Наплавка гребных валов под флюсом

Сущность наплавки под  слоем флюса состоит в том, что сварочная дуга, возникающая  между электродом и изделием, защищается от окисления кислородом воздуха  слоем расплавленного гранулированного флюса толщиной 20—40 мм. Флюс, поступающий  в зону сварочной дуги, плавится под действием выделяемого ею тепла.

Принципиальная схема  полуавтоматической электродуговой наплавки деталей под слоем флюса показана на рис. 2.

Сварочный ток от источника  тока по проводам подводится к контактам, касающимся сварочной проволоки  и медной шины, расположенной на патроне.

Для наплавки деталей под  слоем флюса выпускаются наплавочные  головки различных конструкций: ПШ-5, ПШ-54, ПДШ-500, ПДШМ-500, АБС, А-409, А-580, ПАУ-1, ОСК-1252М. Наплавочная головка устанавливается  на суппорт токарно-винторезного станка и перемещается при наплавке деталей  с помощью ходового винта токарно-винторезного станка.

Рис. 2. Схема установки  для полуавтоматической электродуговой наплавки деталей под слоем флюса:

1 — патрон токарно-винторезного  станка; 2 — восстанавливаемая деталь; 3 — слой шлака; 4 — наплавленный  металл; 5 — флюс; 6 — электродная  проволока; 7 — контакт провода  от источника тока с электродной  проволокой; 8 — наплавочная головка; 9 — бункер с флюсом; 10 — контакт  провода от источника тока  с медной шиной патрона (деталью); е — смещение электрода относительно  вертикальной оси детали (эксцентриситет  электрода)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика процесса наплавки

Одной из важных отраслей современной  сварочной техники является наплавка – нанесение расплавленного металла  на поверхность изделия, нагретую до оплавления или до температуры надежного  смачивания жидким наплавленным металлом. Наплавленный металл связан с основным металлом весьма прочно и образует одно целое с изделием. Толщина  слоя от 0,5 до 10 мм и более. Это один из наиболее распространенных способов повышения износостойкости и  восстановления деталей и конструкций.

Наплавка позволяет создавать  биметаллические изделия, у которых  высокая прочность и низкая стоимость  сочетаются с большой долговечностью в условиях эксплуатации. Многократное повторное восстановление изношенных деталей во много раз уменьшает  расход металла для изготовления запасных частей оборудования.

Путем наплавки на рабочей  поверхности изделия получаем сплав, обладающий комплексом свойств - износостойкостью, кислотоупорностью, жаростойкостью и  т.д. Масса наплавленного металла  не превышает нескольких процентов  от массы изделия. При ремонте  восстанавливаются первоначальные размеры и свойства поверхности  деталей.

Увеличение стойкости  важно, если от нее зависит работа того или иного агрегата, а его  замена связана с простоем.

Дуговая наплавка в отличие  от сварки развивалась гораздо медленнее. Ручная износостойкая наплавка открытой дугой известна с 20-х годов прошлого столетия, но ее промышленное применение ограничивалось коренными ее недостатками: низкой производительностью, высококвалифицированной  рабочей силой, тяжелыми условиями  труда, непостоянным качеством наплавленного  металла, обилием различных дефектов.

Для наплавки наибольшее применение получила дуговая сварка плавящимся электродом.

Требования к качеству наплавленного металла строже чем к сварным швам. Наплавленный металл по свойствам должен существенно отличаться от основного металла. Часто в нем недопустимы поры, трещины и иные пороки, поэтому требования к нему строже, чем к сварным швам.

Автоматическая наплавка свободна от перечисленных недостатков  и способствовала успешному ее внедрению.

Механизированная наплавка – это непрерывность процесса, которая достигается использованием электродной проволоки или ленты  в виде больших мотков; в подводе  тока к электроду на минимальное  расстояние от дуги, что позволяет  применять токи большой силы без  нагрева электрода; в применении различных способов защиты расплавленного металла от вредного воздействия  воздуха.

Оптимальный состав наплавленного  металла должен быть выбран с учетом особенностей его эксплуатации, а  электродная проволока, флюс, термический  режим наплавки – так, чтобы наплавленный металл обладал необходимым химическим составом и физическими свойствами.

Процессы наплавки применяются  при ремонте и восстановлении первоначальных размеров и свойств  изделий, изготовлении новых изделий  с целью обеспечения надлежащих свойств конкретных поверхностей. При  восстановлении наплавку обычно выполняют  тем же металлом, из которого изготовлено  изделие, однако это не всегда целесообразно. Иногда необходимо получить металл, отличающийся от металла детали, так как условия  эксплуатации поверхностных слоев  могут значительно отличаться от условий эксплуатации всего изделия. Изготовление изделия целиком из металла, который обеспечивает эксплуатационную надежность работы его поверхностей не экономно. Целесообразно изготавливать  изделие из более дешевого, но достаточно работоспособного металла и только на поверхностях, работающих в особых условиях, иметь по толщине необходимый слой другого материала (применять биметалл). Это может быть достигнуто: поверхностным упрочнением (поверхностная закалка, электроискровая и другие виды обработки); нанесением тонких поверхностных слоев значительной толщины на поверхность (на низкоуглеродистую сталь нанесением бронзы, коррозионностойкой стали и др.)

Для успешного развития наплавки промышленностью выпускается углеродистая, легированная стальная проволока 56 марок, специальная наплавочная проволока 28 марок, различные флюсы и специальные  наплавочные электроды.

Развитие наплавки направлено в первую очередь на полную механизацию  трудоемких наплавочных работ за счет автоматической и полуавтоматической наплавки. Разрабатываются новые  технологии.

 

Технологический процесс и техника наплавки деталей

Разработка рационального  технологического процесса восстановления деталей оборудования с применением  наплавки является сложной задачей. Для одной и той же детали можно  разработать несколько вариантов  технологических процессов, обеспечивающих восстановление изношенной детали до начального размера и требуемое  количество поверхности; сохранение и  повышение начальных эксплуатационных характеристик детали.

Технологический процесс восстановления изношенных деталей методами наплавки включает следующие основные операции: дефектовку деталей и подготовку к их наплавке; наплавку; термическую и механическую обработку; контроль качества. Особенно тщательно нужно удалить продукты коррозии, загрязнения и остатки коррозионных сред. Простая промывка деталей растворителями — бензином, керосином, ацетоном, как правило, не обеспечивает полного удаления этих веществ из пор и поверхностных трещин. В процессе наплавки эти вещества начинают выгорать, что резко ухудшает качество наплавленного металла.

Для предприятий с большим объемом  наплавочных работ организуются специальные отделения для подготовки деталей под наплавку. Кроме очистки  растворителями применяют обжиг  в печах при 350-500оС с последующей  механической поверхностной очисткой выгоревших остатков щеткой, галтовкой или дробеструйной обработкой. Для этих же целей используются также многопламенные или обычные газовые горелки, работающие на городском газе или пропано-бутановой смеси. При поверхностной обработке газовым пламенем удаляются все остатки масла, красок и других органических веществ. После нагрева при небольших объемах работ зачистку поверхности выполняют вручную металлическими щетками, а при больших — стальными щетками, приводимыми во вращение от пневмомашинок или электродвигателя.

Поверхности смятые, наклепанные, неравномерно изношенные, имеющие задиры, трещины  или эксцентрично изношенные должны быть механически обработаны перед  наплавкой. Если на деталях, подлежащих наплавке, в процессе эксплуатации образуется накипь, например на деталях котлов и трубопроводов, запорной арматуре и т.п., то для ее удаления можно пользоваться одним из следующих составов: 1 кг кальцинированной соды и 0,5 л керосина на 10 л воды или 750-800 г едкого натра и 150 г керосина на 10 л воды. После промывки детали обдувают сжатым воздухом.

При повторном восстановлении деталей  с дефектами в поверхностном  слое необходимо полностью удалять  наплавленные слои до основного металла, а также все трещины. Отверстия, пазы или канавки на наплавляемой поверхности, которые необходимо сохранить, заделывают медными, графитовыми или  угольными вставками. Поверхности  детали, которые необходимо предохранять от брызг и налетов оксидов, закрывают сухим или мокрым асбестом. Начинать наплавку подготовленных деталей можно только после того, как будут точно определены их ремонтные размеры, т.е. после окончательной обработки поверхностей сопряженных деталей.

Техника и режимы проведения процесса наплавки должны обеспечивать: минимальное  проплавление основного металла  и перемешивание его с наплавленным; отсутствие пор, трещин, шлаковых включений, несплавлений и других дефектов в наплавленном слое; минимальную величину внутренних остаточных напряжений и коробления изделия; равномерную высоту и рельеф наплавленного слоя.

Уменьшение глубины проплавления и доли основного металла в  наплавленном достигается за счет снижения величины сварочного тока. При этом уменьшается сечение наплавленных валиков, что благоприятно сказывается на величине и распределении остаточных напряжений. Однако при малых значениях величины сварочного тока ухудшается формирование валиков, возможно образование несплавлений и заметно падает производительность процесса наплавки. Для уменьшения глубины проплавления вводят дополнительные стержни или присадочную проволоку, не включенные в сварочную цепь. Они плавятся за счет тепла дуги и несколько уменьшают температуру ванны и ее глубину, позволяя в то же время повысить производительность наплавки.

Эффективным методом снижения доли основного металла в наплавленном является уменьшение шага наплавки. Наложение валиков при наплавке тел вращения и плоских поверхностей производится таким образом, чтобы каждый последующий валик перекрывал предыдущий в среднем на 1/3 ширины. Тогда шаг наплавки будет равен 2/3 ширины валика. Уменьшение шага способствует снижению глубины проплавления основного металла, получению более гладкой наплавленной поверхности, увеличивают толщину наплавленного за один проход слоя (рис. 5.5). Однако при очень малом шаге (менее 0,5 ширины валика) возможно образование подворотов и несплавлений, а также заклинивание шлаковой корки и образование шлаковых включений.

 

Рисунок 6 – Образование  наплавленного слоя: а) – при небольшом  шаге наплавки; б) – при малом  шаге наплавки; в – ширина валика; t – шаг наплавки; с – толщина наплавленного слоя; h – глубина проплавления

 

При ручной и полуавтоматической наплавке электрод располагается под углом 70-75^оС к поверхности детали. Уменьшение угла наклона и проведение наплавки углом вперед понижает тепловое воздействие на поверхность детали и глубину проплавления, позволяет получать более широкие и гладкие валики с меньшим усилением.

Наплавка цилиндрических и конических деталей производится продольными  швами вдоль образующей изделия  и кольцевыми швами по винтовой линии. Последний способ находит более  широкое распространение особенно при механизированных видах наплавки благодаря непрерывности и высокой  производительности процесса, симметричности напряжений и деформаций по отношению  к оси изделия, равномерности  толщины наплавленного слоя по диаметру изделия.

При наложении валиков вдоль  образующей трудно обеспечить равномерные  шаг и толщину наплавленного  слоя, возможно также искажение формы  изделия при наплавке значительных участков поверхности с одной  стороны детали. С целью предупреждения образования значительных остаточных деформаций валики необходимо наплавлять поочередно с разных сторон изделия, располагая их симметрично по диаметру. Для предупреждения образования трещин и уменьшения величины остаточных напряжений при наплавке массивных деталей применяется предварительный и сопутствующий подогревы до температуры 200-450°С. Чем больше жесткость детали и меньше пластичность наплавленного слоя, тем выше должна быть температура подогрева.

После наплавки изделия во многих случаях требуется проведение термообработки. Термическая обработка может  применяться с целью изменения  физико-механических свойств наплавленного  слоя (например, закалка, отжиг) или  с целью стабилизации структурного состояния и снятия внутренних напряжений (отпуск).

Термообработка деталей с целью  изменения характеристик наплавленного  слоя производится по режимам, рекомендуемым  для данного типа наплавленного  металла. Отпуск деталей для снятия внутренних напряжений целесообразно  вести при максимально возможных  температурах, при которых еще  не наблюдается изменение эксплуатационных характеристик наплавленного слоя. Считается достаточной для снятия внутренних напряжений выдержка при  заданной температуре от 1 до 3 мин  на 1 мм толщины детали. Скорость нагрева  до температуры отпуска выбирается в зависимости от материала, размеров и конфигурации детали, а также  типа используемого термического оборудования и может достигать 50-100°С в 1 ч.

Механическую обработку наплавленных деталей проводят в два этапа: предварительная и окончательная  обработка. После предварительной  обработки контролируется качество рабочей поверхности, исправляются при необходимости дефекты, а  затем деталь обрабатывается окончательно для получения требуемых ремонтных  размеров, чистоты и качества поверхности.