нап­лавки на две-три еди­ницы по Рок­веллу, од­новре­мен­но ус­тра­ня­ют­ся внут­ренние нап­ря­жения. За от­жи­гом сле­ду­ет мед­ленное рав­но­мер­ное ох­лажде­ние де­тали.

Вви­ду не­высо­кой сто­имос­ти ста­лини­та, а так­же прос­то­ты и вы­сокой про­из­во­дительнос­ти про­цес­са нап­лавки он ши­роко при­меня­ет­ся в рос­сийской про­мыш­леннос­ти для раз­но­об­разных нап­ла­воч­ных ра­бот. Ста­лини­том нап­лавля­ют час­ти ма­шин и ме­ханиз­мов, под­верга­ющи­еся быс­тро­му из­но­су в ра­боте, в час­тнос­ти штам­пы, ра­бочие час­ти ма­шин для об­ра­бот­ки грун­тов и гор­ных по­род (зем­ле­чер­па­лок, эк­ска­вато­ров), зуб­ки вру­бовых ма­шин и др.

Нап­лавку во­кара про­из­во­дят ана­логич­но нап­лавке ста­лини­та.

Ке­рами­чес­кие, или спе­чен­ные, твер­дые спла­вы — важ­нейший вид твер­дых спла­вов, об­ла­да­ющих очень вы­сокой твер­достью — 86…90 HRC, име­ют важ­ное зна­чение для об­ра­бот­ки ме­тал­лов ре­зани­ем, глав­ным об­ра­зом для ос­на­щения ме­тал­ло­режу­щего инс­тру­мен­та. Ке­рами­чес­кие спла­вы из­го­тов­ля­ют на спе­ци­альных за­водах. Их ос­но­вой, при­да­ющей им вы­сокую твер­дость, яв­ля­ют­ся кар­би­ды вольфра­ма, ти­тана и не­кото­рых дру­гих эле­мен­тов.

Кар­би­ды, из­го­тов­ля­емые в спе­ци­альных элек­три­чес­ких пе­чах, под­верга­ют­ся тон­ко­му раз­мо­лу — до мельчайше­го по­рош­ка. По­рош­ко­об­разный кар­бид це­мен­ти­ру­ет­ся ме­тал­ли­чес­ким ко­бальтом или ни­келем, об­ла­да­ющим зна­чительной плас­тичностью, по­это­му ке­рами­чес­кие спла­вы ме­нее хруп­ки, чем дру­гие ви­ды твер­дых спла­вов, луч­ше вы­носят удар­ную наг­рузку и да­ют стойкое ос­трие лез­вий ме­тал­ло­режу­щего инс­тру­мен­та, ус­пешно об­ра­баты­ва­ющие са­мые твер­дые сор­та ме­тал­лов и сох­ра­ня­ющие стойкость при наг­ре­ве до свет­ло-крас­но­го ка­ления.

Ко­личес­тво связ­ки, т. е. ко­бальта или ни­келя, в раз­личных мар­ках сос­тавля­ет 3…15%, ос­тальное — кар­бид. На­ибо­лее из­вестен ке­рами­чес­кий твер­дый сплав по­бедит, пред­став­ля­ющий со­бой кар­бид вольфра­ма, сце­мен­ти­рован­ный ко­бальтом. Для из­го­тов­ле­ния ме­тал­ло­кера­мичес­ких спла­вов тон­чайший по­рошок кар­би­да тща­тельно сме­шива­ют с тон­ким по­рош­ком ко­бальта или ни­келя в со­от­ветс­тву­ющей про­пор­ции. Из по­лучен­ной сме­си прес­су­ют плас­тинки и дру­гие из­де­лия. Спрес­со­ван­ные из­де­лия под­верга­ют пред­ва­рительно­му об­жи­гу, пос­ле че­го эти из­де­лия по­луча­ют не­кото­рую проч­ность, но еще лег­ко под­да­ют­ся ме­хани­чес­кой об­ра­бот­ке — до­вод­ке, ко­торой при­да­ют из­де­ли­ям окон­ча­тельные раз­ме­ры; вто­рой окон­ча­тельный об­жиг при­да­ет из­де­ли­ям вы­сокую ме­хани­чес­кую проч­ность и твер­дость. Пос­ле окон­ча­тельно­го об­жи­га ме­тал­ло­кера­мичес­кие спла­вы мо­гут об­ра­баты­ваться лишь аб­ра­зива­ми выс­ших сор­тов и не под­да­ют­ся ни­какой тер­мо­об­ра­бот­ке.

Ке­рами­чес­кие спла­вы чувс­тви­тельны к вы­соко­му пе­рег­ре­ву. При наг­ре­ве до слиш­ком вы­сокой тем­пе­рату­ры на­чина­ет пла­виться ко­бальто­вая или ни­келе­вая связ­ка, связь меж­ду зер­на­ми кар­би­да ос­лабля­ет­ся, в мас­су спла­ва про­ника­ет кис­ло­род воз­ду­ха, ко­торый про­из­во­дит окис­ле­ние ме­тал­ла. В ре­зульта­те сплав те­ря­ет ме­хани­чес­кую проч­ность, трес­ка­ет­ся и рас­сы­па­ет­ся при ра­боте.

Сплав, ис­порчен­ный вследс­твие пе­рег­ре­ва, нельзя ис­пра­вить пос­ле­ду­ющей об­ра­бот­кой, что де­ла­ет не­воз­можной при­вар­ку плас­ти­нок к дер­жавке ме­тал­ло­режу­щего инс­тру­мен­та. При тем­пе­рату­ре, не­об­хо­димой для рас­плав­ле­ния спла­ва или по крайней ме­ре для рас­плав­ле­ния ста­ли дер­жавки, плас­тинка ке­рами­чес­ко­го спла­ва пор­тится и те­ря­ет проч­ность.

Плас­тинки ке­рами­чес­ких спла­вов при­па­ива­ют к дер­жавке медью при тем­пе­рату­ре, без­опас­ной для проч­ности ке­рами­чес­ко­го спла­ва, не ухуд­ша­ющей его струк­ту­ры (тем­пе­рату­ра плав­ле­ния ме­ди 1083°С). От­личные ре­зульта­ты да­ет пайка медью в ат­мосфе­ре во­доро­да. При­пайка плас­ти­нок ке­рами­чес­ких спла­вов мо­жет про­из­во­диться так­же на элек­три­чес­ких кон­тактах сва­роч­ных ма­шин.

Плав­ле­ные кар­би­ды об­ла­да­ют на­ивыс­шей твер­достью (до 92…94 HRC), но од­новре­мен­но и зна­чительной хруп­костью. По хи­мичес­ко­му сос­та­ву эти спла­вы пред­став­ля­ют со­бой чис­тый сплав­ленный кар­бид вольфра­ма, иног­да с до­бав­ка­ми дру­гих ве­ществ. Спла­вы от­ли­ча­ют­ся вы­сокой тем­пе­рату­рой плав­ле­ния (3000°С); вы­пус­ка­ют­ся в фор­ме кус­ков с ос­тры­ми гра­нями. Глав­ная об­ласть их при­мене­ния — гор­ная про­мыш­ленность, где они слу­жат для ос­на­щения бу­ровых до­лот и дру­гого бу­рово­го инс­тру­мен­та, в осо­бен­ности для твер­дых гор­ных по­род.

Кус­ки спла­ва вва­рива­ют­ся в уг­лубле­ния на по­вер­хнос­ти из­де­лия так, что­бы ре­жущая грань ку­соч­ка спла­ва нес­колько выс­ту­пала над по­вер­хностью ос­новно­го ме­тал­ла. Прос­транс­тво меж­ду ку­соч­ка­ми спла­ва за­пол­ня­ют нап­лавкой ли­того или по­рош­ко­об­разно­го спла­ва. При ра­боте инс­тру­мен­та про­межу­точ­ный твер­дый сплав из­на­шива­ет­ся быс­трее, и ре­жущая грань ку­соч­ков плав­ле­ных кар­би­дов, выс­ту­пая над по­вер­хностью инс­тру­мен­та, ре­жет гор­ную по­роду. Для нап­лавки этих спла­вов ус­пешно ис­пользу­ет­ся ин­дукци­он­ный наг­рев. Сплав по­меща­ют на по­вер­хность стально­го инс­тру­мен­та, вы­соко­час­тотный ин­дуктор рас­плав­ля­ет по­вер­хность ста­ли и вплав­ля­ет в нее зер­на спла­ва.