Опрорный конспект по теме. Сущность наплавки, виды и способы наплавки

Сущность наплавки, виды и способы наплавки.

Наплавка — процесс нанесения расплавленного металла необходи­мого состава на поверхность детали, нагретую до температуры плавления. При наплавке нанесенный слой металла прочно соединяется с основным метал­лом вследствие образования металлической связи.

Наплавку применяют для восстановления размеров детали и придания заданных свойств ее поверхности путем правильного выбора химического состава  и структуры  наплавленного  металла.

Наплавка является разновидностью сварки. Однако наплавочные про­цессы отличаются от сварочных. При наплавке сварочный процесс исполь­зуется для наращивания на основной металл слоя металла или сплава со свой­ствами, иногда отличающимися от свойств основного металла.

В связи с этим к процессу наплавки предъявляются следующие основные требования:

1)  для обеспечения заданных физико-механических свойств в наплавленном слое процесс наплавки не должен изменять исходного химического состава и структуры наносимого металла, т. е. при наплавке доля основного металла и  наплавленном  слое должна  быть  минимальной;

2)  для сохранения прочности ремонтируемой детали процесс наплавки но должен изменять ее исходного химического состава, структуры и напря­женного  состояния;

3) наплавленный слой должен обладать достаточно высокой прочностью.

Для ручной газовой и электродуговой наплавки обычно используют метал­лические электроды, что объясняется сравнительной простотой процесса на­плавки и возможностью широкого регулирования химического состава и свойств наплавленного слоя. Регулирование химического состава и свойств наплавленного слоя осуществляют через покрытие или через электродный стержень, или комбинированным методом. Для предотвращения появления деформаций и трещин при наплавке применяют предварительный нагрев де­тали в пределах 200—400° С, предварительный изгиб детали в направлении, обратном деформации, погружение детали в воду без смачивания наплавляемой поверхности, наложение наплавляемых валиков в определенной последова­тельности,  высокий температурный отпуск детали после наплавки.

Ручная  Газовая Наплавка

При ручной газовой сварке и наплавке расплавление основного и при­садочного  материала   осуществляется теплом, выделяющимся в процессе сго­рания горючих газов (ацетилена, пропанбутановых смесей и других) в среде кислорода (рис. 5.10). Наиболее распространенным горючим газом, применяе­мым на ремонтных предприятиях, являет-Ацетилен.

При ручной газовой сварке и наплавке качество шва и наплавленного слоя в значительной мере зависит от состава присадочного материала. При сварке следует применять присадочные материалы, близкие по химическому составу к материалу ремонтируемой детали. Так, для сварки высоколегированных сталей применяют специальные проволоки, легированные хромом, никелем, ванадием, молибденом, титаном и др.

Ручная электродуговая сварка и наплавка 

При электродуговой сварке и наплавке источником тепла дд_я расплавле­ния металлов является электрическая сварочная дуга, возникающая между электродом и свариваемым металлом. Качество сварного шва и выплавленного слоя определяется диаметром электрода, типом и маркой электрода, величиной сварочного тока, напряжением на дуге, родом и полярностью тока, скоростью сварки и положением шва в пространстве.

При ручной электродуговой сварке и наплавке чаще всего используются металлические электроды, представляющие собой металлический стержень, на поверхность которого нанесен слой покрытия, предназначенного для стаби­лизации горения дуги, защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха, легирования наплавленного металла. В состав электродных покрытий входят следующие группы компонентов: стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие. Электроды изго­товляют диаметром 1,6—12 мм и длиной 225—450 мм. В зависимости от назна­чения стальные электроды подразделяются на типы. Тип и марку электродов выбирают в зависимости от химического состава металла ремонтируемой де­тали и требований, предъявляемых к сварному шву или наплавленному слою.

Автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса 

При указанном виде наплавки электрическая дуга горит под слоем флюса, подаваемого систематически в зону наплавки. В зоне горения дуги оплавля­ются поверхность детали, электрод и прилегающий слой флюса. Электродная проволока по мере оплавления автоматически подается в зону дуги одновре­менно с флюсом. При плавлении флюса выделяется газ и образуется газовая оболочка, защищающая расплавленный металл от взаимодействия с окружа­ющим воздухом и выгорания легирующих элементов. Кроме того, флюсовое покрытие способствует сохранению тепла дуги и препятствует разбрызгиванию жидкого металла.

Наплавка в среде защитных газов 

При этом виде наплавки защитный газ, подаваемый в зону наплавки под избыточным давлением, изолирует сварочную дугу и плавильное пространство от кислорода и азота воздуха

Наплавку углеродистых, легированных сталей и чугуна производят в среде углекислого газа; для высоколегированных сталей применяют аргон. При высо­кой температуре сварочной дуги происходит диссоциация углекислого газа. Образовавшийся атомарный кислород окисляет металл, что приводит к выгора­нию железа и других примесей стали. Чтобы прекратить окисление, а также пополнить выгоревшие примеси при наплавке в углекислом газе применяют электродную проволоку, легированную марганцем и кремнием, которые свя­зывают кислород и раскисляют ранее образовавшуюся закись железа. Образу­ющиеся окислы марганца и кремния переходят в шлак.

Содержание углерода в электродной проволоке должно быть небольшим, в противном случае могут образоваться поры и горячие трещины в металле шва.

Вибродуговая наплавка 

Автоматическая вибродуговая наплавка основана на использовании тепла кратковременной электрической дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим электродом и наплавляемой поверхностью. Отличитель­ной особенностью этого вида наплавки является возможность получения напла­вленного слоя малой толщины 0,3—2,5 мм, охлаждение поверхности наплавки в результате прерывистого характера процесса, что позволяет значительно уменьшить нагрев детали, снизить в ней остаточные напряжения и предот­вратить ее деформирование.

Электроконтактная наплавка

сущность которой заключается в совместном деформировании наплавляемого металла и поверхностного слоя детали, нагретых в месте деформации до пластического состояния короткими импульсами тока. Имеет перед электродуговой наплавкой ряд преимуществ: повышение производительности труда, меньшую зону термического влияния, благоприятные условия труда, низкую энергоёмкость, уменьшение расхода металла вследствие меньшего припуска на механическую обработку. В качестве наплавляемого материала могут использоваться проволока, лента, порошки.

Вибродуговая наплавка

основана на использовании теплоты кратковременной дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим с постоянной частотой и амплитудой электродом и наплавляемой поверхностью. По сравнению с электродуговой она имеет меньшую зону термического влияния и значения деформаций, позволяет получать тонкие слои наплавляемого металла (0,5 – 1,0 мм).

 Плазменная наплавка

при таком методе в качестве источника теплоты используют струю плазмы, представляющую собой сильно ионизированный газ с температурой до 15000-20000 градусов по Цельсию. Плазма образуется путём вдувания в электрическую дугу плазмообразующего газа и обжатия его струи водоохлаждаемым соплом. Может использоваться другой поток газа, окружающий струю плазмы для защиты наплавляемого слоя от воздействия атмосферы. В качестве присадочного материала используют проволоку или металлический порошок. Последний нашёл широкое применение, способствуя значительному повышению износостойкости и увеличению срока службы восстановленных деталей.

Лазерная наплавка

д анный способ восстановления деталей осуществляют с помощью светового лазерного луча, излучаемого оптическим квантовым генератором. Благодаря узкой направленности лазерного луча и высокой плотности энергии в зоне его воздействия на материал возможно наплавлять практически любые материалы. Наиболее простой является наплавка порошковых материалов. Сущность этого процесса заключается в нанесении порошковой смеси на изношенную поверхность детали и в последующей её обработке мощным излучением (лазером). Локальная фокусировка излучения позволяет проводить наплавку труднодоступных мест. При этом исходная структура почти не изменяется и таким образом удаётся достичь высокой износостойкости и предела усталости. Локальность и скорость наплавки являются существенным достоинством метода, поскольку исключает разогрев детали и искажение её формы. Низкая энергоёмкость, высокая производительность и незначительные потери наплавляемого материала делают лазерную наплавку перспективным способом восстановления изношенных деталей.

Технология дуговой наплавки

Технологические особенности наплавки

Наплавлять можно металл или одинаковый по составу, структуре и свойствам с основным металлом,  или значительно отличающийся от него. В последнем случае на основной металл часто предварительно наплавляют промежуточные слои. При выполнении наплавки необходимо ограничивать перемешивание наплавляемого металла с основным  для обеспечения заданного химического состава наплавленного слоя и предупреждения появления трещин. Протяженность зоны термического влияния при  наплавке должна быть минимальной — это позволяет предотвратить возникновение значительных сварочных напряжений и деформаций.

Подготовка поверхности под наплавку

Перед наплавкой поверхность тщательно очищают от масла, краски, окалины и других загрязнений. Поверхностные дефекты, в том числе и ранее наклепанный слой, удаляют механическим путем или резаком для поверхностной кислородной резки. С целью снижения сварочных напряжений необходимо добиваться равномерной толщины наплавленного слоя. Поверхность, имеющую неравномерную выработку с большими колебаниями по высоте, выравнивают механическим путем на металлорежущем оборудовании.

При подготовке под наплавку поверхностей с локальными износами следует избегать плавных переходов наплавляемого металла к основному (рис. 18.1).

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.

Челночный способ используют для наплавки поверхностей шириной 40...80 мм. Особенность способа заключается в том, что шлак на предыдущем валике не успевает затвердеть, а следовательно, отпадает необходимость в удалении шлака с предыдущего валика.

Наплавку тел вращения выполняют одним из трех способов — по образующим, по окружностям и по винтовой линии.

Наплавку по образующим (рис. 18.3, а) ведут отдельными валиками так же, как и плоских поверхностей в нижнем положении, периодически поворачивая наплавляемое изделие.

Наплавку по окружностям (рис. 18.3,6) выполняют тоже отдельными валиками. Последующий валик накладывают после очистки от шлака предыдущего с перекрытием ≈1/3 ширины валика.

Наплавку по  винтовой линии (рис. 18.3,в)  осуществляют непрерывно, а очистка предыдущего валика от шлака может производиться подпружиненными резцами.

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.

Рис. 18.2. Схемы наплавки плоских и фасонных поверхностей:
а, б — отдельными валиками соответственно маленьких и больших плоских поверхностей, в, г — отдельными валиками соответственно зуба и впадин шестерни, д — челночным способом; 1...24 — последовательность наложения валиков

Рис. 18.3. Схемы наплавки тел вращения:
а — по образующим, б — по окружностям,  в — по винтовой линии; 1...6 — последовательность наложения валиков

Материалы для наплавки.
К разновидностям дуговой наплавки относятся: наплавка лентой, наплавка с поперечными колебаниями электрода, многоэлектродная и многодуговая наплавка. 
Порошковые проволоки для наплавки ГОСТ 10543,
Порошковые ленты для наплавки ГОСТ 26467
Применение наплавки с поперечными колебаниями электрода способствует получению меньшей доли основного металла в наплавленном, увеличению ширины и уменьшению длины ванны. Многоэлектродная наплавка осуществляется несколькими электродами, рас положенными в линию, перпендикулярно направлению движения. Электроды подключаются к одному полюсу источника тока. В процессе наплавки дуга, перемещаясь с одного электрода на другой с большой скоростью, образует общую ванну. 
Наплавка ленточным электродом обеспечивает минимальную глубину проплавления основного металла, и, как результат, минимальный коэффициент смешивания основного металла с наплавленным. Используют электродные ленты шириной от 15 до 100 мм. Мини мальное проплавление основного металла объясняется тем, что дуга постоянно перемеща ется по торцу ленты, что изменяет в каждый момент времени место тепловложения в основ ной металл. 
Необходимой толщины покрытия за один проход позволяет осуществлять электрошла ковый процесс. При электрошлаковой наплавке ток проходит от электрода к детали через жидкий шлак, в результате выделяется тепло. Температура шлаковой ванны выше, чем температура плавления присадочного материала электрода Присадочный металл расплав ляется, оседает и формируется охлаждаемым кристаллизатором, который придает нане сенному слою нужную форму. В зависимости от формы поверхности заготовки кристаллиза торы выполняют плоскими, цилиндрическими и других форм для формирования наплавлен ного слоя соответствующего профиля. 
Традиционные схемы электрошлаковой наплавки обеспечивают толщину наплавленного слоя не менее 15...20 мм. Формирующее устройство, как правило, конструируется индивидуально для каждой серии однотипных деталей. Электродным материалом служит: проволока, катанные или литые стержни, пластины, трубы, ленты, дробь. 
Плазменная наплавка относится к прецизионным процессам, так как позволяет наплавить слой заданной толщины от 0,5 до 5 мм как на всю деталь, так и на определенный уча сток с лимитированной долей основного металла (5... 10%). Используются несколько разновидностей наплавки плазменной дутой. 
При плазменно-порошковой наплавке гранулированный порошок (фракции 80... 160 мкм) определенного химического состава транспортируются газом в дугу по специальным каналам сопла и расплавляются или нагреваются до температур близких к температуре плавления в столбе плазмы. Столб плазмы образуется за счет тепла дугового разряда, ста билизированного и сфокусированного потоком плазмообразующего газа. 
В процессе плазменной наплавки между основным металлом детали и электродом го релки (катодом) возникает электрическая дуга, обеспечивающая переход в плазменное со стояние рабочего газа, подаваемого в зону дуги. При этом из сопла горелки истекает высокотемпературная плазменная струя, обеспечивающая плавление наплавочного материала. Применяются другие способы плазменной наплавки, когда порошок предварительно насыпается на изделие и затем расплавляется плазменной дугой прямого действия. 
Используют также схему плазменной наплавки с подвижной присадкой. В качестве присадочного материала можно использовать как обычную так и порошковую проволоку, ленту. Присадка может быть как нейтральной, так и токоведущей. Можно использовать так же одну или две проволоки, последовательно подключенные к источнику питания переменного тока, которые нагреваются за счет электрического сопротивления и подаются с постоянной скоростью в сварочную ванну под плазменной горелкой, где происходит их быстрое расплавление. При поперечных колебаниях плазменной горелки получают валик шириной до 64 мм. 
Используют и другие способы нанесения слоев наплавкой, в том числе с применением высокоэнергетических источников нагрева, например, лазерных. 
Сущность газопорошковой лазерной наплавки заключается в получении поверхност ных покрытий принудительной подачей порошка газовым потоком непосредственно в зону лазерного излучения. Частицы порошка начинают нагреваться в зоне лазерного излучения вплоть до попадания на обрабатываемую поверхность. Частицы порошка, как правило, рас плавляются только на обрабатываемой поверхности. Особенностью процесса лазерной на плавки является возможность регулирования времени существования жидкой фазы в мини мальных пределах и обеспечении высоких скоростей охлаждения металла наплавки. Вслед ствие чего структура покрытий отличается от полученных другими методами, как правило, в сторону существенного повышения твердости. 
При всех указанных способах наплавки, в зависимости от назначения наплавленных слоев, в качестве наплавочных материалов используют проволочные или порошковые, со став которых обеспечивает получение износостойких или коррозионностойких покрытий. 
В отличие от перечисленных способов нанесения покрытий газотермическое напыле ние позволяет получать покрытия от десятых долей мм до нескольких мм.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/608011-oprornyj-konspekt-po-teme-suschnost-naplavki-