Наплавка под флюсом, в защитных газах и порошковой проволокой

Механизированная наплавка под флюсом цилиндрических и плоских деталей является развитием способов ручной наплавки электродами с толстыми качественными покрытиями. Этот способ был разработан коллективом под руководством академика Е.О. Патона в 1938–1939 гг. Сущность способа заключается в том, что сварочная дуга горит между электродом (проволокой) и изделием под слоем толщиной 10…40 мм сухого гранулированного флюса с размерами зерен 0,5…3,5 мм (рис. 1).

В качестве флюса выступают неметаллические гранулированные порошки, по составу схожие с электродными покрытиями, и в общем случае выполняют такие же функции, как и покрытия, а именно:

• обеспечивают шлаковую и газовую защиту сварочной ванны и наплавленного валика от воздействия окружающей среды;
• легируют и раскисляют наплавленный металл;
• способствуют устойчивому горению дуги за счет ионизации дугового промежутка при диссоциации компонентов флюса;
• рафинируют наплавленный металл.

Для осуществления автоматической наплавки деталей требуется комплекс машин, механизмов и приспособлений, в целом составляющих автоматическую установку. Устройство, производящее зажигание дуги, подачу электродной проволоки по мере плавления и обеспечивающее устойчивое горение дуги, называется автоматической головкой для дуговой сварки и наплавки, или дуговым автоматом. Наиболее важное промышленное значение для ремонтно-восстановительной наплавки имеют автоматы с плавящимся металлическим электродом – проволокой или лентой.

Рис. 1. Схема механизированной наплавки металла под слоем флюса: 1 – токоподводящие колодки; 2 – подающие ролики; 3 – электродная проволока; 4 – слой шлака; 5 – слой сухого флюса; 6 – шлаковая корка; 7 – сварной шов (наплавленный металл); 8 – основной металл; 9 – сварочная ванна; 10 – электрическая дуга

Преимущества механизированного способа наплавки

1. Повышение производительности труда в 6…8 раз по сравнению с ручной дуговой наплавкой.
2. Снижение расхода электроэнергии в два раза за счёт более высокого термического КПД.
3. Высокое качество наплавленного металла благодаря надежной защите наплавленного слоя от воздействия окружающей среды.
4. Возможность получения наплавленных слоев толщиной более 2 мм.
5. Меньший расход присадочного материала в результате исключения потерь на разбрызгивание и уменьшение угара электродного металла.
6. Лучшие условия труда оператора за счёт механизации процесса и отсутствия открытой дуги.

Недостатки

1. Большое вложение тепла в материал детали, что увеличивает зону термического влияния и изменяет результаты предыдущей термообработки детали.
2. После наплавки требуется термообработка наплавленного слоя или всей детали.
3. Трудности удержания ванны расплавленного металла на поверхности цилиндрической детали (детали диаметром меньше 50 мм не наплавляют).
4. Уменьшение усталостной прочности детали на 20…40 % за счет остаточных напряжений, пористости и структурной неоднородности слоя.
5. Появление при загрузке флюса в бункер и его просеивании после использования силикатной пыли, вредной для организма человека.

Наплавка под флюсом цельнометаллической проволокой

Наплавленный металл легируют путем применения легированной проволоки, легированных флюсов или дозированной засыпки легирующих примесей на поверхность наплавляемой детали. Иногда наплавленный металл не подвергается легированию, и наплавка преследует цель – восстановление необходимых геометрических размеров и формы детали.

Для автоматической наплавки применяют плавленые флюсы:

• высококремнистые марганцевые марок АН-348А, ОСН-45, АН-60;
• низкокремнистые марганцевые марок АН-10, АН-16, АН-22;
• высококремнистые безмарганцевые марок АН-20, АН-28,48-ОФ-6. Для наплавки высоколегированных сталей и сплавов используют низкокремнистые марганцевые и безмарганцевые флюсы, обладающие меньшей окислительной способностью, – АН-30, 48-ОФ-6.

Автоматической наплавкой чаще всего восстанавливаются детали цилиндрической формы. Наплавляются такие детали, как правило, по винтовой линии. Ось вращения – горизонтальная. Такой способ обеспечивает непрерывность процесса и высокое качество работы, симметричность остаточных напряжений по отношению к оси детали. Однако при этом способе затруднено удержание флюса и жидкого металла в зоне наплавки.

Для удержания флюса применяют специальное флюсоудерживающее приспособление в виде насадки-воротника специальной формы, расположенной вокруг мундштука горелки.

С целью удержания расплавленного металла ванны и жидкого шлака наплавочная головка автомата устанавливается с некоторым смещением конца электродной проволоки с зенита (рис. 2).

Рис. 2. Наплавка цилиндрической детали под слоем флюса: 1 – изделие; 2 – бункер с флюсом; 3 – электродная проволока; 4 – расплавленный флюс (шлак); 5 – сварочная дуга; 6 – наплавленный слой; 7 – шлаковая корка

Величина смещения «е» зависит от диаметра наплавляемой детали и параметров режима наплавки и принимается от 10 мм и более. Окружная скорость выбирается от 10 до 50 м/ч. Чем меньше диаметр электрода, тем меньше следует выбирать скорость наплавки. Шаг наплавки определяется в зависимости от желательной толщины слоя, тока и напряжения в пределах от 3 до 12 мм. Сила тока для наплавки и диаметр электродной проволоки устанавливаются в зависимости от диаметра наплавляемой детали.

Наплавку цилиндрических деталей (коленчатых валов, крановых колес, опорных катков и прочих) производят на специальных вращателях или специально приспособленных для этого токарных станках (рис. 3).

Рис. 3. Установка УНВ-3-5 для дуговой наплавки тел вращения

Рис. 4. Сварочный трактор АДФ-800 (а) и сварочный автомат А-1416 (б), применяемые для наплавки деталей под слоем флюса

Поверхности плоских деталей наплавляют с помощью оборудования, предназначенного для сварки с дополнительными перемещающими устройствами – сварочными автоматами и сварочными тракторами (рис. 4).

Сварочный трактор АДФ-800 предназначен для сварки и наплавки электродной проволокой под слоем флюса. Работает в комплекте с выпрямителями ВДУ-1250, ВДУ-1202, ВДУ-630 и др. АДФ800 представляет собой самоходное устройство, в котором подача сварочной проволоки, перемещение и защита дуги происходят автоматически по определенной программе. Автомат подвесной самоходный А-1416 предназначен для двухдуговой сварки и наплавки сплошной проволокой под слоем флюса низкоуглеродистых и легированных сталей на постоянном токе с независимыми от параметров дуги скоростями сварки и подачи электродной проволоки. Глубокое регулирование скорости подачи электродной проволоки и скорости сварки, получаемое сменными шестернями, обеспечивает широкий диапазон применения автомата.

Наплавка производится отдельными валиками вдоль или поперек наплавляемой поверхности. Наплавку менее высоких, но более широких слоев металла целесообразно проводить с наклоном электродной проволоки под углом 40…50° к горизонту, глубина проплавления металла при этом в два раза меньше, ширина наплавленного валика больше при одинаковых режимах наплавки.

Для получения широкого слоя используют наплавку:

1. многоэлектродную;
2. многодуговую;
3. с поперечными колебаниями электрода;
4. стальной лентой.

Производительность наплавки оценивается в кг/ч наплавленного металла. Например, при ручной дуговой наплавке производительность оценивается в диапазоне 0,8…3 кг/ч; автоматическая одним электродом – 2…15 кг/ч; многоэлектродная – 5…30 кг/ч; электродной лентой – 10…60 кг/ч.

Сущность процесса наплавки под флюсом, оборудование и материалы.

Отличительной особенностью процесса автоматической сварки под флюсом является то, что сварочная дуга горит не на открытом воздухе, а под слоем зернистого сыпучего флюса. Под действием тепла дуги расплавляется основной металл детали, электродная проволока и часть флюса, непосредственно прилегающая к зоне наплавки. Электродная проволока подаётся вниз в зону наплавки со скоростью её плавления, плавится и переходит в пол в виде отдельных капель.

Расплавленный флюс образует плотную эластичную оболочку флюсо-газовый пузырь. Поверх этого пузыря находится слой жидкого шлака, (см. “Разрез горения дуги под флюсом”). Флюсово-газовый пузырь надёжно защищает расплавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота в воздухе, а также предохраняет металл от разбрызгивания.

Во флюсово-газовом пузыре создаётся большое давление газов, которое оттесняет часть жидкого металла в сторону противоположную направлению наплавки. После остывания жидкого металла образуется наплавленный слой покрытый затвердевшей шлаковой коркой.

Шлаковая корка удаляется с поверхности наплавленного металла лёгкими ударами молотка или зубила в торец корки. При наплавке больших цилиндрических или конических изделий её удаляют специальным скребком.

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

1. Автоматическая наплавка повышает производительность труда на сварочно-наплавочных работах в 6-7 раз.

2. В результате рационального использования тепла дуги уменьшается расход электроэнергии. При ручной сварке на 1 кг наплавленного металла расходуется 6-7 квт-ч электроэнергии, а при автоматической – 3,5 квт-ч.

3. Потери электродного материала в виде огарков на разбрызгивании и угар при ручной наплавке составляет 20-30%, а при автоматической наплавке под флюсом не более 2-4%.

4. При автоматической наплавке качество наплавленного слоя не зависит от квалификаций сварщика, в то время как при ручной наплавке качество слоя в значительной степени определяется квалификацией рабочего.

Высокая производительность труда при автоматической наплавке под слоем флюса объясняется тем, что допускается большие плотности тока (150-200) без опасности разогрева электрода, т. к ток подводится через контакт на небольшом расстоянии от конца электрода.

Автоматическая наплавка нашла широкое применение при восстановлении деталей тракторов и с.-х. машин (катки, оси, колёса). Восстановить детали менее 50 мм наплавкой под флюсом не рационально т. к. сыпучий флюс не будет удерживаться на поверхности детали. Кроме того, детали будут подвергаться чрезмерному нагреву, при котором увеличивается коробление и появляется опасность их прожога. Такие детали лучше восстанавливать вибродуговой наплавкой с применением порошковой проволоки.

На плакате (лаборатория ремонта машин) приведена схема установки для наплавки цилиндрических деталей. Для наплавки деталей под слоем флюса выпускаются наплавочные головки различных конструкций. Основные части наплавочной головки — механизм подачи проволоки с редуктором для изменения скорости её подачи, бункер для флюса с флюсопроводом и специальный мундштук для проволоки. Наплавочную головку укрепляют изолированно на суппорте токарного станка, снабжённого редуктором для изменения часты вращения детали под от 0,29 до 4 об/мин. Электродная проволока сматывается с кассеты, а флюс под действием собственного веса подаётся на бункера. Для питания дуги используется источник постоянного тока. Переменным током пользуются сравнительно редко. При колебаниях напряжения переменного тока в сети дуга менее устойчива, вследствие чего получается неровный наплавленный слой. ”Минус” источника тока соединяется с массой станка, “плюс” с электродной проволокой. Для автоматического управления процессом (подача проволоки, включения станка и источника тока) предназначен аппаратный ящик.

Ток поступает к детали через медно – графитные щётки и кольцевую медную шину, закреплённую на патроне станка. Метал наплавляют при продольном перемещении суппорта с наплавочной головкой.

Станки

Для наплавки цилиндрических деталей используются токарные станки. Тип токарного станка определяется исходя из размеров восстанавливаемой детали, (высота центров станка, расстояние от патрона задней бабки). Для наплавки можно использовать изношенные останки, т. е. высокой точности от них не требуется. Число оборотов станка должно регулироваться в диапазоне 0,5 до 5 об/мин. Большинство токарных станков имеет минимальное число оборотов 10-20 об/мин. Поэтому для снижения числа оборотов установка оборудуется редуктором.

Наплавочные автоматы

Для наплавки деталей применяются наплавочные автоматы А-384Н, А-384 и др. Основные части наплавочной головки – механизм подачи проволоки с редуктором для изменения скорости её подачи, бункер для флюса с флюсопроводом и специальный мундштук для проволоки.

Автоматическая наплавка под флюсом электродной лентой

Исследования Института электросварки им. Е.О. Патона Национальной академии наук Украины показали, что при автоматической наплавке под слоем флюса можно вместо электродной проволоки использовать ленту малой толщины (0,3…1,0 мм) и большой ширины (10…100 мм и более). При наплавке лентой получается малая глубина проплавления основного металла вследствие невысокой плотности тока и в то же время обеспечивается надежный провар. Доля участия основного металла в формировании наплавленного валика составляет от 5 до 15 %. Высокая производительность процесса наплавки достигается за счет использования больших токов без увеличения глубины провара основного металла и наложения валика большой ширины за один проход.

Минимальная плотность тока, определяющаяся отношением силы тока к площади поперечного сечения электродной ленты, обеспечивает устойчивый процесс наплавки. Обычно плотность тока при наплавке лентой составляет около 10 А/мм2, при этом напряжение на дуге составляет Uд = 22…36 В, скорость наплавки от 4 до 12 м/ч. В зависимости от режима за один проход можно наплавить слой толщиной от 2,5 до 8 мм.

Для наплавки используются электродные ленты различного состава. Например, для износостойкой наплавки можно использовать ленту из ковкого чугуна. Применяя флюс АН-28 и автоматический регулятор напряжения дуги, можно получить хорошее формирование валика с твердостью 40…50 НRC. При этом износостойкость наплавленного слоя в несколько раз больше износостойкости конструкционной стали. Возможно получение наплавленного слоя не только из чугуна, но также из различных износостойких сталей и цветных металлов. Для коррозионно-стойких покрытий широкое применение находят ленты из сталей 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, ЮХ18Н9Б, 10Х19Н11МЗ, 20Х13Н4Г9, 10X13. При использовании таких лент лучшие результаты по формированию наплавленного слоя дает пемзовидный флюс АН-26, а при наплавке лентой из стали 20Х13Н4Г9 флюс 48-ОФ-10. При наплавке образуются валики, имеющие правильную форму, шлаковая корка легко отделяется.

Для наплавки изделий из цветных сплавов (бронзы, меди) изготовляются ленты следующих марок: БрАМц9-2, БрБНТ1,9, БрКМц3-1, БрА5, БрОФ6,5-0,15, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-2,5. В качестве защитной среды применяют флюсы, а также защитные газы — аргон, гелий, азот и их смеси. Лучшей защитой является аргон, обеспечивающий надежную защиту дуги и минимальное проплавление основного металла. Наплавку лентой из бронзы БрАМц9-2 можно вести под флюсами АН-348А, АН-60, АН-20, АН-26.

Для наплавки деталей из никелевых сплавов можно применять ленты из марганцовистого никеля марок НМц2,5 и НМц5,0 или чистого никеля марок НП1, НП2, НП3 и НП4. Используют также никелевые ленты, содержащие сильные раскислители (1,5 % Аl и 2,0…3,5 % Ti), или ленты и флюсы, содержащие 2…3 % Nb и 3 % Мn.

Механизированная электродуговая наплавка в защитных газах

В промышленности применяют различные способы электродуговой сварки и наплавки в среде защитных газов: в аргоне, гелии, углекислом газе. Эти способы во многих случаях позволяют восстанавливать или упрочнять поверхности изделий, наплавка которых другими способами затруднена. Кроме того, газоэлектрическая сварка создает возможности для автоматизации наплавочных работ там, где применение автоматической и полуавтоматической сварки под слоем флюса невозможно. При этом значительно увеличивается производительность труда и снижается себестоимость наплавочных работ.

Разработанный профессорами К.В. Любавским и Н.М. Новожиловым метод сварки плавящимся электродом в атмосфере углекислого газа дал возможность получать плотные швы при сварке малоуглеродистых, низколегированных и высоколегированных аустенитных сталей.

Сущность способа заключается в том, что воздух (кислород, водород, азот, пары воды и др.) оттесняется из зоны сварки струей углекислого газа, а окисление самим углекислым газом расплавленного дугой металла компенсируется за счет повышенного содержания элементов-раскислителей в электродной проволоке (рис. 5). На качество сварных соединений существенное влияние, особенно при полуавтоматической сварке, оказывает техника сварки.

От расстояния, угла наклона и характера движения горелки зависят надежность газовой защиты зоны сварки от воздуха, скорость охлаждения металла, форма шва, условия удаления газовых пузырей и неметаллических включений из сварочной ванны.

Рис. 5. Схема наплавки в среде углекислого газа: 1 – мундштук; 2 – электродная проволока; 3 – горелка; 4 – наконечник; 5 – сопло горелки; 6 – электрическая дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный валик; 9 – восстанавливаемое изделие

Процесс ремонтной сварки и наплавки в углекислом газе необходимо вести на короткой дуге. При сварке на токах 200…250 А длина дуги должна быть в пределах 1,5…4,0 мм, так как увеличение длины дуги повышает разбрызгивание жидкого металла и вызывает угар легирующих элементов. Сварка возможна на постоянном токе, а также на переменном токе с применением осциллятора.

Автоматическая наплавка в защитном газе плавящимся электродом производится подачей проволоки из кассеты к месту наплавки с постоянной скоростью через токоподводящий мундштук. Защитный газ из баллона по шлангу поступает через сопло горелки к месту горения дуги. Эффективность газовой защиты зависит от конструктивных особенностей газоподводящего сопла, расстояния между торцом сопла и поверхностью детали, а также от скорости наплавки, давления защитного газа и движения воздуха в месте наплавки. Наплавка в защитном газе позволяет механизировать процесс работы в любом пространственном положении. Для наплавки в среде углекислого газа применяется углеродистая и низколегированная проволока диаметром от 0,8 до 3 мм. Проволоку диаметром 0,8…1,6 мм применяют при незначительном износе деталей и для наплавки цилиндрических деталей малых диаметров при любом износе. Наибольшая толщина наплавляемого однопроходного слоя в этом случае составляет 1…2,5 мм. На поверхности проволоки не должно быть ржавчины и различных загрязнений, которые приводят к образованию пористости и снижают устойчивость горения дуги. Очистка проволоки может проводиться как механическим, так и химическим путем. Химический состав электродной проволоки должен быть таким, чтобы можно было в достаточной степени раскислить ванну расплавленного металла, легировать его и получить плотный наплавленный металл. При наплавке углеродистых и низколегированных сталей в качестве раскислителей используют кремний и марганец.

Для наплавки стальных и чугунных изделий в среде углекислого газа применяется проволока марок Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-Х13, Св-Х17, Св-06Х19НТ, Св-18ХМА, Св-08Х20Н9Г7Т.

Для сварки в СО2 используется также порошковая проволока марок ПП-18Т, ПП-4Х2В8Т, ПП-Х12ВФТ.

Использование для наплавки проволок марок Св-12ГС, Св-08ГС, Св-08Г2С дает наплавленный металл не очень высокой твердости и износостойкости. Такие проволоки применяются в основном для восстановления геометрических параметров изделия.

При наплавочных работах нет необходимости получать глубокое проплавление основного металла. Поэтому основными факторами являются: устойчивое горение дуги, производительность и качество наплавочных работ. С точки зрения устойчивости процесса рекомендуется силу тока принимать в зависимости от диаметра проволоки по следующим данным:

Уменьшение силы тока должно соответствовать снижению скорости подачи электродной проволоки.

Повышение напряжения на дуге приводит к увеличению ширины валика наплавленного металла, росту потерь металла на разбрызгивание, угар и окисление, ухудшается качество наплавки, появляются поры. Поэтому рекомендуется выдерживать определенное напряжение на дуге в зависимости от силы тока:

Наплавка в углекислом газе имеет особенно большие преимущества перед наплавкой под флюсом при восстановлении цилиндрических деталей малых диаметров (10…20 мм).

На устойчивость процесса наплавки существенное влияние оказывает вылет электродной проволоки. Большой вылет вызывает чрезмерный нагрев и перегорание проволоки в месте контакта с токоподводящим устройством. Чем более высокая плотность тока, тем меньше должен быть вылет электрода.

При наплавке в среде СО2 валики должны перекрывать друг друга на 1/3 ширины, что дает более ровную поверхность наплавленного металла.

Наплавку сталей с повышенным содержанием углерода или легирующих примесей необходимо производить с предварительным подогревом детали и с более высоким подогревом углекислого газа. В противном случае возможна закалка металла в зоне термического влияния, что приводит к появлению микротрещин и ухудшает обрабатываемость металла режущим инструментом.

Для сварки плавящимся электродом в среде углекислого газа используются полуавтоматы и автоматы как российского, так и зарубежного производства.

Технология дуговой наплавки металлов

Общие сведения о наплавке

Наплавка предусматривает нанесение расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с заданными свойствами и геометрическими параметрами. Наплавку применяют для восстановления изношенных деталей, а также при изготовлении новых деталей с целью получения поверхностных слоев, обладающих повышенными твердостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью или другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намного сократить расход, дефицитных материалов при их изготовлении. При большинстве методов наплавки, так же как и при сварке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивается с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплавлять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающиеся от них. Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Наплавка может производиться на плоские, цилиндрические, конические, сферические и другие формы поверхности в один или несколько слоев. Толщина слоя наплавки может изменяться в широких пределах — от долей миллиметра до сантиметров. При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами, как правило, химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла. Поэтому при наплавке должен выполняться ряд технологических требований. В первую очередь таким требованием является минимальное разбавление направленного слоя основным металлом, расплавляемым при наложении валиков. Поэтому в процессе наплавки необходимо получение наплавленного слоя с минимальным проплавлением основного металла, так как в противном случае возрастает доля основного металла в формировании наплавленного слоя. Это приводит к ненужному разбавлению наплавленного металла расплавляемым основным. Далее при наплавке необходимо обеспечение минимальной зоны термического влияния и минимальных напряжений и деформации. Это требование обеспечивается за счет уменьшения глубины проплавления регулированием параметров режима, погонной энергии, увеличением вылета электрода, применением широкой электродной ленты и другими технологическими приемами.

Технология наплавки различных поверхностей предусматривает ряд приемов нанесения наплавленного слоя: ниточными валиками с перекрытием один другого на 0,3 — 0,4 их ширины, широкими валиками, полученными за счет поперечных к направлению оси валика колебаний электрода, электродными лентами и др. Расположение валиков с учетом их взаимного перекрытия характеризуется шагом наплавки (рис. 1).

В, hн, hпр — соответственно ширина валика, а — по образующей, б — по окружности. в — высота наплавки, глубина проплавления, Sн — по винтовой линии шаг наплавки.

Наплавку криволинейных поверхностей тел вращения выполняют тремя способами (рис. 2): наплавкой валиков вдоль образующей тела вращения, по окружностям и по винтовой линии.

В, hн, hпр — соответственно ширина валика, а — по образующей, б — по окружности, в — высота наплавки, глубина проплавления, Sн — по винтовой линии шаг наплавки.

Наплавку по образующей выполняют отдельными валиками так же, как при наплавке плоских поверхностей. Наплавка по окружностям также выполняется отдельными валиками до полного замыкания начального и конечного участков их со смещением на определенный шаг вдоль образующей. При винтовой наплавке деталь вращается непрерывно, при этом источник нагрева перемещается вдоль оси тела со скоростью, при которой одному обороту детали соответствует смещение источника нагрева, равное шагу наплавки. При наплавке тел вращения необходимо учитывать возможность стека-ния расплавленного металла в направлении вращения детали. В этом случае целесообразно источник нагрева смещать в сторону, противоположную направлению вращения, учитывая при этом длину сварочной ванны и диаметр изделия (рис. 3).

Выбор технологических условий наплавки производят, исходя из особенностей материала наплавляемой детали. Наплавку деталей из низкоуглеродистых и низколегированных сталей обычно производят в условиях без нагрева изделий. Наплавка средне- и высокоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей часто выполняется с предварительным нагревом, а также с проведением последующей термообработки с целью снятия внутренних напряжений. Нередко термообработку (отжиг) выполняют после наплавки для снижения твердости перед последующей механической обработкой слоя. Для выполнения наплавки в основном применяют способы дуговой и электрошлаковой сварки. При выборе наиболее рационального способа и технологии наплавки следует учитывать условия эксплуатации наплавленного слоя и экономическую эффективность процесса.

Способы и технология наплавки

Дуговая наплавка под флюсом.

Нагрев и расплавление металла, так же как при сварке, осуществляются теплом дуги, горящей между плавящимся электродом и основным металлом под слоем флюса. Наплавка под флюсом является одним из основных видов механизированной наплавки. Основными преимуществами являются непрерывность и высокая производительность процесса, незначительные потери электродного металла, отсутствие открытого излучения дуги. Отличительной особенностью наплавки под флюсом является хороший внешний вид наплавленного слоя (гладкая поверхность и плавный переход от одного наплавленного валика к другому). В процессе наплавки возможны четыре основных способа легирования наплавленного металла (рис. 4).

1. Применение легированной проволоки или ленты и обычных плавленых флюсов. Для наплавки используют легированные сварочные проволоки, специальные наплавочные проволоки и легированные ленты, в том числе спеченные. Наплавка производится под флюсами АН-20, АН-26 и др., которые выбирают в зависимости от состава электродного металла.

2. Применение порошковой проволоки или порошковой ленты и обычных плавленых флюсов. Порошковая проволока или лента расплавляется в дуге и образует однородный жидкий расплав. Этот способ позволяет получить наплавленный металл с общим содержанием легирующих примесей до 40 — 50%. Марка порошковой проволоки или ленты выбирается в зависимости от необходимого типа наплавленного металла и его требуемой твердости.

3. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и легирующих наплавленных флюсов (керамических). Этот способ позволяет ввести в наплавленный металл до 35% легирующих примесей. При наплавке наибольшее применение получили керамические флюсы АНК-18 и АНК-19, обеспечивающие хорошее формирование наплавленного металла, легкую отделимость шлаковой корки, высокую стойкость наплавленного металла против образования пор и трещин.

4. Применение обычной низкоуглеродистой проволоки или ленты и обычных плавленых флюсов с предварительной укладкой легирующих материалов на поверхность наплавляемого изделия. Здесь возможна предварительная засыпка или дозированная подача легирующих порошков, а также предварительная укладка прутков или полосок легированной стали, намазывание специальных паст на место наплавки и др. Во всех случаях нанесенный легирующий материал расплавляется дугой и переходит в наплавленный металл.

В связи с тем что в технологии выполнения между наплавкой и сваркой много общего, для наплавки применяется то же оборудование, что и при сварке соответствующими способами.

Наплавку углеродистых и низколегированных сталей выполняют под плавлеными флюсами ОСЦ-45, АН-348-А. Флюс АН-60 пригоден для одно- и многоэлектродной наплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей на нормальных и повышенных скоростях, а также для наплавки электродными лентами.

Наплавку легированных сталей производят под низкокремнистыми плавлеными флюсами АН-22, АН-26 и др., а высоколегированные хромоникелевые стали и стали других типов с легкоокисляющимися элементами (титан, алюминий) — под фторидными флюсами АНФ-1 и АНФ-5.

Для предупреждения образования шлаковых включений и непроваров в наплавленном слое при многослойной наплавке необходимо тщательно удалять шлаковую корку с предыдущих слоев.

Дуговая наплавка в защитных газах.

Наплавку в защитных газах применяют в тех случаях, когда невозможны или затруднены подача флюса и удаление шлаковой корки. Преимуществами данного вида наплавки являются визуальное наблюдение за процессом и возможность его широкой механизации и автоматизации с использованием серийного сварочного оборудования. Ее применяют при наплавке деталей в различных пространственных положениях, внутренних поверхностей, глубоких отверстий, мелких деталей и сложных форм и т.п. Технология выполнения наплавки в защитных газах во многом сходна с технологией наплавки под флюсом, отличие лишь в том, что вместо флюсовой применяют газовую защиту зоны сварки. Помимо перечисленных преимуществ это освобождает сварщика от необходимости засыпки флюса и удаления шлака. С целью уменьшения разбрызгивания металла наплавка в защитном газе производится самой короткой дугой. Наплавку плоских поверхностей во избежание коробления деталей производят отдельными участками «вразброс». Цилиндрические детали можно наплавлять по винтовой линии как непрерывным валиком, так и с поперечными колебаниями электрода: Короткие участки могут наплавляться продольными валиками вдоль оси цилиндрической детали, но здесь возможно возникновение деформаций, которые в процессе наплавки следует уравновешивать. Для этого наплавка каждого последующего валика должна производиться с противоположной стороны по отношению к уже наплавленному. При наплавке внутренних цилиндрических и конических поверхностей применяют специальные удлиненные мундштуки.

Наплавка может производиться в углекислом газе, аргоне, гелии и азоте. Высоколегированные стали, а также сплавы на алюминиевой и магниевой основе наплавляются в аргоне или гелии. Наплавка меди и некоторых ее сплавов может производиться в азоте, который ведет себя по отношению к ней нейтрально. При наплавке углеродистых и легированных сталей используют более дешевый углекислый газ. Наплавка может производиться как плавящимся, так и неплавящимся электродами. Неплавящийся вольфрамовый электрод обычно применяют при наплавке в аргоне и гелии. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. Учитывая, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, в наплавочную проволоку обязательно вводят раскислители (марганец, кремний и др.). При наплавке применяют как проволоку сплошного сечения, так и-порошковую. Для наплавки деталей из углеродистых и низколегированных сталей с целью восстановления их размеров применяют сварочные проволоки сплошного сечения Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС, а также наплавочные Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА и др. При необходимости получения наплавленного слоя с особыми свойствами применяют порошковые проволоки.

Недостатком способа является то, что в процессе наплавки в углекислом газе наблюдается сильное разбрызгивание жидкого металла, приводящее к налипанию брызг на мундштук и засорению сопла горелки. Кроме того, возможность сдувания газовой струи ветром затрудняет наплавку на открытом воздухе.

Дуговая наплавка порошковыми проволоками.

Наплавка порошковой проволокой с внутренней защитой основана на введении в сердечник проволоки кроме легирующих компонентов также шлакообразующих и газообразующих материалов. Применение флюсовой и газовой защиты при наплавке такой проволокой не требуется. Легирующие элементы порошковой проволоки переходят в шов, а газо- и шлакообразующие материалы создают защиту металла от азота и кислорода воздуха. В дуге тонкая пленка расплавленного шлака покрывает капли жидкого металла и изолирует их от воздуха. Разложение газообразующих материалов создает поток защитного газа. После затвердевания на поверхности наплавленного валика образуется тонкая шлаковая корка, которая может не удаляться при наложении последующих слоев. При наплавке используют различные самозащитные порошковые проволоки. Для наплавки низкоуглеродистых слоев используют сварочные проволоки типа ПП-АН3 и др. Для получения слоев с особыми свойствами применяют специальные проволоки. Так, для наплавки деталей, работающих при больших давлениях и повышенных температурах, применяют порошковую проволоку ПП-3ХВ3Ф-О, наплавку деталей, подвергающихся интенсивному абразивному износу, производят самозащитной порошковой проволокой ПП-У15Х12М-О (буква О в обозначении марки порошковой проволоки указывает, что данная порошковая проволока предназначена для наплавки открытой дугой).

Технология выполнения наплавки самозащитной порошковой проволокой в основном ничем не отличается от технологии наплавки в углекислом газе. Открытая дуга дает возможность точно направлять электрод, наблюдать за процессом формирования наплавляемого слоя, что имеет большое значение при наплавке деталей сложной формы. Одним из преимуществ этого способа является применение менее сложной аппаратуры по сравнению с аппаратурой, применяемой при наплавке под флюсом и защитном газе, а также возможность выполнять наплавочные работы на открытом воздухе; увеличивается производительность по сравнению с наплавкой под флюсом и в защитных газах, снижается себестоимость наплавляемого металла.

Плазменная наплавка и напыление.

Сущность этого метода заключается в том, что нагрев присадочного металла и основного осуществляется сжатой дугой или газовой плазмой, выделенной или совпадающей со столбом дуги. Механизм образования наплавленного слоя такой же, как и при других способах дуговой наплавки. Из наплавочных материалов при плазменной наплавке используют проволоку, прутки и порошки. Схема плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу показана на рис. 5. Между вольфрамовым электродом 1 и внутренним соплом 2 возбуждают дугу. Плазмообразующий газ, проходя через нее, создает плазменную струю 3 косвенного действия, которая обеспечивает расплавление присадочного порошка.

Другая дуга, 4 прямого действия, горящая между электродом 1 и основным металлом 5, совпадает с плазменной струей прямого действия. Последняя создает необходимый нагрев поверхности, обеспечивая сплавление порошка и основного металла. Изменяя значение силы тока сжатой дуги прямого действия, можно достичь минимальной величины проплавления основного металла. Толщину наплавленного слоя можно изменять в пределах 0,3 — 10 мм с разбавлением основным металлом от 3 до 30%. При плазменной наплавке с присадочной проволокой косвенная дуга горит между вольфрамовым электродом и соплом, а дуга прямого действия — между вольфрамовым электродом и присадочной проволокой. От этих дуг получает теплоту и основной металл. Изменяя силу тока, регулируют долю основного металла и производительность наплавки. Наплавляемое изделие в этом случае в сварочную цепь не включено.

Из защитных газов при плазменной наплавке применяют аргон, азот, углекислый газ, смеси аргона с гелием или азотом и др. Выбор защитного газа связан со степенью его воздействия на наплавляемый и основной металлы. В качестве плазмообразующего могут применяться аргон, гелий, углекислый газ, воздух и др. Для обеспечения стабильного протекания процесса наплавки необходимо применять неплавящиеся электроды из такого материала, который способен без разрушения выдерживать нагревание до высоких температур. Таким требованиям лучше всего отвечают электроды из чистого вольфрама или с присадками диоксида тория, оксидов лантана и иттрия. Преимущества этого вида наплавки — малая глубина проплавления основного металла, возможность наплавки тонких слоев, высокое качество и гладкая поверхность наплавленного металла.

Помимо наплавки плазменный нагрев может использоваться также для напыления поверхностных слоев. Процесс напыления отличается от наплавки рядом особенностей. Напыление — это процесс нанесения металлических слоев из частиц напыляемого материала, нагретых до температуры плавления или близких к оплавлению, на неоплавленную поверхность обрабатываемой детали. При напылении присадочный материал используется в виде проволоки или порошков, подаваемых в сжатую дугу, где он нагревается струей газового потока и с большой скоростью подается на поверхность изделия. Толщина напыленного слоя может изменяться от сотых до десятых долей миллиметра. Напыление более толстых слоев обычно не производится в связи с тем, что толстые слои склонны к отслоению от поверхности детали (откалывание). Напыление можно производить как металлами и сплавами, так и различного вида соединениями — оксидами, карбидами, нитридами и т. п.

Технологически в отличие от наплавки напыление выполняют по способу косвенного нагрева выделенной дуговой плазмой. Если при наплавке расстояние от сопла горелки до изделия составляет 6 — 25 мм, то при напылении – 50 — 120 мм и более. Напыленные слои обладают меньшей плотностью и большей пористостью по сравнению с наплавленными и более склонны к откалыванию от поверхности детали при нарушении технологии. Однако в них практически отсутствует разбавление основным металлом.

Электрошлаковая наплавка.

При электрошлаковой наплавке для оплавления основного и присадочного металла служит шлаковая ванна, разогреваемая проходящим через нее электрическим током. Этот способ наплавки, как правило, сочетается с принудительным формированием наплавляемого слоя. Сущность процесса электрошлаковой наплавки (рис. 6) состоит в том, что в пространстве, образованном поверхностью наплавляемого изделия 1 и формирующим кристаллизатором 4, охлаждаемым водой, создается ванна расплавленного шлака 3, в которую подается электродная проволока 5.

Ток, проходя между электродом и изделием, нагревает шлаковую ванну до температуры выше 2000°С, в результате чего электродный и основной металлы оплавляются, образуя металлическую ванну, при затвердевании которой формируется наплавленный слой 2.

Для осуществления процесса электрошлаковой наплавки различных поверхностей необходима достаточно глубокая шлаковая ванна, получение которой проще всего при вертикальном или наклонном расположении деталей. По сравнению с дуговой наплавкой это менее универсальный способ, но он весьма эффективен в тех случаях, когда на деталь необходимо наплавить слой металла большой толщины (более 14 — 16 мм). Благодаря применению большой силы тока и электродов большого сечения можно достичь высокой производительности — до 150 кг наплавленного металла в час.

Вибродуговая наплавка.

Этот способ обычно используется для наплавки деталей типа тел вращения диаметром от 8 — 10 мм и более. Сущность этого метода наплавки заключается в том, что основной и электродный металл нагревается до расплавления теплотой, которая выделяется в результате возникновения периодически повторяющихся электрических разрядов, т.е. прерывисто горящей электрической дуги; Наплавленный слой образуется в процессе кристаллизации расплавленного основного и электродного металла (рис. 7). Малая длительность и прерывистость горения электрической дуги обусловлены вибрациями электродной проволоки, которые создаются с помощью электромагнитных или механических вибраторов. В процессе вибраций наблюдаются короткие замыкания вследствие прикасания электродной проволоки к наплавляемому изделию (основному металлу), а во время отрыва проволоки возникает большой силы ток и загорается электрическая дуга. При среднем значении тока Iд = 150 А экстраток достигает 1000 А.

В качестве присадочного металла применяют наплавочные проволоки (одну или несколько), которые могут иметь возвратно-поступательные перемещения поперек сварочной ванны, а также электродные ленты, пластины или стержни большого сечения, иногда и трубы, которые используют для наплавки цилиндрических поверхностей. При наплавке обычно применяют флюсы АН-8, АН-22 и др.

Длительность горения дуги составляет 0,002 — 0,003 с.

Наплавочная установка состоит из вибродуговой головки, аппаратуры управления, вращателя, источника тока. Во время наплавки выполняются следующие движения: вращение наплавляемой детали, поступательное движение вибродуговой головки вдоль продольной оси наплавляемой детали, подача проволоки в зону дуги и вибрация проволоки. Питание осуществляется от выпрямителей, сварочных генераторов, а также от низковольтных трансформаторов с вторичным напряжением 12 — 16 В и более. Более высокие показатели достигаются при наплавке на постоянном токе обратной полярности. Обычно в сварочную цепь включают индуктивность, значение которой выбирают в зависимости от частоты вибрации электродной проволоки, напряжения, рода тока и других факторов. Для наплавки пригодны сварочные проволоки диаметром 0,8 — 2,0 мм. С целью защиты расплавленного металла от взаимодействия с окружающей средой наплавка ведется в струях жидкостей или защитных газов, а также под слоем флюса. Применяются водные растворы кальцинированной соды; смеси кальцинированной соды, мыла и глицерина; эмульсии глицерина.

Прерывистость процесса позволяет получать зону термического влияния малой ширины, поэтому наплавленные детали имеют весьма малые деформации, что особенно важно при наплавке сложных изделий, изготовленных с высокой точностью.

Если наплавка выполняется в струе жидкости, происходит ускоренное охлаждение наплавленного металла, поэтому он имеет повышенную твердость и износостойкость. Вибродуговая наплавка эффективна, если необходимо наплавлять слои металла небольшой толщины.

Недостатками вибродуговой наплавки являются сравнительно низкий коэффициент наплавки и невысокая производительность наплавки.

Полуавтоматы для наплавки в среде защитных газов

Полуавтомат ПДГ-603 (рис. 6, а) предназначен для дуговой механизированной сварки и наплавки в среде защитных газов, а также порошковой самозащитной проволокой изделий из низкоуглеродистых и конструкционных сталей. Полуавтомат имеет плавное регулирование сварочных параметров, настройку трех независимых режимов сварки, подающую приставку с четырьмя

ведущими роликами-шестернями, выносной пульт дистанционного управления, а также водяное охлаждение горелки при сварке на максимальных режимах.

Рис. 6. Полуавтоматы для дуговой сварки и наплавки в среде защитных газов: а – полуавтомат ПДГ-603; б – полуавтомат «Мидиком-160»

Полуавтомат ПДГО-501-1 предназначен для полуавтоматической сварки и наплавки металла плавящимся электродом как в среде защитных газов, так и порошковой проволокой. Скорость подачи проволоки регулируется ступенями от 95 до 725 м/ч, диаметр проволоки 1,2…3,2 мм. Полуавтомат размещен на легкой тележке вместе с устройством, на которое можно уложить бухту электродной проволоки массой до 80 кг. В комплект сварочного полуавтомата могут входить:

• источник питания ВДГ-506 с регулировкой напряжения на дуге от 18 до 50 В;
• горелка на ток до 300 А для сварки в среде защитного газа;
• горелка на ток до500 А для сварки порошковой проволокой;
• провода сварочные и кабель управления с радиусом действия 10 м. Полуавтомат «Мидиком-160». , Россия. Полуавтомат сварочный малогабаритный «Мидиком-160» (рис. 6, б) предназначен для ручной дуговой сварки на постоянном токе плавящимся электродом в среде защитного газа

малоуглеродистых, легированных, а также нержавеющей стали суммарной толщиной до 4 мм. Может использоваться для выполнения разнообразных сварочно-монтажных работ при авторемонте, в строительстве. Полуавтомат состоит из силового трансформатора, выпрямителя и LС-фильтра сварочного тока, механизма подачи электродной проволоки с катушкой и гибким рабочим шлангом, устройства подачи защитного газа, электронного блока управления, выбора режимов работы и индикации, системы принудительного охлаждения.

Полуавтомат MIG 305 C/S применяется для сварки металлов любой толщины и химического состава сплошной или порошковой проволокой в защитных газах.

Технические характеристики полуавтомата

• Сила тока 40…300 А
• Напряжение сети 3380 В
• Ток при ПВ = 35 % 285 A
• Ток при ПВ = 60 % 215 A
• Ток при ПВ = 100 % 170 A
• Напряжение холостого хода 16…47 В
• Количество ступеней регулировки напряжения 20
• Вес 130 кг

Наиболее благоприятные условия для формирования валика металла наблюдаются при наплавке в инертных одноатомных газах аргоне и гелии (рис. 7). В аргоне имеют место два вида переноса металла через дугу: крупнокапельный без коротких замыканий с небольшим разбрызгиванием на докритическом токе и струйный на токе больше критического значения. Вид переноса металла через дуговой промежуток влияет на форму проплавления основного металла и на формирование наплавленного валика. Наплавка со струйным переносом электродного металла нежелательна, так как при этом значительно увеличивается глубина проплавления основного металла.

В гелии наблюдается капельный перенос с короткими замыканиями дуги (малые ток и напряжение) и без коротких замыканий на повышенном токе и напряжении при незначительном разбрызгивании электродного металла.

Рис. 7. Схема процесса наплавки электродной проволокой в среде аргона: 1 – наплавляемое изделие; 2 – горелка; 3 – электродная проволока; 4 – защитный газ; 5 – газовое сопло; 6 – сварочная дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный валик; 9 – защитная атмосфера

Валик металла, наплавленный в среде гелия, имеет меньшую выпуклость, чем в аргоне, так как аргон повышает поверхностное натяжение жидкого металла. Применение смеси Ar+He позволяет использовать преимущества обоих газов.

Наплавка порошковой проволокой и порошковой лентой

Весьма перспективным способом восстановления и упрочнения поверхностей деталей, позволяющим значительно увеличить производительность труда по сравнению не только с ручной, но и механизированной сваркой в углекислом газе, является сварка и наплавка порошковой проволокой. Отличительная ее особенность по сравнению с другими механизированными способами состоит в том, что она сочетает преимущества и ручной сварки – простоту и мобильность, и механизированной сварки в углекислом газе – большую производительность и высокое качество сварных соединений.

Использование порошковой проволоки для наплавочных работ позволяет значительно расширить номенклатуру наплавляемых сталей, так как для большинства из них нельзя получить металлургическим путем соответствующую монолитную легированную проволоку.

Идея применения электродов, имеющих прочную токопроводящую оболочку и менее прочную «сердцевину», состав которой можно изменять, была выдвинута в XIX веке великим русским изобретателем Н.Н. Бенардосом – родоначальником электродуговой сварки. В 30-е годы впервые в истории сварочной техники советский инженер В.Е. Сахнович экспериментально доказал возможность применения электродов, состоящих из тонкостенной стальной трубки и сердечника из сварочного флюса для автоматической сварки открытой дугой, т. е. не имеющей внешней защиты углекислым газом или флюсом. Он применял электроды, изготовленные из цельнотянутых стальных трубок, в которые засыпали порошкообразный сухой флюс; концы трубок заваривались, и они обжимались на 1,5…2,0 мм с целью уплотнения шихты. Они были названы В.Е. Сахновичем «электродами с внутренней обмазкой». В начале 60-х годов в Институте электросварки им. Е.О. Патона была предложена трубчатая электродная проволока, получившая название «порошковая проволока для производства сварочных работ». Сварка порошковой проволокой непрерывно совершенствуется, и этот механизированный способ дуговой сварки находит все большее применение как в нашей стране, так и за рубежом.

Автоматическая и полуавтоматическая наплавка порошковой проволокой

Порошковые проволоки представляют собой трубчатую сложного внутреннего сечения проволоку, заполненную порошкообразным наполнителем (рис. 8). Наполнитель имеет состав, соответствующий покрытиям электродов для сварки. Масса порошкообразного наполнителя составляет от 15 до 40 % веса проволоки.

Порошок, входящий в состав порошковой проволоки, при ее расплавлении электрической дугой выполняет следующие функции:

• обеспечивает газовую и шлаковую защиту сварочной ванны от воздействия окружающей среды;
• способствует раскислению сварочной ванны;
• легирует сварной шов;
• стабилизирует дуговой разряд.

Рис. 8. Порошковые проволоки для сварки и наплавки: а – внешний вид; б – сечения проволоки

По способу защиты порошковые проволоки делятся на самозащитные и используемые с дополнительной защитой газом (СО2) или флюсом. Самозащитные проволоки, как правило, применяются и для производства сварных конструкций, и для наплавки деталей. Порошковые проволоки, используемые с дополнительной защитой, применяются в основном для наплавочных работ.

Наплавка порошковой проволокой с внутренней защитой основана на введении в сердечник проволоки кроме легирующих компонентов также шлакообразующих и газообразующих материалов. Применение флюсовой и газовой защиты при наплавке такой проволокой не требуется. Легирующие элементы порошковой проволоки переходят в шов, а газои шлакообразующие материалы создают защиту металла от азота и кислорода воздуха. В дуге тонкая пленка расплавленного шлака покрывает капли жидкого металла и изолирует их от воздуха. Разложение газообразующих материалов создает поток защитного газа. После затвердевания на поверхности наплавленного валика образуется тонкая шлаковая корка, которая может не удаляться при наложении последующих слоев. При наплавке используют различные самозащитные порошковые проволоки. Для наплавки низкоуглеродистых слоев используют сварочные проволоки типа ПП-АН3 и др. Для наплавки деталей, работающих при больших давлениях и повышенных температурах, применяют порошковую проволоку ПП-3ХВ3Ф-О (буква «О» в обозначении марки порошковой проволоки указывает, что данная порошковая проволока предназначена для наплавки открытой дугой). Наплавку деталей, подвергающихся интенсивному абразивному износу, производят самозащитной порошковой проволокой ПП-У15Х12М-О. Разработаны порошковые проволоки для исправления (заварки) дефектов стального литья (ППс-ТМВ6, ППс-ТМВ29, ППс-ТМВ14, ППс-ТМВ15, ВЕЛТЕК-Н210, ВЕЛТЕК-Н215).

Технология выполнения наплавки самозащитной порошковой проволокой в основном ничем не отличается от технологии наплавки в углекислом газе. Открытая дуга дает возможность точно направлять электрод, наблюдать за процессом формирования наплавляемого слоя, что имеет большое значение при наплавке деталей сложной формы.

Преимущества этого способа: применение менее сложной аппаратуры по сравнению с аппаратурой, используемой при наплавке под флюсом и в защитном газе, а также возможность выполнять наплавочные работы на открытом воздухе; увеличивается производительность по сравнению с наплавкой под флюсом и в защитных газах, снижается себестоимость наплавки. Порошковая проволока дает возможность более экономично расходовать легирующие вещества, поэтому очень перспективна. Рекомендуемые марки порошковой проволоки для наплавки различных деталей приведены в прил. 2.

Обычно порошковые проволоки используют для сварки шланговыми полуавтоматами. Ввиду возможности наблюдения за образованием шва техника наплавки различных изделий практически не отличается от техники их наплавки в защитных газах плавящимся электродом. При многослойной сварке или наплавке порошковой проволокой поверхность предыдущих слоев следует тщательно зачищать от шлака.

Наплавка порошковыми проволоками имеет свои недостатки. Малая жесткость трубчатой конструкции порошковой проволоки требует применения подающих механизмов с ограниченным усилием сжатия проволоки в подающих роликах. Наплавка может осуществляться только в нижнем и редко в вертикальном положении. Это объясняется тем, что образующаяся сварочная ванна повышенного объема, покрытая жидкотекучим шлаком, не удерживается в вертикальном и потолочном положениях силой поверхностного натяжения и давлением дуги. Существенный недостаток порошковых проволок, сдерживающий их широкое промышленное применение, – повышенная вероятность образования в швах пор, вызываемая наличием пустот в проволоке. Кроме того, нерасплавившиеся компоненты сердечника, переходя в сварочную ванну, способствуют появлению газообразных продуктов. Повышает вероятность образования пор также влага, попавшая в наполнитель при хранении проволоки, кроме того, смазка и ржавчина, следы которых имеются на металлической оболочке.

Для автоматической наплавки деталей порошковой проволокой применяются наплавочные установки УД-209, УД-609, УНП-350-1 и др. Обычно в состав таких установок входит манипулятор-вращатель на базе токарного станка, источник питания дуги, сварочная головка с механизмом подачи проволоки, пульт управления, баллон с защитным газом. Принципиальная схема таких установок приведена на рис. 9.

Рис. 9. Схема типовой установки для автоматической наплавки цилиндрических деталей порошковой проволокой: 1 – наплавляемая деталь; 2 – манипулятор-вращатель; 3 – сварочная головка; 4 – источник питания; 5 – пульт управления; 6 – задняя бабка; 7 – баллон с защитным газом

Порошковые ленты для наплавки

Порошковые ленты изготавливают на специальных станах, снабженных роликами для формирования и завальцовки лентыоболочки. Стан имеет дозирующее устройство для подачи шихты и клеть валков для уплотнения этой шихты, формируя сердечник порошковой ленты. Процесс волочения, в отличие от производства цельнометаллической ленты, при изготовлении порошковой ленты отсутствует. Ленту изготавливают обычно шириной 40…50 мм. Порошковые ленты применяют для наплавки изделий из различных конструкционных сплавов, но в основном стали или чугуна. При наплавке порошковыми лентами в качестве защитной среды могут применяться флюсы или защитные газы. Некоторые ленты могут использоваться без дополнительной защиты. Например, порошковые ленты ПЛ-АН101 и ПЛ-АН102 универсальны. Они предназначены для наплавки и под флюсом, и открытой дугой. В основном порошковые ленты применяют в тех случаях, когда величина изношенной поверхности достаточно большая, а степень износа невелика. Например, порошковые ленты ПЛ-У40Х38Г3РТЮ и ПЛУ30Х30Г3ТЮ используют для наплавки под флюсом деталей строительных и дорожных машин, работающих в условиях абразивного износа: первая – при отсутствии ударов, вторая – для деталей, испытывающих абразивный износ с ударными нагрузками.
108

На что обратить внимание при выборе оборудования

Стандартная комплектация оборудования для автоматической сварки с наплавкой под флюсом представлена:

• источником сварочного тока;
• сварочной горелкой;
• устройством, подающим электродную проволоку и флюс (автоматической сварочной головкой);
• устройством, перемещающим свариваемое изделие или сварочную головку;
• системой сбора флюса;
• системой пропорционального отслеживания шовного соединения;
• видеоузлом.

Источник постоянного и переменного сварочного тока должен предназначаться для 100% длительности цикла (10 мин. и более). Показатели величины сварочного тока чаще всего варьируют в пределах 300-1500 А. Подсоединяемый к сварочной головке аппарата бункер, как правило, оснащается электромагнитным клапаном с автоматическим или ручным типами управления.

Для современных сварочных установок характерно наличие системы сбора нерасплавленного флюса с последующей его подачей внутрь загрузочного бункера. На практике применяются сварочные подвесные головки (самоходные и неподвижные), а также сварочные тракторы.

При выборе особое внимание уделяется номинальному току (A) работы оборудования и диаметру используемой проволоки (мм). Важно, чтобы оборудование имело запас по току на уровне 30-50%.