ДАН Л А ВОССТАНОВЛEНИE ДEТАЛEЙ И ПОВТОРНОE ИСПОЛЬЗОВАНИE МАТEРИАЛОВ КОНСПEКТ ЛEКЦИЙ МАРИУПОЛЬ 2004 41 С 2

1.1. Ручная дуговая - применяется для заварки трещин, обломов, приварки накладок, вставок, заплат.
1.2. Автоматическая и механизированная дуговая - то же и сварка тонколистового материала.
1.3 Аргонно-дуговая - сварка алюминия и коррозионностойких сталей.
1.4. Газовая - заварка трещин, обломов, сварка тонколистового материала.
1.5. Контактная - сварка тонколистового материала.
1.6 Трением - стыковая сварка деталей и их элементов при повышенных требованиях к качеству сварного соединения I 7. Термитная - сварка крупногабаритных и массивных деталей
1.8. Электрошлаковая - приварка обломов, сварка крупногабаритных деталей.
1.9. Электроннолучевая - сварка ответственных деталей с повышенной точностью.
1.10. Ультразвуковая - сварка цветных металлов, пластмасс, сталей
1.11. Высокочастотная - сварка коррозионностойких сталей, пластмасс.
1.12. Магнитно-импульсная - сварка разнородных материалов
1.13. Взрывом - то же.
1 14. Давлением - сварка деталей и элементов различных по конфигурации.
1.15. Диффузионная в вакууме - сварка ответственных и мелких деталей с повышенной точностью
1.16. Кузнечная - сварка неответственных деталей с невысокой точностью при повышенных требованиях к прочности сварного соединения,
Примечание. Материал выносится на самостоятельное изучение и рассматривается на семинарском занятии.
2. Наплавка - нанесение слоя металла заданного состава на деталь или режущую часть инструмента методами сварки для образования поверхностного слоя, обладающего заданными свойствами (повышенной прочностью, износостойкостью, кислотостойкостью и т.д.), а также для восстановления изношенной поверхности. Основные способы наплавки:
2.1. Дуговая под флюсом - наплавка деталей диаметром более 50 мм при повышенных требованиях к качеству наплавленного металла и толщине слоя наплавленного металла более 1 мм.
2.2. Дуговая в среде С02 - наплавка стальных деталей диаметром более 16 мм широкой номенклатуры.
2.3 Дуговая с газопламенной защитой - наплавка стальных и чугунных деталей работающих в различных условиях.
2.4 Вибродуговая - наплавка стальных деталей работающей в различных условиях при невысоких требованиях к сопротивлению усталости.
2.5 Дуговая порошковой проволокой или лентой - наплавка износостойких слоев на детали, работающие в условиях интенсивного изнашивания, ударных нагрузок, в узлах трения.
2.6. Дуговая в среде аргона - наплавка алюминиевых деталей и деталей из коррозионностойких сталей.
2.7. Контактная - наплавка гладких цилиндрических деталей с износом не более 1мм.
2.8. Газовая - наплавка цилиндрических и профильных деталей с местным износом при повышенных требованиях к износостойкости.
2.9. Плазменная - наплавка ответственных деталей при повышенных требованиях к износостойкости и сопротивлению усталости.
2.10. Многоэлектродная под флюсом - наплавка деталей со значительным износом
по величине и площади
2.11. Лежачим электродом - наплавка плоских поверхностей и поверхностей со сложной конфигурацией со значительным износом.
2.12. Электроимпульсная - наплавка наружных цилиндрических поверхностей с износом до 0,5 мм с ограничением температуры нагрева детали.
2.13. Электроискровая - наращивание и упрочнение поверхности с износом до 0,2 мм при невысоких требованиях к сплошности покрытия.
2.14. Электрошлаковая - наплавка деталей с износом более 6 мм.
215. Жидким металлом - наплавка деталей со значительным износом (более 3 мм) при повышенных требованиях к износостойкости и невысоких требованиях к стойкости против ударных нагрузок.
2.16. С одновременным деформированием - наплавка деталей с наружным шлицевым профилем.
2 17. С одновременным резанием - наплавка и обработка износостойких материалов в нагретом состоянии, обработка которых в холодном состоянии затруднена.
2.18. Лазерная - наплавка износостойких материалов на ответственные детали со сложным профилем.
2.19. Высокочастотная - наплавка износостойких материалов на рабочие органы и лезвия почвообрабатывающих и землеройных машин.
2.20. Высокочастотная в огнеупорной среде - наплавка проушин и цевок звеньев гусениц тракторов.
3. Нанесение газотермических покрытий:
3.1. Пламенное, порошковыми материалами без оплавления (на ацетилене или пропан-бутановой смеси) - восстановление и упрочнение наружных и внутренних цилиндрических поверхностей неподвижных сопряжений при невысоких требованиях к прочности сцепления с основным материалом.
3.2. Пламенное, порошковыми материалами с оплавлением - то же, но при повышенных требованиях к износостойкости и сцеплению с основным материалом.
3.3. Плазменное, порошковыми материалами - восстановление и упрочнение наружных и внутренних цилиндрических поверхностей,
34. Плазменное проволокой сплошного сечения - то же.
3.5. Детонационное - нанесение износостойких покрытий с особыми свойствами.
3.6. Ионно-плазменное - нанесение износостойких и защитных покрытий с особыми свойствами толщиной не более 0,02 мм.
3.7. Дуговое - нанесение покрытий на наружные и внутренние цилиндрические поверхности при невысоких требованиях прочности сцепления с основным материалом.
3.8. Высокочастотное - то же.
4. Холодное пластическое деформирование:
4.1. Раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежесткими требованиями к внутреннему размеру.
4.2. Раздача с одновременной вытяжкой - восстановление специальным деформирующим инструментом наружных поверхностей и длинных полых деталей с нежесткими требованиями к внутреннему размеру.
4.3. Вытяжка - восстановление длины деталей с нежесткими требованиями к наружному размеру.
4.4 Раскатка - закрепление дополнительных ремонтных деталей в отверстиях.
4.5. Дорнование и калибровка - восстановление поверхностей отверстий после осадки или термического воздействия.
4.6. Протягивание - то же.
4.7. Осадка - восстановление наружных и внутренних поверхностей деталей при нежестких требованиях к длине.
4.8. Правка - восстановление формы.
4.9. Накатка - восстановление поверхности неответственных деталей, восстановление рифленной поверхности.
4.10. Обжим - восстановление внутренней поверхности детали при нежестких требованиях к размеру наружной.
4.1 I Чеканка - восстановление формы детали, упрочнение сварных швов.
5. Горячее пластическое деформирование:
5.1. Давление в закрытом штампе - восстановление формы и элементов детали за счет перераспределения металла из нерабочих поверхностей на рабочие для компенсации износа.
5.2. Гидротермическая раздача - восстановление наружных поверхностей полых деталей с нежесткими требованиями к внутреннему размеру.
5.3. Термопластический обжим - восстановление внутренних поверхностей полых деталей.
5.4. Накатка - восстановление зубчатых профилей шестерен и звездочек.
5.5 Ротационное деформирование - восстановление зубчатых и шлицевых поверхностей.
5 6. Обжим - то же, что 4.10.
5.7 Правка-то же, что 4.8.
5.8 Вытяжка - то же, что 4.3.
5.9. Осадка - то же, что 4.7.
5.10. Раздача - то же, что 4.1.
5.11. Выдавливание - местное деформирование с целью восстановления профиля и размеров рабочих поверхностей.
5.12. Оттяжка - восстановление формы рабочих поверхностей и режущих кромок.
5.13. Термомеханическая обработка - восстановление физико - механических характеристик металла, упрочнение.
6. Гальванические процессы:
6.1. Железнение - восстановление наружных и внутренних поверхностей с износом, не превышающим 0,2 - 0,5 мм при невысоких требованиях к прочности сцепления покрытия с основным металлам и требованиях повышенной твердости.
6.2. Хромирование - восстановление наружных и внутренних поверхностей с износом менее 0,2 мм при повышенных требованиях к износостойкости слоя.
63. Химическое и электролитическое никелирование - восстановление наружных и внутренних поверхностей с износом не более 0,05 мм,
6.4. Цинкование - защитное покрытие от коррозии.
6.5. Меднение - восстановление наружных и внутренних поверхностей деталей из медных сплавов.
6.6 Электролитическое натирание цинком и железоцинковыми сплавами - восстановление внутренних и наружных поверхностей при невысоких требованиях к твердости поверхности.
6.7. Нанесение гальванополимерных покрытий - восстановление внутренних и наружных поверхностей цилиндрических деталей.
6.8. Кадмирование - защитное антикоррозионное покрытие.
7. Нанесение полимерных материалов:
7.1. Напылением (газопламенное, в электростатическом поле, в псевдоожиженном слое, центробежным намазыванием) - восстановление формы поверхности облицовок и оперений, восстановление антифрикционных и электроизоляционных покрытий, восстановление посадочных поверхностей, заделка трещин, пробоин.
7.2. Литье под давлением, опрессовкой - восстановление антифрикционных, электроизоляционных и декоративных покрытий
7.3. Намазывание жидких прокладок, герметиков - восстановление герметичности соединений.
8. Применение дополнительных деталей:
8.1. Обрезка и приварка быстроизнашивающихся элементов - восстановление рабочих органов почвообрабатывающих, землеройных и мелиоративных машин, экструдеров, смесителей.
8.2. Бандажирование - восстановление наружных поверхностей, например, крановых колес.
8.3. Приварка элементов и вкладышей - восстановление размеров профильных поверхностей.
8.4. Постановка втулок и компенсационных шайб - восстановление отверстий и размерных цепей.
9. Химико-термическая обработка:
9.1. Цементация и нитроцементация - поверхностное упрочнение.
9.2. Повторное азотирование - восстановление деталей с износом не более 0,02 мм, поверхностное упрочнение.
9.3. Диффузионное хромирование - восстановление деталей с износом не более 0,05 мм, поверхностное упрочнение.
9.4. Сульфохромирование - восстановление деталей с износом не более 0,01 мм, поверхностное упрочнение.
9.5. Диффузионное цинкование - восстановление деталей из медных сплавов с износом не более 0,8 мм.
9.6. Диффузионное борирование - поверхностное упрочнение.
10. Электромеханическая обработка:
10.1. Высаживание и выглаживание - восстановление поверхностей неподвижных сопряжений с износом до 0,2 мм
11. Электрофизическая обработка:
11.1. Электроконтактная подводная, электроабразивная, анодно-механическая, электроэрозионная - обработка наплавленных поверхностей имеющих высокую твердость.
12. Пайка:
12.1. Легкоплавкими припоями, тугоплавкими припоями, пайка - сварка - восстановление герметичности соединений трубопроводов, восстановление инструмента.
13. Термическая обработка:
13.1. Отпуск, нормализация, отжиг, закалка, улучшение - восстановление физико-механических свойств и структуры материала, упрочнение.

ЛЕКЦИЯ 4

Наплавка. Физико-химические основы наплавки. Флюсы. Формирование переходной зоны
при наплавке.

Наплавка по сравнению с другими способами восстановления дает возможность получать на поверхности деталей слой необходимой толщины и нужного химического состава, обладающий заданным комплексом свойств. В общем объеме работ по восстановлению деталей на ремонтных предприятиях различные способы составляют, %:
- наплавка под слоем флюса -31;
- вибродуговая - 12;
- в среде углекислого газа -20;
- порошковой проволокой без флюса и газовой защиты - 10;
- плазменная -1,5;
- электроконтактное напекание - 6;
- гальванические способы - 5;
- электромеханическая обработка - 1;
- электрошлаковая наплавка-1,5;
- наплавка жидким металлом - 2;
- восстановление полимерами - 5;
- другие способы - 5.
-
Физико - химические основы наплавки

Для возникновения сцепления между наплавляемым металлом и металлом-основой необходимо, прежде всего, чтобы атомы жидкого металла вступили в непосредственный контакт с поверхностными атомами твердого металла, т.е. чтобы произошло смачивание.
Если на чистую металлическую поверхность поместить каплю жидкого металла, то в зависимости от склонности данной пары к смачиванию, эта капля или останется на поверхности в виде сферы или растечется по ней (Рис.6). Растекание происходит не бесконечно, а до определенного предела пока она не примет форму сегмента, образующего с основанием краевой угол смачивания -?.

Рис.6

Рассмотрим равновесие капли на твердой поверхности в зависимости от соотношения сил поверхностного натяжения. После прекращения растекания условие равновесия на металлической поверхности:
?тг - ?тж - ?жгcos? = 0 ,
где - ?тг , ?тж , ?жг - поверхностное натяжение, соответственно, на границе раздела твердое тело - газ, твердое тело - жидкость, жидкость - газ.
После преобразования имеем:
cos? = .
Анализ последнего выражения показывает, что:
1) если ?тг ? ?тж , то угол ? - острый и имеет место хорошее смачивание;
2) если ?тг ? ?тж , то угол ? - тупой и смачивание плохое,
3) с понижением величины ?тг во всех случаях наблюдается уменьшение величины cos? и увеличение величины угла ?, т.е. смачивание ухудшается;
4) с понижением величины ?тж во всех случаях величина cos? увеличивается, а угол ? уменьшается, т.е. смачивание улучшается;
5) изменение ?жг влияет двояко:
а) при ?тг - ?тж >0 понижение величины ?жг приводит к увеличению cos? и уменьшению ? в пределах 90о - 0°, т.е. наблюдается улучшение смачивания;
б) при ?тг - ?тж < 0 понижение величины ?жг приводит к уменьшению cos? и увеличению ? в пределах 90? - 180°, т.е. наблюдается ухудшение смачивания
Вывод. Если ? >0, т.е. ? < 90°, то расплав хорошо смачивает поверхность металла. Если cos? < 0, т.е. ? >90?, то расплав плохо смачивает поверхность металла. При ? = 0? имеет место один из крайних случаев - полное смачивание. При ? =180? наблюдается второй крайний случай - полное отсутствие смачивания.
Смачивание поверхности твердого металла расплавом можно улучшить изменением значений поверхностных натяжений. Величина поверхностного натяжения как твердого так и жидкого металлов сильно зависит от характера и свойств той среды, на границе с которой определяется эта величина. Поэтому смачивание каждой конкретной пары металлов можно улучшить, взяв в качестве третьей среды, участвующей в процессе смачивания, не обычную атмосферу, а расплав солей - флюсов.
Существует несколько гипотез влияния флюсов на смачивание. Первая - гипотеза об очистке поверхности металла от окислов и загрязнений. Вторая - гипотеза об уменьшении поверхностного натяжения расплава металла. Третья - гипотеза об электромеханическом выделении на поверхности твердого металла тонкого слоя металла одноименного металлу расплава.
Требования к флюсам. 1. Хорошее смачивание поверхности твердого металла. 2. Улучшение смачивания твердого металла жидким. 3. Хорошо растворять или разрушать пленки окислов твердого и жидкого металлов. 4. Защищать наплавляемую поверхность от вторичного окисления при высоких температурах. 5. Температура плавления флюса должна быть меньше температуры плавления жидкого металла. 6. Продукты взаимодействия флюса с окислами должны иметь низкую температуру плавления и быть нетоксичными. 7. Флюсы не должны вызывать окисление, коррозию, обезуглероживание твердого металла. 8. Флюсы должны иметь высокую жидкотекучесть, чтобы легко смываться с твердой поверхности.
Для железоуглеродистых сплавов рекомендуются флюсы на основе буры (тетрабората натрия - Na2B4O7 ) и /или борного ангидрида - В2Оз. Для улучшения свойств флюсов вводятся активные добавки: КF, LiCOз, К2СО3, Na2СО3, К2ZгF6.
Для нанесения на поверхность твердого металла и удержания на этой поверхности применяются связки, эмаль ЭВ-300-60М, стеарат алюминия, полистирол, толуол, лак №302 и др.

Формирование переходной зоны при наплавке

Формирование переходной зоны при наплавке, независимо от технологии ее осуществления, связано, в первую очередь, с процессами перераспределения атомов твердого и жидкого металлов. Смачивание твердой поверхности жидким металлом сопровождается:
1) растворением твердого метала в жидком. Имеет место в том случае, когда наиболее быстро идет процесс растворения твердого металла в жидком или когда жидкий металл длительное время контактирует с твердым не кристаллизуясь.
2) атомная диффузия составляющих жидкий металл элементов в твердый. Имеет место, в том случае, когда металл находящийся в жидком состоянии, хорошо растворим в твердом.
3) реакция (реактивная диффузия) с образованием слоя интерметаллического соединения. Имеет место, в том случае, жидкий и твердый металл образуют между собой систему с интерметаллическим соединением.
Теоретически распределение легирующих элементов в зоне сплавления зависит от формы диаграммы состояния.
Система с полной взаимной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Металлы, образующие системы с неограниченной взаимной растворимостью компонентов как в жидком, так и в твердом состоянии, легко диффундируют друг в друга с образованием твердых растворов переменной концентрации. Если два таких металла соединить между собой в твердом состоянии, нагреть до температуры, лежащей несколько ниже температуры плавления более легкоплавкого компонента М1 и выдержать при этой температуре достаточно долго, то в результате процесса взаимной атомной диффузии по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы с плавно изменяющейся концентрацией по кривой mcn (Рис. 7, а).
Схема эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Металлы, образующие системы простого эвтектического типа с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии способны диффундировать друг в друга только в пределах взаимной их растворимости. При взаимной диффузии таких компонентов в твердом состоянии (при нагреве ниже эвтектической температуры - tе) по обе стороны от плоскости соединения образуются твердые растворы, причем максимальные концентрации твердых растворов M1 в М2 (?) и М2 в М1 (?) будут соответственно равны с2 и с1 ( рис.7, б ). В отличие от системы с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии в данном случае на границе раздела будет наблюдаться скачок концентрации с2 - с1. Общее распределение концентрации по сечению шлифа выразится кривой mc1c2n. При сильном конвекционном или механическом перемешивании наплавляемого металла, обеспечивающем равномерность концентрации по всей массе жидкого металла, закристаллизовавшийся сплав может иметь среднюю концентрацию.
Система без растворимости компонентов в твердом состоянии. Металлы, не образующие твердых растворов и интерметаллических соединений не могут диффундировать друг в друга в твердом состоянии. Поэтому на границе между ними будет скачок концентрации от М1 до М2. Если такие металлы образуют простую эвтектическую систему ( рис.7, в.), то при быстром отводе растворяющихся в расплаве атомов от поверхности раздела возможен случай, когда при охлаждении выпадут первичные кристаллы М1 и эвтектика М1 + М2. Распределение концентраций по шлифу при этом выразится линией nc1m. В зоне соединения таких металлов нельзя обнаружить каких - либо новых структурных образований.
Система металлов, образующих ряд интерметаллических соединений. При взаимодействии твердого и жидкого металлов, которые в соответствии с диаграммой состояния могут образовывать химические соединения, в промежуточной зоне неизбежно возникают эти соединения. В общем случае в зоне соединения могут присутствовать все фазы, образования которых возможно по диаграмме состояния.
Проникновение атомов металла М1 за счет диффузионной подвижности в металл М2 вызовет образование слоя твердого раствора ? (рис.7, г); концентрация компонента М1 в М2 при этом будет меняться по кривой М2с6. Непосредственно к слою твердого раствора ? прилегает слой ?, представляющий собой твердый раствор на базе интерметаллического соединения. Внутри слоя ? концентрация, как это следует из диаграммы состояния, не остается постоянной, а изменяется по кривой c5c4. Слой фазы ? граничит со слоем ?. Концентрация на границе соприкосновения ? и ? скачком меняется от c4 до c3. Внутри слоя ? концентрация меняется по кривой c3c2, и т.д.

Роль термодиффузии при формировании переходной зоны

Распределение легирующих элементов при наплавке происходит в поле градиента температуры. Перемещение атомов под действием градиента температуры называется термодиффузией. В отличие от атомарной диффузии, перемещение атомов при которой происходит в поле градиента концентрации, термодиффузия вызывает их движение в противоположном направлении. После определенного периода времени наступает стационарное состояние распределения вещества вдоль всей длины тела (поток атомов при этом равен нулю). В этом случае справедливо равенство:
dc/dx = - (CQ*/RT2)dT/dx ,
где dc/dx и dT/dx - градиент концентрации и градиент температуры, соответственно,
с - концентрация диффундирующего вещества, молярные доли;
R - универсальная газовая постоянная, кДж/моль град;
Q* - теплота переноса при термодиффузии, кДж/моль;
Т - абсолютная температура, К.

Рис.7

Пользуясь экспериментальными данными, рассчитывают величину теплоты переноса. По ее величине и знаку определяют направление и интенсивность перемещения атомов при осуществлении процесса наплавки или любого другого процесса связанного с градиентом температуры. При Q*>0 атомы вещества движутся в более холодную сторону; при Q*< 0 - в более горячую. Так, например, при термодиффузии углерода и кремния в чугунных образцах Q*C= 0,028кДж/моль; Q*Si - 0,12бкДж/моль.

Механизм образования связи между слоями

Для возникновения связи между металлами необходимо, чтобы поверхностные атомы были сближены на расстояния, при которых между ними возникло бы энергетическое взаимодействие, т.е. на расстояния порядка 10-8 - 10-7 см, характерные для расположения атомов в кристаллической решетке.
Для такого сближения атомов необходимо, чтобы жидкий металл смачивал твердый. Чтобы получить хорошее сцепление, необходимо возникшие при смачивании междуатомные связи сохранить после полной кристаллизации наплавляемого металла. Для первичного акта возникновения связи необходимо, чтобы имелись: а) чистая поверхность раздела; б) достаточная подвижность атомов хотя бы одного из металлов, которая допускает некоторое приспосабливание решеток соединяемых металлов.
Если при кристаллизации жидкого металла на поверхности твердого решетка образующейся фазы полностью совпадает с решеткой выходящего на поверхность твердого кристалла, то новый кристалл как бы продолжит в своем росте уже имевшийся. Чаще, однако, вновь образующиеся кристаллы имеют собственную решетку, отличную по типу и параметрам от решетки твердого металла, и соединение между ними происходит через промежуточный слой с искаженной кристаллической решеткой (переходной слой).

ЛЕКЦИЯ 5

Технологии наплавки

При осуществлении того или иного процесса наплавки происходит оплавление поверхности металла - основы, расплавление присадочного материала, соединение их и кристаллизация образовавшейся смеси. Соотношение долей основного и присадочного металлов в наплавленном слое определяет его состав, микроструктуру и свойства. При восстановительной наплавке нелегированным металлом доля основного металла не оказывает существенного влияния на свойства наплавленного слоя. Напротив, при упрочняющей наплавке легированным металлом увеличение доли основного металла приводит к ухудшению свойств наплавленного слоя.
Ручную электродуговую наплавку выполняют на постоянном и переменном токе штучными неплавящимися или плавящимися электродами. В качестве неплавящегося электрода чаще всего используют графитовые (угольные) стержни. На наплавляемую поверхность наносят слой наплавочной смеси или пасты соответствующего состава и расплавляют теплом дуги. Толщина наплавленного слоя -1-3 мм. Угольным электродом по слою смеси чаще всего наплавляют плоские поверхности. Более распространена наплавка плавящимися покрытыми электродами. Достоинства способа: простота и маневренность; недостатки: низкая производительность (1-3 кг/ч), тяжелые условия труда, снижение усталостной прочности наплавленных деталей.
Достоинствами механизированной наплавки являются: непрерывность процесса, достигаемая в результате использования электродной проволоки или ленты в виде больших мотков; подвод тока к электроду на минимальном расстоянии от дуги, позволяющий применять токи большой силы без перегрева электрода.
Из всех способов механизированной наплавки наибольшее распространение получила наплавка под флюсом. Схема этого способа показана на рис.8. Электродная проволока 1 непрерывно с постоянной скоростью подается в дуговой промежуток. Подвод тока к проволоке осуществляется в непосредственной близости от дуги при помощи втулки 2. В дуге 3 проволока плавится. Капли металла, пройдя дуговой промежуток, смешиваются с расплавленным металлом изделия 4 и образуют сварочную ванночку 5. После кристаллизации получается наплавленный валик 6, покрытый шлаковой коркой 7 и нерасплавившимся флюсом 8. Избыток флюса ссыпается, а остывшая шлаковая корка удаляется. Формируется однородный наплавленный металл без пор и раковин. Производительность процесса одноэлектродной наплавки под слоем флюса невелика.

Рис.8

Поэтому наряду с одноэлектродной наплавкой применяют и другие разновидности этого способа: наплавку электродной лентой, многоэлектродную и многодуговую наплавку, наплавку с поперечным колебанием электрода (рис.9,а,б,в,г)

Рис.9

При наплавке электродной лентой (рис.9,а) достигаются малая глубина проплавления основного металла и возможность наплавить за один проход валик шириной до 100 мм. При многоэлектродной наплавке (рис. 9,б) в зону дуги одновременно подаются несколько электродов, подключенных к одному полюсу источника сварочного тока. Дуга периодически перемещается с одного электрода на другой; при этом образуется общая сварочная ванна, формируется широкий валик. При многодуговой наплавке (рис. 9, в) применяется несколько наплавочных аппаратов или один аппарат с изолированными друг от друга несколькими электродами, каждый электрод питается от отдельного источника тока.
При наплавке деталей малого диаметра, глубоких внутренних поверхностей и ряда высоколегированных сплавов затруднено удаление шлаковой корки. Этого недостатка лишена механизированная наплавка открытой дугой и наплавка в защитных газах. При наплавке открытой дугой в качестве электрода используется порошковая проволока. Для защиты металла от кислорода и азота воздуха в ее сердечник вводят, кроме легирующих элементов, газо- и шлакообразующие компоненты и раскислители (при наплавке крупных деталей используют не порошковую проволоку, а ленту). Иногда используют голую легированную проволоку, содержащую в небольших количествах РЗМ
Наплавку в защитных газах чаще выполняют плавящимся электродом. В качестве защитных газов используют углекислый газ, аргон, азот.
Вибродуговая наплавка.

Схема процесса показана на рис.10. Характерной особенностью способа является применение вибрирующего плавящегося электрода. Электрод в виде голой проволоки подается в дугу специальным аппаратом, который обеспечивает вибрацию электрода вдоль его оси. В результате процесс состоит из циклов, в каждом из которых происходят: 1) замыкание электрода с наплавляемой поверхностью; 2) размыкание и образование дуги; 3) подача электрода к изделию до замыкания. Длительность циклов определяется частотой вибрации электрода. Частота вибрации электродов обычно составляет 30 - 100 пер/с; амплитуда -0,75 - 1,0 диаметра электрода. Производительность вибродуговой наплавки мала (0,5 - 3,0 кг/ч), поэтому восстанавливать этим способом крупные детали с большим износом не рекомендуется. На рис. 10: 1- кассета с электродной проволокой;2 - механизм подачи проволоки; 3 - электромагнит вибратора; 4 - вибрирующий рычаг; 5 - опорный узел; 6 - хоботок; 7 -изделие.

Рис.10

Электрошлаковая наплавка (ЭШН)
Схема процесса показана на рис. 11.

Рис.11
В пространстве, образованном наплавляемой поверхностью 6 и формирующим устройством 5, создается ванна расплавленного флюса-шлака 2, в которую непрерывно подается металлический электрод 1. Ток, проходя между электродом и наплавляемым изделием, нагревает расплавленный шлак и поддерживает высокую температуру и электропроводность. Шлак расплавляет электрод и оплавляет поверхность изделия. Ниже шлаковой ванны образуется металлическая ванна 3, которая, затвердевая, дает слой 4, прочно сплавленный с металлом изделия. Процесс наплавки начинают на графитовых, медных или стальных подкладках. Формирующее устройство в виде охлаждаемого водой медного ползуна медленно перемещается вверх с помощью специального механизма.
При электрошлаковой наплавке в качестве электродов используют проволоку, литые стержни и пластины, трубы, в качестве шлака - флюс АН-25. Благодаря применению больших токов (несколько тысяч ампер) достигают очень высокой производительности - до 150 кг наплавленного металла в час. ЭШН плоских поверхностей может производиться при вертикальном, нижнем и наклонном положениях наплавляемой поверхности.
Для торцовой наплавки деталей сложной формы используется прием стыкошлаковой наплавки (рис.12).

Рис.12

Процесс начинается наведением шлаковой ванны на дне водоохлаждаемой формы. Электродом служит хвостовик детали 1 с приваренной пластиной или прутком из легированного металла 2, которые расплавляются в первую очередь. В момент погружения хвостовика 1 в шлак происходит его разогрев, а затем он погружается в металлическую ванну. Таким образом успешно восстанавливают зубья экскаваторов, сверла и метчики большого диаметра и т.п.
Плазменную наплавку применяют в тех случаях, когда необходимо наплавить слой толщиной от 0,5 до 5,0 мм при строго регламентированной доле основного металла. Применяют несколько разновидностей плазменной наплавки. Присадочный материал нужного состава подают в плазменную дугу или выделенную плазменную струю в виде проволоки, ленты спрессованных металлокерамических колец, пластин, пасты или порошка. На рис.13 показана схема плазменной наплавки с токоведущей присадочной проволокой.

Рис.13

Источником тепла для расплавления присадочной проволоки является двухдуговой разряд. Одна дуга (маломощная) горит между вольфрамовым электродом 1 и соплом 2, вторая (основная) - между вольфрамовым электродом и проволокой 4. Через сопло 3 подается защитный газ. Основной металл разогревается теплом перегретого расплавленного металла проволоки и факелом плазменной струи. По этой схеме наплавляются: бронзы, латуни, нержавеющие стали и т.п.
На рис. 14 показана схема плазменно-порошковой наплавки. Порошок нужного состава вдувают в дугу через специальные каналы в горелке. Во внутреннем рабочем сопле 2 формируется плазменная струя, по соплу 3 подается присадочный порошок, а по соплу 4 - защитный газ. Источник 5 служит для зажигания дуги между электродом 1 и соплом 2; в плазменной струе этой дуги плавится порошок. Источник 6 формирует плазменную дугу прямого действия, которая оплавляет поверхность изделия и является дополнительным источником тепла для плавления присадочного порошка. Производительность указанных способов невелика (0,5-10 кг наплавленного металла в час). Более высокой производительностью (до 30 кг/час) обладает плазменная наплавка с подачей в ванну двух плавящихся электродов.

Рис.14

При индукционной наплавке в качестве источника нагрева используются токи высокой частоты. Нагрев осуществляется с помощью индуктора, присоединенного к машинному или ламповому генератору ТВЧ. Практическое применение нашли два способа индукционной наплавки: 1) с использованием твердого присадочного материала, наносимого на наплавляемую поверхность в виде порошка, пасты или прессованных брикетов; 2) с использованием жидкого присадочного материала, расплавляемого в отдельной индукционной печи и определенными порциями подающегося на разогретую поверхность наплавляемой детали. Наплавку твердым присадочным материалом применяют для повышения износостойкости бил и молотков дробилок, лап культиваторов, лемехов плугов (рис.15). На рисунке. 1- деталь, 2 - смесь порошков сплава и флюса, 3 - индуктор. В качестве присадочного материала используют порошок сплава сормайт 1, а также композиции сормайт - релит, сормайт - феррохром. Применяют также индукционную наплавку клапанов двигателей внутреннего сгорания. Присадочный материал в виде литых колец из сплава ВЗК или НХ15С2Р2 укладывают в предварительно проточенную канавку на тарелке клапана, а затем расплавляют с помощью специальных индукторов.

Рис.15

Наплавку жидким присадочным металлом в свою очередь подразделяют на: 1) наплавку заливкой жидкого присадочного сплава; 2) наплавку намораживанием. При наплавке заливкой жидкого металла толщина наплавляемого слоя должна быть более 5 мм, а соотношение массы наплавленного металла к массе металла - основы достигает 30 %. Преимущества этого метода: а) нет необходимости в изготовлении и применении сварочной проволоки, ленты и т.д.; б) возможность наплавки "ненаплавляемых" пар металлов (чугун на чугун, чугун на сталь и др.). При наплавке заливкой жидкого присадочного сплава (рис. 16) наплавляемую деталь 1, поверхность которой покрыта слоем защитного флюса 2, нагревают с помощью индуктора 4 токами высокой частоты и помещают в литейную форму 3; расплавленный металл заливают в пространство между наплавляемой поверхностью и внутренней поверхностью формы. После затвердевания расплав формирует наплавленный слой, имеющий надежное сцепление с металлом - основой.

Рис.16

Разновидностью описанного способа является "дуплекс - заливка". При ее осуществлении по наплавляемой поверхности детали, помешенной в литейную форму, перепускают большое количество расплава. В результате этого поверхность разогревается. Последняя порция расплава кристаллизуется на ней и формирует наплавленный слой. Излишки жидкого металла сливают в стоящую рядом с первой литейную форму.
Наплавкой намораживанием (рис.17) компенсируют износы от 0,5 до 3 мм. При ее осуществлении наплавляемую деталь 1 нагревают в тигле с расплавленным шлаком 2, а затем быстро переносят в тигель с расплавленным присадочным металлом 3 и выдерживают в течение 0,5 - 1,5 секунд. За это время на наплавляемой поверхности кристаллизуется ("намораживается") слой указанной толщины.

Рис.17
Для надежного сплавления присадочного металла с металлом - основой последний должен быть нагрет до температуры, большей tн:
,
где tp , tм.о- температура расплава и металла - основы, соответственно; b2, b1 -теплоаккумулирующие способности жидкого и твердого металлов, соответственно.

ЛЕКЦИЯ 6

Газопламенное нанесение порошковых материалов. Металлизация. Наплавка взрывом. Детонационное нанесение порошковых материалов
Газопламенное нанесение порошков

Основа процесса газопламенного нанесения порошков заключается в пластификации порошка в высокотемпературном источнике тепла, например, ацетилено-кислородном пламени и нанесении его газовым потоком на предварительно подготовленную изношенную поверхность.
Преимущества данного способа восстановления: а) высокая производительность; б) локальность, т.е. выборочное нанесение материала только на изношенную поверхность; в) незначительное воздействие на подложку; г) отсутствие ограничений на сочетание материалов.
В зависимости от назначения и материала детали, условий ее эксплуатации используют следующие методы газопламенного нанесения порошковых материалов:
1. Газопламенное напыление порошка без последующего оплавления. Используется для восстановления износов более 2-х мм на сторону без деформации, искажения или изменения структуры основного металла. Таким образом восстанавливают детали, не подвергающиеся в процессе эксплуатации ударам, знакопеременным нагрузкам, сильному нагреву.
2. Газопламенное напыление порошка с одновременным оплавлением. Используется для восстановления износов 3-5 мм. Восстанавливаются детали, работающие при знакопеременных нагрузках, изготовленные из хромистых конструкционных сталей
3. Газопламенное напыление порошков с последующим оплавлением. Восстанавливают детали типа вала с износом до 2,5 мм на сторону из материалов устойчивых против коррозии, работающие в условиях абразивного изнашивания, действия повышенных температур.
Технологический процесс газопламенного напыления состоит из следующих этапов:
1) нагрев поверхности детали до 200 - 250 ?С,
2) нанесение подслоя;
3) нанесение основных слоев с заданными физикомеханическими свойствами.
Для осуществления процесса используют сварочные горелки, снабженные бункером для порошка. У инжекторного распылительного аппарата (рис. 18) порошок через клапан, размещенный в корпусе аппарата под влиянием всасывающего действия кислорода и горючего газа, протекающего по каналу, попадают в сопло, а затем - в ядро пламени.

Рис.18

Металлизация

Металлизация - это один из распространенных способов получения металлических покрытий поверхностей нанесением на эти поверхности расплавленного металла. Сущность метода заключается в том, что металл, расплавленный дугой (при электрометаллизации) или ацетиленокислородным пламенем и распыленный сжатым воздухом (давлением 0,6 МПа) покрывает поверхность восстанавливаемой детали.
Процесс дуговой металлизации осуществляется металлизатором. Аппарат (см. рис 19) действует

Рис.19

следующим образом: с помощью протяжных роликов по направляющим наконечникам непрерывно подаются две проволоки (1), к которым подведен электрический ток. Дуга, возникающая между проволоками, расплавляет металл. Одновременно по воздушному соплу 5 в зону дуги подается сжатый воздух (давление 0,6 МПа). Скорость движения частиц металла в струе достигает 120 - 300 м/с. Высокая скорость и малое время движения частиц, не превышающее сотых долей секунды, обусловливает пластическое деформирование частиц в момент удара их о твердую поверхность детали 6 и заполнение частицами неровностей и пор, сцепление частиц между собой и поверхностью. Таким образом, формируется сплошное покрытие толщиной от нескольких микрон до 10 мм (обычно для тугоплавких металлов толщина слоя от 1 до 1,5 мм, а для легкоплавких - от 2,5 до 3 мм).
В зависимости от источника расплавления металла металлизацию разделяют на:
1 - газопламенную; 2 - дуговую; 3 - высокочастотную; 4 - плазменную.
Наибольшее распространение на практике нашла дуговая металлизация.
В зависимости от цели восстановления и условий эксплуатации деталей для металлизации применяют проволоки различных марок (табл.1).

Таблица 1. - Марки проволок для дуговой металлизации

Операции Материал проволоки Восстановление поверхностей под неподвижные посадки Стали: 08, 10, 15, 20 Получение износостойких покрытий Стали: 45, У7, У8, У10. Проволоки марок Нп-40, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗОХ13 Металлизация деталей, работающих при высоких температурах Хромоникелевые стали Восстановление подшипников скольжения Антифрикционные сплавы: 50 %А1+50 % Al Заделка трещин, раковин и нанесение антикоррозионных покрытий на чугунные детали Цинк марок Ц1, Ц2 Заделка трещин в деталях из алюминиевых сплавов Сплавы: АД, АМц, АМг
Применяя разнородные материалы проволок можно получить композиционные покрытия. При нанесении слоя покрытия на деталь температура нагрева последней достигает 50 -70 °С, что позволяет наносить металлические покрытия на любые материалы (металлы, пластмассу, дерево, резину).
Недостатками процесса металлизации являются: 1. Металлизированный слой не повышает прочности детали. Поэтому металлизация не годится для восстановления деталей с ослабленным сечением. 2. Сцепляемость покрытия с деталью невысока. Поэтому не следует восстанавливать детали, работающие в условиях: а) сухого трения; б) динамических нагрузок.

Восстановление деталей наплавкой взрывом

<< Пред. стр. 2 (из 4) След. >>

Список литературы по разделу