Технология дуговой и газовой наплавки металла
Технология дуговой и газовой наплавки металла |
Пуговкин Евгений Артурович |
14.01.2014 |
Подготовка к сварке
Сущность процесса наплавки
заключается в использовании
теплоты для расплавления присадочного
материала и его соединения с
основным металлом детали. Используя
возможности дуговой наплавки, на
поверхности детали можно получить
наплавленный слой любой толщины, любого
химического состава с
Выбирая способ наплавки, вначале оценивают
возможность его применения в данном конкретном
случае, затем определяют возможность
обеспечения технических требований,
предъявляемых к наплавленному материалу,
и, наконец, оценивают экономическую эффективность
наплавки. При оценке экономической эффективности
способа наплавки общую стоимость ручной
дуговой наплавки принимают за 100%, наплавку
под слоем флюса — 74 %, а вибродуговую наплавку—82
%.
Технологический процесс
наплавки начинается с подготовки детали.
Для этого ее тщательно очищают
от грязи, масла, краски, окалины и
других загрязнений. Рекомендуется
поверхности, подлежащие наплавке, отжигать
газовыми горелками. Применяют также
промывку горячим раствором щелочи
с последующей промывкой
Поверхностные дефекты,
в том числе и наклепанный
слой, удаляют механическим путем
или резаком для поверхностной
кислородной резки. В целях снижения
сварочных напряжений необходимо добиваться
равномерной толщины
При подготовке под
наплавку поверхностей с локальными
износами следует избегать плавных
переходов наплавляемого
Для предупреждения больших внутренних напряжений и образования трещин часто наплавляемые детали подогревают до температуры, зависящей от основного и наплавляемого металла. При наплавке больших поверхностей наплавку производят короткими валиками по схеме, приведенной на рис. 4. Технологические приемы и режимы наплавки зависят от формы и размеров деталей, а также от толщины и требуемых свойств наплавляемого слоя.
Рис. 4. Порядок наложения валиков
при наплавке больших поверхностей
Рис. 5. Перекрытие валиков при нанесении
слоя в виде отдельных валиков
При наплавке отдельными валиками каждый из них накладывается на всю длину на расстоянии друг от друга, равном '/г ширины валика. После очистки наложенных валиков от шлака заполняют промежутки между ними. Применяют и другие способы наплавки валиками, например, как показано на рис. 5, с перекрытием Уз ширины валика, после очистки от шлака предыдущего валика.
Рис. 18.1.
Правильная (П) и неправильная (Н) подготовка
поверхностей под наплавку;
1...6 — последовательность наложения валиков
Наплавку плоских и фасонных поверхностей выполняют отдельными валиками (рис. 18.2, а...г) или челночным способом (рис. 18.2, д). При наплавке отдельными валиками каждый из них накладывают на всю длину на расстоянии друг от друга, равном 1/3 ширины валика. После очистки наложенных валиков от шлака заполняют промежутки между ними (см. рис. 18.2, б,д). Применяют и другие способы наплавки валиками, например, как показано на рис. 18.2, а, — с перекрытием 1/3 ширины валика после очистки предыдущего валика от шлака.
Технология, процесс
Наплавка предусматривает
нанесение расплавленного металла
на оплавленную металлическую
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.
Рис.1 СХЕМА НАПЛАВКИ СЛОЕВ Рис.2 НАПЛАВКА
ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Технология наплавки
различных поверхностей
Рис.3 СМЕЩЕНИЕ ЭЛЕКТРОДА ПРИ
НАПЛАВКЕ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
а - наклонно расположенным электродом
б - вертикально расположенным электродом
Наплавку криволинейных
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 такую 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.
Большое количество
деталей машин и механизмов выходит из
строя в процессе эксплуатации вследствие
истирания, ударных нагрузок, эрозии и
т. д. Современная техника располагает
различными методами восстановления и
упрочнения деталей для повышения срока
их службы. Одним из методов восстановления
и упрочнения деталей является наплавка.
Различают наплавку восстановительную
и изготовительную.
Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл близок по составу и механическим свойствам к основному металлу.
Наиболее широко наплавка
применяется при ремонтных
- минимальное проплавление основного металла;
- минимальное значение остаточных напряжений и деформаций металла в зоне наплавки;
- занижение до приемлемых значений припусков на последующую обработку деталей.
Однако не все способы наплавки могут обеспечить выполнение предъявляемых требований. Выбор способа наплавки определяется возможностью получения наплавленного слоя требуемого состава и механических свойств, а также характером и допустимой величиной износа. На выбор способа наплавки оказывают влияние размеры и конфигурация деталей, производительность и доля основного металла в наплавленном слое. Несмотря на невысокие показатели приведенных характеристик ручная дуговая наплавка штучными электродами является наиболее универсальным способом, пригодным для наплавки деталей различных сложных форм и может выполняться во всех пространственных положениях.
Основными достоинствами
ручной дуговой наплавки являются универсальность
и возможность выполнения сложных
наплавочных работ в
К недостаткам ручной дуговой наплавки можно отнести относительно низкую производительность, тяжелые условия труда из-за повышенной загазованности зоны наплавки, а также сложность получения необходимого качества наплавленного слоя и большое проплавление основного металла.
Для ручной дуговой наплавки
применяют как специальные
Наплавку производят короткой дугой постоянным током обратной полярности. При наплавке (особенно электродами ОЗН) перегрев наплавленного слоя не допускается. Для этого слой наплавляют отдельными валиками с полным последовательным охлаждением каждого валика. Положение электрода при наплавке должно соответствовать изображенному на рис. 3.
Рис. 3. Положение электрода при
наплавке отдельными валиками
Челночный способ используют
для наплавки поверхностей шириной
40-80 мм. Особенность способа
При нанесении слоя в виде отдельных валиков должно быть обеспечено оптимальное перекрытие валиков: при ручной наплавке - на 0,30-0,35 ширины, а при автоматической и полуавтоматической - на 0,4-0,5 ширины валика.
Если после наплавки деталь подлежит обработке резанием, то наплавлять следует ровную поверхность с минимальным припуском на обработку; твердость наплавленного слоя снижают отжигом. После обработки резанием твердость слоя повышают закалкой и последующим отпуском.
Наплавку фасонных поверхностей производят отдельными валиками. На рис. 6 приведен в качестве примера порядок наплавки зуба и впадин шестерни.
Рис. 6. Схема наплавки отдельными валиками
фасонных поверхностей: зуба (а) и впадины
(б) шестерни; 1 - 14 - порядок наложения валиков
Наплавку тел вращения выполняют одним из трех способов: по образующим; по окружности и по винтовой линии. Наплавку по образующим ведут отдельными валиками так же, как и плоских поверхностей в нижнем положении, периодически поворачивая наплавляемое изделие.
Наплавку по окружности выполняют
также отдельными валиками. Последующий
валик накладывается после
В процессе наплавки в изделии появляются значительные внутренние напряжения, которые приводят к его короблению, а иногда и к разрушению. К мерам, применяемым для предотвращения возникновения напряжений или снятия их в целях уменьшения деформации изделия, относятся:
- предварительный подогрев до 200-400 °С;
- ведение наплавки с погружением изделия в воду без смачивания наплавляемой поверхности;
- ведение наплавки при жестком закреплении изделия в приспособлении;
- предварительный изгиб изделия в направлении, обратном ожидаемому изгибу;
- высокотемпературный отпуск после наплавки с нагревом до 650-680 °С.
Износостойкую наплавку на поверхность изделий производят по предварительно наплавленным промежуточным валикам с низкой твердостью. Промежуточный слой с низкой твердостью обеспечивает высокую прочность изделия, а верхний слой - высокую износостойкость.
Контроль качества наплавки имеет целью проверить наличие внешних и внутренних дефектов, твердость, однородность структуры, химический состав слоя и деформацию детали. Результаты контроля сравнивают с техническими требованиями.
Предотвращение возникновения напряжений
В процессе наплавки в изделии появляются значительные внутренние напряжения, которые приводят к его короблению, а иногда и к разрушению. К мерам, принимаемым для предотвращения возникновения напряжений или снятия их с целью уменьшения деформации изделия, относятся следующие: предварительный подогрев до 200...400 °С; ведение наплавки с погружением изделия в воду без смачивания наплавляемой поверхности; ведение процесса при жестком закреплении изделия в приспособлении; предварительный изгиб изделия в направлении, обратном ожидаемому изгибу; высокотемпературный отпуск после наплавки с нагревом до 650...680 °С.
Выбор материалов
Для электродуговой наплавки
специальными электродами используют
большое количество марок покрытых
электродов различного назначения. ГОСТ
10051—75* предусматривает 44 типа таких
электродов. Основными характеристиками
электрода каждого типа, согласно
ГОСТ, являются химический состав наплавленного
металла и твердость в рабочем
состоянии. Кроме того, электроды
разделяются по их назначению, например
наплавку изношенных деталей машин
(осей и валов), работающих на смятие
и интенсивные ударные
Для наплавочных электродов используют специальную электродную проволоку, изготовляемую в соответствии с ГОСТ 10543—82*. Из различных марок этой проволоки изготовляют стержни и наносят на них специально подобранное покрытие. Отдельные марки электродной проволоки используют при аргонодуговой наплавке вольфрамовым электродом. Для наплавки твердых сплавов применяют литые стержни, так называемые стеллиты марок В2К, ВЗК и их заменители стеллктоподобиые сплавы сормайт-1 и сормайт-2. Стеллиты получают в индукционных печах сплавлением кобальта, вольфрама, хрома и других элементов, а сормайты плавят без вольфрама и кобальта. На полученные литые стержни наносят покрытие и используют для ручной электродуговой наплавки. Электроды марки ЦН-2 со стержнем марки ВЗК употребляют для наплавки уплотиительных и трущихся частей арматуры, работающей при температуре до 600 °С в агрессивных средах. Электроды марки ГН-1 со стержнем из сплава сормайт-1 используют для ремонта и изготовления быстроизнашивающихся деталей засыпных аппаратов доменных печей, а марки ЦС-1 с таким же стержнем—для ремонта и изготовления зубьев и ковшей экскаваторов, ножей автогрейдеров и др. Литые стержни, кроме того, используются для аргонодуговой наплавки вольфрамовым электродом.
Для уменьшения доли основного металла в наплавке применяют пониженный сварочный ток, обеспечивающий устойчивое горение дуги. При однослойной наплавке использование таких режимов уменьшает долю основного металла до 0,3—0,45. При поперечном колебании электрода эта доля может быть уменьшена до 0,25. Для дальнейшего уменьшения присутствия основного металла в наплавке ее следует вести в 2—3 слоя. В случаях, когда металл наплавки и зоны термического влияния склонны к закалке и образованию трещин, необходимо применять предварительный и сопутствующий подогрев — при наплавке твердых сплавов до температуры 300—600 °С в зависимости от состава металла. Необходимо отметить, что электродуговая ручная наплавка покрытыми электродами — трудоемкий и низкопроизводительный процесс в связи с пониженными режимами и работой вручную. Производительность такой наплавки 0,8—3 кг/ч, а при автоматической наплавке под флюсом 2—15 кг/ч и электрошлаковой— до 150 кг/ч. Однако ручную наплавку продолжают широко применять благодаря простоте и доступности процесса.
Для наплавки твердых сплавов
применяют порошкообразные
Для наплавки порошкообразной смеси подготавливают плоскость наплавляемой детали, очищая ее от ржавчины, масла и грязи. Затем на подготовленную поверхность насыпают тонкий слой (0,2—0,3 мм) прокаленной буры (флюса) и на него слой порошкообразной смеси высотой 2—7 мм, который разравнивают и уплотняют гладилкой. Наплавку производят угольной или графитизированной дугой прямой полярности либо переменным током с осциллятором, совершая плавные движения электрода поперек полосы на 40— 50 мм с постепенным продвижением вдоль нее (21.1). После расплавления порошка высота его уменьшается в 2—4 раза. Возможна многослойная наплавка, но общая толщина наплавленного слоя для разных смесей ограничена: например для сталинита — 5—6 мм, вокара — 3—4 мм. Рекомендуются предварительный подогрев до 500 °С и медленное охлаждение в горячем песке, закрытом асбестом.
Некоторое применение нашла аргонодуговая наплавка неплавяшимся (вольфрамовым) электродом высоколегированных сталей и сплавов. Для наплавки используют высоколегированную наплавочную проволоку и литые стержни.
Дефекты наплавки
Основные дефекты наплавки: трещины в наплавленном слое и в зоне сплавления с основным металлом детали, поры и раковины, шлаковые включения, несплавления слоя с основным металлом детали, подрезы и др.
Дефекты могут быть внешними, выходящими на поверхность наплавок, и внутренними, располагающимися внутри наплавленного слоя. Внешние дефекты обнаружить сравнительно легко путем осмотра наплавок, с помощью магнитной дефектоскопии и пр. Обнаружение внутренних дефектов представляет сложную и не всегда надежно разрешимую задачу. В этом случае пользуются методом контроля: просвечиванием рентгеновскими или гамма-лучами, методом магнитной и ультразвуковой дефектоскопии, металлографическими исследованиями макро- и микрошлифов и др.
Трещины являются наиболее опасным дефектом наплавок, так как под воздействием быстроизменяющихся нагрузок или тепловых колебаний они могут развиваться, т. е. увеличиваться в размерах, что может привести к преждевременному выходу детали из строя. Поэтому контролю на обнаружение трещин необходимо уделять весьма серьезное внимание.
Возникновение трещин зависит от содержания углерода и серы в наплавленном металле, от недостаточного предварительного подогрева детали при наплавке, жесткости изделия и пр. Холодные трещины могут возникать при отсутствии замедленного охлаждения детали после наплавки.
Поры могут образовываться
при использовании влажного или
отсыревшего флюса, при наличии
ржавчины на наплавляемых поверхностях,
при недостаточном слое флюса
и пр. Поры появляются при наплавке
по металлу, ранее наплавленному
электродами с меловой
Поры являются менее опасным
дефектом, чем трещины, но их наличие
снижает износостойкость и
Шлаковые включения чаще наблюдаются при многослойной наплавке. Они являются результатом наплавки по неудаленной или плохо удаленной шлаковой корке с предыдущих слоев. При этом шлак не успевает расплавиться и всплыть на поверхность металла, вследствие чего остается в металле в виде шлаковых включений.
Несплавления наплавленного металла с основным металлом детали могут образоваться при несоответствии выбранной скорости наплавки, неправильной установке электрода, загрязнениях наплавляемых поверхностей, нарушении режима наплавки и пр. Наличие этих дефектов может привести к отколу наплавленного слоя в процессе работы восстановленной детали.
Часто наплавленные детали
устанавливают на машины без последующей
механической обработки (ножи бульдозеров,
опорные катки тракторов и
др.). В этом случае важным требованием
является гладкая поверхность
Причиной поверхностных дефектов наплавленного слоя может явиться и плохая устойчивость дуги.
Устранение дефектов
Все дефекты сварного шва подлежат обязательному устранению, а если это невозможно, сварное изделие бракуется. В конструкциях из стали допускается устранение дефектов плазменно-дуговой или воздушно-дуговой строжкой с последующей обработкой поверхности абразивами. Можно устранять наружные дефекты шлифовкой. Если производится заварка выборок в швах, подлежащих обязательной термической обработке (из легированных и хромистых сталей), то приступать к исправлению дефектов следует только после отпуска сварного соединения (при 450—650°С).
При удалении дефектных мест
целесообразно соблюдать
Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектов (дефектных участков) в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует производить только механическим способом — вышлифовкой абразивным инструментом или резанием, а также вырубкой с последующей зашлифовкой.
Подрезы принято устранять наплавкой ниточного шва по всей длине дефекта. Однако это ведет к повышению расхода сварочных материалов. В таких случаях целесообразно применять оплавление подреза аргонодуговыми горелками, что позволяет «сгладить» дефекты без дополнительной наплавки.
Наплывы и неравномерности формы шва исправляют механической обработкой дефекта по всей длине.
Кратеры швов заваривают.
Прожоги в швах наблюдаются редко, их зачищают и заваривают.
Заварку дефектного участка производят одним из способов сварки плавлением (ручной дуговой, дуговой в среде инертных газов и др.).
Исправленные швы сварных
соединений должны быть повторно проконтролированы
в соответствии с требованиями, предъявляемыми
к качеству изделия. Если при этом
вновь будут обнаружены дефекты,
то производят их повторное исправление
с соблюдением необходимых
Используемая литература
1) Сварочные работы: учебное пособие для начального профессионального образования / В.И. Маслов. - 6-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2007. - 240 с.
2) "Справочник сварщика". Под ред. В.В. Степанова
3) "Электросварка" В.П. Фоминых, А.П. Яковлев
4) Сварочные работы: учебное
пособие для начального
5) http://www.shtorm-its.ru/

- Технология дуговой наплавки металлов
- Технологияеское возделывание сельскохозяйственных культур
- Технология және сызу, бейнелеу пәнінің мұғалімі Адайбекова Жаңакүл Копбосыновнаның І-ші жарты жылдық есебі
- Технология железобетонных изделий стендовым способом
- Технология заготовки грубых кормов
- Технология заготовки и хранения сенажа и силоса
- Технология заготовки сена
- Технология делового общения
- Технология демонтажа строительных конструкций
- Технология детского питания
- Технология диагностирования передней подвески КАМАЗ 43114
- Технология дистанционного обучения
- Технология добычи нефти и газа
- Технология добычи скважин газлифтным способом эксплуатации