Сварка ручная дуговая наплавка

Обновлено: 17.05.2024

Наплавку металла при помощи дуговой сварки применяют для восстановления изношенных деталей. Для этого на поверхность изделия наносят металл, накладывая его слоями, обладающими необходимыми физико-механическими свойствами. Для этого применяют различные виды сварки, в том числе и ручную дуговую с плавящимся или неплавящимся электродом.

Основные способы наплавки плавлением:
А — угольным электродом (1), расплавлением сыпучего наплавочного сплава (2);
Б — покрытым электродом (1) или легирующим покрытием (2);
В — неплавящимся вольфрамовым электродом (1) в инертных газах с задействованием присадочного прутка (2);
Г — плавящимся электродом (1) в защитном газе;
Д — сварка плавящейся проволокой (1) под флюсом (2);
Е — лентой плавящейся (1) в защитном газе (под флюсом);
Ж — струей плазмотрона (1) с наложенным или спеченным из порошков наплавочного материала (2);
З —плавящимся электродом (1) с перемещаемым медным ползуном (2), наплавляемая деталь (3); наплавленный слой (4)

Основным достоинством ручной дуговой наплавки является простота и универсальность метода, возможность выполнения сложных наплавочных работ в труднодоступных местах. К недостаткам относят низкую производительность, загазованность в месте производства работ, сложность получения необходимого качества наплавленной поверхности.

Наплавку плавящимся электродом ведут по той же технологии, что и обычную сварку. Перед наплавкой поверхность тщательно зачищают, следя особенно за тем, чтобы не осталось жировых пятен и коррозии. Электроды подбирают, исходя из условий эксплуатации наплавляемой поверхности. Для этого применяют как обычные сварочные электроды, предназначенные для сварки легированных сталей, так и специальные наплавочные электроды, обладающие заданными свойствами. Для наплавки износостойких поверхностей применяют порошковые проволоки с заданным химическим составом. В качестве источников питания для сварочной дуги используют серийные выпрямители и сварочные трансформаторы.

Для наплавки на поверхность металла наносят сварочные валики, покрывая всю плоскость слоем наплавленного металла. Валики наносят поочередно, перекрывая предыдущий на ⅓ его ширины. Для того чтобы увеличить ширину валиков, их можно накладывать поперечными колебаниями, так же как это делают для увеличения сварочного шва. Валики можно накладывать и с некоторыми промежутками один от другого, с последующей наплавкой валиков в промежутках. Промежуточные валики накладывают после снятия шлака с ранее наложенных валиков и тщательной их зачистки.

В отличие от соединительной сварки наплавка имеет некоторые особенности, связанные с тем, что химический состав наплавленного металла существенно отличается от химического состава основного металла. Выходом из сложившейся ситуации может служить тщательный подбор состава плавящихся электродов, которые способны создать требуемую структуру и химический состав наплавленного слоя. Если это сделать не удается, то прибегают к другим методам наплавки: наплавке неплавящимся электродом с расплавлением слоя сыпучего наплавляемого сплава, нанесение легирующих примесей в виде порошков, паст или брикетов, наплавлением в среде защитных газов и т.д. Для этого применяют методы наплавки на автоматическом и полуавтоматическом сварочном оборудовании, на особенностях которого мы остановимся в соответствующих разделах данной книги.

При наплавке любым из указанных методов важно, чтобы основной металл проплавлялся минимально, чтобы были сведены к минимуму остаточные напряжения, деформации и припуски на последующую обработку.

Наплавка твердых сплавов

Материалы для наплавки

Наплавкой называют процесс наплавления на поверхности изделия слоя металла для изменения размеров или придания специальных свойств (твердости, антикоррозионности, износоустойчивости и т. д.). Наплавка может выполняться металлическими штучными электродами, стальной наплавочной проволокой (лентой) и твердыми сплавами.

Твердыми сплавами называют сплавы карбидо- и боридообразующих металлов —хрома, марганца, титана, вольфрама и других с углеродом, бором, железом, кобальтом, никелем и пр. Они могут быть литыми и порошковыми.

К литым твердым сплавам относится прутковый сормайт, поставляемый в виде стержней диаметром 6—7 мм и длиной 400—450 мм, содержащий 25—31% хрома, 3—5% никеля, 2,5-3,3% углерода, 2,8—3,5% кремния, до 1,5% марганца, до 0,07% серы и 0,08% фосфора, остальное — железо, а также другие сплавы. Литые твердые сплавы применяют для наплавки штампов, измерительного инструмента, деталей станков и механизмов, работающих в условиях интенсивного износа. Наплавку ведут ацетилено-кислородным пламенем, угольным электродом, а также вольфрамовым электродом в среде аргона.

К порошкообразным твердым сплавам относятся сталинит и сормайт. Порошкообразный сталинит содержит 24—26% хрома, 6—8,5% марганца, 7—10% углерода, до 3% кремния, до 0,5% серы и фосфора, остальное — железо.

Металлические электроды для дуговой наплавки изготовляют по ГОСТ 10051—75, согласно которому электроды классифицируются в зависимости от химического состава и твердости наплавленного металла.

Виды наплавки

В настоящее время в промышленности используется большое количество различных видов наплавки.

Ручная дуговая наплавка . Наплавка выполняете металлическими плавящимися одиночными электродами, пучком электродов, лежачими пластинчатыми электродами, трубчатыми электродами, дугой прямого и косвенного действия и трехфазной дугой.

Наплавку электродами можно выполнять во всех пространственных положениях. Она выполняется путем последовательного наложения валиков, наплавляемых при расплавлении электрода, на поверхность изделия. Наплавляемая поверхность при этом должна быть чистой (зачищена до металлического блеска). Поверхность каждого наложенного валика и место для наложения следующего валика также тщательно зачищают от шлака, окалины и брызг. Для получения сплошного монолитного слоя наплавленного металла каждый последующий валик должен перекрывать предыдущий на 1/3 — 1/2своей ширины.

Толщина однослойной наплавки составляет 3—6 мм. Если необходимо наплавить слой толщиной более 6 мм, перпендикулярно первому наплавляют второй слой валиков. При этом первый слой валиков должен быть тщательно очищен от брызг, окалины, шлаковых включений и других загрязнений.

Дуговая наплавка под флюсом

По способу выполнения может быть автоматической или полуавтоматической, а по количеству применяемых проволок — одноэлектродной и многоэлектродной. Применяемые для наплавки под флюсом наплавочные проволоки по конструкции разделяют на сплошные и порошковые, а по форме — на круглые и ленточные.

Дуговая наплавка в защитных газах вольфрамовым (неплавящимся) и проволочным металлическим (плавящимся) электродом. Для защиты дуги используют аргон, азот, водород и углекислый газ. Производительность труда при наплавке оценивают массой или площадью (размерами) наплавленного металла.

Вибродуговая наплавка

Эта наплавка является разновидностью электрической дуговой наплавки металлическим электродом и выполняется путем вибрации электрода. Амплитуда вибрации находится в пределах от 0,75 до 1,0 диаметра электродной проволоки.

Электрошлаковая наплавка

Отличительной особенностью этого способа наплавки является высокая производительность, при которой могут быть достигнуты не только десятки, но и сотни килограммов наплавленного металла в час. Наплавка производится с принудительным формированием металла за один проход. Электроды применяются практически любого сечения: прутки, пластины и т. п. Глубину проплавления основного металла можно регулировать в широких пределах.

Наплавка открытой дугой

Для этой цели применяют порошковую проволоку с внутренней защитой, которая позволяет расширить область применения механизированной износостойкой наплавки. При наплавке этой проволокой применение флюса или защитного газа не требуется, поэтому способ отличается простотой и маневренностью и создается возможность восстановления деталей сложной формы, глубоких внутренних поверхностей, деталей малых диаметров и пр. В настоящее время имеются различные конструкции аппаратуры, а также разработана технология упрочения деталей широкой номенклатуры. Расход проволоки составляет 1,15—1,35 кг на 1 кг наплавленного металла. Производительность при полуавтоматической наплавке повышается в 2—3 раза по сравнению с наплавкой штучными электродами.

Плазменная наплавка

При плазменной наплавке источником тепла является высокотемпературная сжатая дуга, получаемая в специальных горелках. Большое применение получили плазменные горелки с дугой прямого действия, горящей между неплавящимся вольфрамовым электродом и наплавляемым изделием. Иногда применяют горелки комбинированного типа, в которых от одного электрода одновременно горят две дуги —прямого и косвенного действия.

Присадочным материалом при этом способе наплавки служит проволока, лента, порошок и пр. Практический интерес представляет прежде всего наплавка с присадкой мелкозернистого порошка. В этом случае применяется плазменная горелка комбинированного типа. Порошок при помощи транспортирующего газа подается из питателя в горелку и там вдувается в дугу. За время пребывания в дуге большая часть порошка успевает расплавиться, так что на наплавляемую поверхность попадают уже капельки жидкого присадочного материала.

Технология наплавки

Перед началом наплавки устанавливают высоту наплавочного слоя. Перед наплавкой, как и перед сваркой, поверхность, подлежащая наплавке, должна быть очищена от грязи, ржавчины, окалины, масла и влаги. При наложении первого слоя наплавки стремятся каждый предыдущий валик перекрывать на 25—30% его ширины, сохраняя при этом постоянство его высоты.
При необходимости увеличить высоту наплавочного валика, производят наплавку следующего валика, очистив перед наплавкой наплавленный слой от неметаллических включений и шлака, образованных при наложении предыдущего слоя.

В зависимости от марки металла наплавка может производиться без подогрева изделия и с предварительным подогревом. Основными требованиями, предъявляемыми к качеству наплавки, являются: надежное сплавление основного металла с наплавленным; отсутствие дефектов в наплавленном металле; идентичность свойств наплавленного металла.

Надежное сплавление наплавки с основным металлом обеспечивается подбором силы тока, что для наплавочных установок с постоянной скоростью подачи электрода соответствует подбору скорости подачи проволоки или ленты.

Электродуговые способы наплавки. Ручная дуговая наплавка

Дуговая наплавка покрытыми электродами является наиболее распространенным способом ремонта (восстановления формы и размеров) деталей автомобилей, тракторов и других машин и механизмов вследствие простоты ее осуществления и мобильности оборудования. Наплавку осуществляют обычно вручную, поэтому такой способ называют также ручной дуговой наплавкой.

Электродное покрытие служит для защиты ванны жидкого металла от кислорода и азота воздуха, стабилизации дуги, повышения технологичности процесса наплавки и введения легирующих элементов в состав наплавленного металла. Применяют следующие виды электродного покрытия: ильменитовое с содержанием более 30 % ильменита (FeO × TiO2); высокоцеллюлозное с содержанием 20…30 % целлюлозы; карбонатно-рутиловое; основное (фтористо-кальциевое), основными компонентами которого являются карбонат кальция и флюорит; высокорутиловые с содержанием до 35 % рутила (TiO2).

Дуговая наплавка покрытыми электродами отличается низкой стоимостью оборудования, возможностью выполнения наплавки вручную (рис. 1).

Рис. 1. Схема ручной дуговой наплавки покрытым электродом: 1 – изделие; 2 – сварочная ванна; 3 – электрическая дуга; 4 – наплавленный валик; 5 – покрытый электрод; 6 – электрододержатель

1. Выбор электродов для наплавки

Выбранные для наплавки конкретных изделий электроды должны обеспечивать получение требуемых свойств поверхности детали и давать наплавленный металл высокой износостойкости, необходимой вязкости, который должен удовлетворительно обрабатываться механическим способом. Электроды должны обладать хорошими сварочно-технологическими свойствами и быть достаточно дешевыми.

Свойства наплавленного металла в основном определяются его химическим составом и термообработкой. Химический состав наплавленного слоя изменяется за счет введения легирующих компонентов. Наиболее дешевыми и доступными из них являются углерод, марганец, хром, кремний, титан и бор. Они повышают твердость и износостойкость металла при истирании. Марганец и хром при введении их в малоуглеродистую сталь в количестве от 8 до 27 % повышают ее износостойкость в 4…5 раз. Высокомарганцовистая сталь хорошо работает при высоких ударных нагрузках. Углеродистая высокохромистая сталь (хрома более 12 %) обладает малой ударной вязкостью, поэтому ее не следует применять при наплавке деталей, работающих при ударных нагрузках. При ручной дуговой наплавке покрытыми электродами легирование наплавленного валика осуществляется либо через электродное покрытие, в состав которого входят легирующие компоненты, либо с помощью электродного стержня, изготовленного из легированной сварочной проволоки.

Наплавка изношенных деталей машин, изготовленных из углеродистых или легированных сталей и не подвергающихся после наплавки термообработке, производится электродами любой соответствующей основному металлу марки, обеспечивающими необходимую твердость и износостойкость наплавленного металла. Если же восстановленные детали подвергаются термообработке, то наплавка их производится такими электродами, наплавленный металл которых допускает эту обработку без снижения твердости и других механических свойств, например электродами ЦН-2,03H-250, 03H-300. В наплавленном металле стальных деталей, подвергающихся закалке, должно быть не менее 0,30 % углерода, чтобы металл мог воспринимать закалку.

Электроды для наплавочных работ в зависимости от химического состава и твердости наплавленного металла делятся на типы, а в зависимости от химического состава покрытия – на марки. Электроды, применяемые для наплавочных работ, разделяют на следующие группы (характеристики электродов приведены в прил. 1).

Для наплавки деталей, работающих на износ при обычных температурах, применяют электроды ОЗН-250, ОЗН-300, ОЗН-350, 03H-400, Т-590, ЦН-250. Металл, наплавленный этими электродами, имеет среднюю и высокую твердость, удовлетворительную пластичность и вязкость и относится к перлитному классу. Наплавленный металл в зависимости от химического состава может подвергаться или не подвергаться термообработке. Такие электроды применяются для наплавки валов, осей, автосцепок, крестовин, зубьев экскаваторов, лемехов, ножей бульдозеров, катков и звездочек тракторов, колес подвижного состава и т. д.
Для наплавки деталей, работающих на износ при повышенных температурах, применяют электроды ЦШ-1, ЦШ-2, ЦШ-3, ЦН-4, ЦН-5, 03H-I, НЖ-2, ЭН-60М. Эти электроды дают в наплавленном слое перлитную хромовольфрамовую или хромомарганцевую сталь. Применяется для наплавки штампов горячей штамповки, деталей кузнечно-прессового оборудования. Как правило, наплавленные изделия перед механической обработкой отжигаются, а после нее подвергаются закалке и высокому отпуску.
Электроды для наплавки режущего инструмента: ЦН-1М, T-216, Т-268, Т-293, ОЗИ-5, ОЗИ-6. Они дают наплавленный металл типа быстрорежущей стали.
Электроды, предназначенные для наплавки эрозионно-стойких поверхностей деталей, работающих при высоких температурах и в агрессивных средах: ЦН-2, ЦН-3, ЦН-6, ЦН-8. Применяются для наплавки деталей арматуры паровых котлов, насосов и турбин парогенераторов. В наплавленном слое такие электроды дают структуру стеллитов или сормайтов.
Электроды, предназначенные для сварочных работ: ЦМ-7, УОНИ 13/45, МР-3, АНО-4. Они дают наплавленный металл с высокой твердостью, но не могут существенно повысить износостойкость детали и дают возможность только восстановить размеры и форму детали.

2. Техника наплавки покрытыми электродами стальных изделий

Наплавка малоуглеродистых и низколегированных сталей производится обычным способом при обычных условиях. Во время наплавки электрод должен быть наклонен под углом 15…20° к вертикали во избежание попадания жидкого шлака на еще не расплавленный основной металл. Наплавка должна осуществляться углом назад (рис. 2, а).

Для получения узкого валика шириной до 1,5 диаметра электрода электрод при наплавке перемещают прямолинейно без поперечных колебаний.

Рис. 2. Техника наплавки: а – углом назад; б – с поперечными колебаниями

Однако из-за высокой скорости охлаждения в металле наплавки могут остаться не успевшие выделиться газы и шлаковые включения. С целью устранения таких дефектов при наплавке накладываются более широкие валики, которые получаются при поперечном перемещении конца электрода (рис. 2, б). Такой прием увеличивает прогрев кромок валика и замедляет скорость охлаждения сварочной ванны, что уменьшает вероятность появления дефектов,

Наплавка более широких слоев и большей высоты наплавленного слоя может осуществляться пучком электродов. Он представляет собой несколько сложенных вместе электродов, скрепленных между собой обвязкой и прихватками. В случае необходимости наплавки низкими и широкими валиками применяют пучки из двух или трех электродов, скомпонованных в ряд. Для наплавки более узкими, но высокими валиками применяют пучки из трех электродов, скомпонованных треугольником, или четырех электродов (рис. 3).

Рис. 3. Пучки электродов для наплавки

Наплавка должна выполняться короткой дугой, валики накладывают так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий на 1/2 или 1/3 своей ширины. По высоте слой наплавленного металла устанавливается из расчета, чтобы припуск на механическую обработку составил 2…3 мм. Значение силы тока при наплавке определяется в зависимости от диаметра электрода по формуле J = (30…50)dэ, где J – сила тока; dэ – диаметр стержня электрода.

Между толщиной слоя наплавленного металла, диаметром электрода, числом слоев наплавки и силой тока рекомендуется выдерживать следующие соотношения (табл. 4).

При окончании наплавки усадочный кратер необходимо выводить за пределы рабочей наплавляемой поверхности, используя для этой цели приставные планки. После наложения каждого валика с поверхности наплавки удаляются шлак и брызги металла. При наплавке среднеи высокоуглеродистых сталей рекомендуется предварительный подогрев металла до температуры 350°. Изделия, подвергнутые ранее термообработке (закалка), перед наплавкой отжигают, после наплавки рекомендуется производить высокий отпуск наплавленного слоя.

Наплавка металла: виды и способы

Наплавка металла электродом - что это такое? Это одна из наиболее часто применяемых на практике технологий обработки заготовок. Сегодня мы обратим на нее внимание. Рассмотрим, какими способами проводится, что за детали можно восстанавливать теми или иными ее методами. Информация нужна, чтобы вы понимали важность станков, ее выполняющих, и могли выбрать оборудование, лучше всего подходящее для решения конкретно ваших задач.

Сразу отметим, зачем нужна такая работа:

для возврата исходного качества уже изношенной поверхности;
для утолщения и упрочнения рабочих плоскостей;
для создания биметаллических структур – пар с медью, чугуном, бронзой или с хромом, кобальтом, никелем.

При правильном подборе материалов и строгом соблюдении техпроцесса удается обеспечить готовому изделию необходимые физико-химические характеристики.

По своей сути, наплавка – это разновидность сварки, потому что принципы их проведения во многом сходны. Отличие в используемых инструментах и решаемых задачах. Если в первом случае, как правило, нужно добиться прочного сцепления двух соединяемых деталей или устранить повреждение, то во втором зачастую еще и необходимо определенным образом изменить состав основного слоя, придать ему новые свойства.

При этом оба вида работ настолько актуальны, что для их проведения создают и совершенствуют специальные станки. Передовые мобильные наплавочные станки представлены у целого ряда производителей, например, у ижевского завода «Сармат»: НК450 и НК750, а также у расточных комплексов РНК и РНК-2. Они отличаются надежностью, удобной скоростью подачи, широким диапазоном регулировки. Также они мобильны, что расширяет сферу их применения.

Особенности технологии наплавки

Как процесс, она представляет собой нанесение предварительно расплавленного металла на поверхность элемента – равномерно, узкими полосками, так, чтобы два материала надежно сцепились в сплошной слой. Толщина последнего зависит от того, для чего предназначено покрытие: защитное может быть тонким и составлять десятые доли мм, а восстанавливающее – доходить до 10 мм. Важно, чтобы сохранялся запас, достаточный для последующей расточки или фрезерования заготовки.

Также необходимо соблюдать следующие требования:

как можно меньше проплавлять саму деталь;
минимизировать деформации и остаточные напряжения на участке стыка;
по максимуму понижать припуски, оставляя их приемлемыми.

Методы наплавки металла

Важно выбрать способ, который будет достаточно простым, быстрым и безопасным в реализации и при этом обеспечит качество соединения, предотвращая возможную деформацию. Понимая это, мы предлагаем вашему вниманию только актуальные варианты с экономичным расходом материала, энергии, трудовых затрат. Большинство из них предназначены для работы со стальными деталями, на поверхность которых необходимо нанести покрытие из цветмета. Рассмотрим каждый – с его характерными особенностями, преимуществами, недостатками (если они есть), применяемым оборудованием – чтобы вы могли сделать выбор.

Электродуговая наплавка

Может быть двух видов:

Ручная – используются обычные инверторы и выпрямители, минус которых заведен на заготовку, а плюс – на электрод. Такая сборка, несмотря на свою простоту, эффективно снижает общий нагрев и неглубоко проплавляет основной слой. При добавлении смеси-присадки можно равномерно упрочнить обрабатываемую поверхность.
Механизированная. Работа производится с помощью сварочных полуавтоматов, подающих сплошную или порошковую проволоку, позволяя работать под флюсом. Среди достоинств – высокая производительность и отличное качество стыка: если аккуратно зачистить участок прямошлифовальной машинкой и подогреть его, шов получится идеально ровным.

Вибродуговой метод наплавления с применением проволоки

Позволяет наносить цветные металлы тонким слоем (до 1 мм), практически не нагревая при этом основное покрытие. В течение непрерывного процесса электрод с амплитудой 0,3-3 мм и частотой до 100 Гц совершает колебания по направлению к оси. Таким образом он создает дугу на протяжении 1/5 от общего времени технологического цикла и переносящую на рабочую поверхность малый объем цветмета. Результат – качественный стык без глубокого провара и негативного теплового воздействия.

Выполняется полуавтоматами, снабженными электромеханикой с прерывистой подачей проволоки диаметром 1,6-2 мм. Проводить работы необходимо в защитной среде, состоящей из водного раствора, безопасного газа или пены.

Газопламенная (газовая) наплавка

Наиболее простой, а значит и традиционно используемый, доступный метод обработки, обладающий следующими особенностями:

пропан-бутановая смесь или горящий ацетилен в качестве источника тепла;
проволока или прутки (подаваемые вручную или механизированным путем) в роли присадки;
смесь на базе борной кислоты или буры для флюсов.

При этом мелкие детали приваривают сразу, а крупные – предварительно разогревают до температуры 500 0С и выше. Также полезными добавками могут быть порошковые смеси, их тоже допустимо вводить, направляя в струю пламени, чтобы они мелкими каплями оседали на рабочей поверхности.

Выполняется на плазмотронах – специальных аппаратах для сварки, оборудованных мощной горелкой, активное вещество в которой достигает нескольких тысяч градусов по Цельсию.

Естественно, в таком случае нужно обезопаситься от любых контактов, поэтому присадки подаются только механизированным путем. В их роли, кстати, могут выступать как гранулированные, так и более традиционные порошковые составы.

Объективные преимущества – неглубокий провар и однородная структура получающегося стыковочного слоя. Минусом можно считать относительную дороговизну плазмы и тот факт, что она разогревается до таких серьезных температур.

Электрошлаковая наплавка

Представляет собой термический процесс, в ходе которого:

полезная добавка доходит до нужной вязкости в шлаковой ванне – емкости с катализатором, передвигаемой вдоль заготовки;
в этот резервуар помещается электрод или гранулированный присадочный состав;
осуществляется повышение температуры, причем под флюсом и шлаком, которые становятся своеобразным защитным слоем, предохраняющим рабочий участок от вредного воздействия газа.

Ванна расположена вертикально – чтобы воздушные пузырьки сразу всплывали и не образовывали пор. Разбрызгивания и потерь тепла тоже нет (из-за образующегося на третьем шаге буфера) – это очень экономичный вариант. Единственный минус в том, что он сравнительно трудоемок и слабо подходит для деталей со сложной конфигурацией и/или малым размером.

Лазерная наплавка поверхности металла

У этого способа тот же принцип, что и у плазменного или газового. Состав присадки тот же, есть порошок и флюс, разница только в доведении ее до нужной вязкости – это осуществляется при помощи узконаправленного излучения. Его испускает специальная головка, у которой также есть:

сопло – в нем нагревается поток газа;
инжектор – он впрыскивает полезную добавку.

Это вариант с максимальной точностью результата, отличающийся стабильным качеством получаемого покрытия, но он и наиболее дорог в использовании, поэтому актуален в самых ответственных случаях, например, при производстве функциональных узлов прецизионного оборудования.

Индукционный метод наплавления

Реализуется по следующей схеме:

цветмет вместе с флюсом наносится на рабочий участок;
над ними располагают медную трубку в несколько витков – индуктор – и напряжение с высокой частотой;
возникают вихревые токи, сваривающие основу и присадку в единое целое.

Налицо впечатляющая производительность при достаточно небольшом нагреве.

Электроискровая наплавка

Технология основана на воздействии кратковременных разрядов тока и позволяет наносить ультратонкие покрытия (толщиной буквально в несколько мкм). Претворяется в жизнь на специальной установке с осциллятором. Заготовку в ней заводят на минус, электрод – на плюс. При разрядах частицы материала вырываются и свариваются в плотный мелкопористый шов.

Вариант сравнительно недорогой и удобен тем, что нагрев поверхности практически отсутствует – изменения структуры или деформации попросту нет, даже окисления не наблюдается. Это максимизирует срок службы обработанного изделия.

Виды наплавки металла по деталям

Есть настолько распространенные части механизмов, что унифицированным стал не только их выпуск, но даже ремонт. Специфику их восстановления мы и рассмотрим ниже.

Шестерня зубьев

Актуальна, когда ломается не больше 2 подряд идущих резцов. В этом случае нужно:

вырезать дефективные элементы;
просверлить пару отверстий в получившемся зазоре и сделать резьбу;
изготовить шпильки и ввернуть их в посадочные места;
наплавить электросваркой металл и сформировать из него зуб.

Также допустимо использовать специальные электроды – ОЗН-300 или их аналоги. Важно хорошо очистить шестеренку перед выполнением работ.

Если из строя вышло сразу несколько резцов, можно попытаться восстановить их изношенные стороны с помощью Сормайта, приварив его с применением ЦС-1 или ЦС-2. Место стыка затем нужно отшлифовать. Еще один вариант – сталинит, размягчать который следует при постоянном обратном токе, а наносить – с бурой в роли флюса, слоем в 3-4 мм. Если необходимо отремонтировать торцы зубьев, сделать это лучше автоматическим путем, с порошковой проволокой в качестве присадки.

Рельсовые концы

Элементы железнодорожного полотна неизбежно деформируются под воздействием ударных нагрузок от ЖД-транспорта. Поэтому им требуется возвращать исходную геометрию, и сделать это можно несколькими способами:

Вручную, дуговой сваркой – с использованием штучных К-2-55 или ОЗН-330, с наложением валиков поперек, вдоль или диагонально. Ширина стыка зависит от силы тока, сечения стержня и других сопутствующих факторов.
Полуавтоматически, электродуговым методом: в данном случае наплавленный металл – это порошковая самозащитная проволока. Это самый производительный и стабильный вариант из трех, но требующий наличия определенного оборудования.
Пучком – начиная с торца, с отступом, возбуждая дугу по внутренней стороне. Кратер заделывается при стыковке концов валиков (с перекрытием в 15-20% ширины).

Что бы вы ни выбрали, нужно провести обработку правильно, то есть измерить дефект, подготовить станок, зашлифовать место и подогреть его, выполнить основную работу, дождаться естественного остывания и зачистить абразивом для достижения необходимой гладкости.

Цилиндры и плоскости

Восстановление деталей наплавкой в этом случае можно выполнять одним из двух способов:

Электродами с обмазкой – валиками, либо продольно, либо вкруговую, либо по винтовой линии. Первый вариант подходит для длинных, но малых в диаметре элементов, второй подразумевает постоянные повороты заготовки, третий – ее равномерное вращение.
Автоматически под флюсом – таким образом получается прочное покрытие, особенно если использовать качественную порошковую проволоку или ленту. Наносить присадку можно как по оси, так и по спирали.

Металлорежущий инструмент и штампы

Здесь актуальна дуговая сварка:

ручная – с применением ОЗИ-3, 5 или 6, или ЦИ-1М, или ЦС-1;
полуавтоматическая или полностью механизированная – с использованием легированной проволоки, паст, флюсов.

Детали, работающие на истирание как под ударными нагрузками, так и без них

Если какое-то изделие эксплуатируется очень интенсивно и испытывает значительные физические воздействия, рекомендуется использовать следующие электроды:

ОМГ-Н – полностью соответствует ГОСТам;
ОЗН (7М, 300М, 400М) – поверхность будет отличаться твердостью, стойкостью к износу и трещинам;
ЦНИИН-4 – доступный, популярный, недорогой;
Т-590, Т-620 – дают повышенную прочность, покрывая особым ферро-слоем.

Нержавеющая сталь

В данном случае лучшие материалы для наплавки – стержни из высоколегированной проволоки серии ЦН (6Л или 12М-67). Полученный благодаря им стык обладает антикоррозионными свойствами и не станет собирать задиры – очень удобное решение для арматуры. Возможно, придется проводить предварительный прогрев и дальнейшую термообработку.

Чугун и его сплавы

Здесь популярны следующие варианты электродов:

ОЗЧ-2 – для серых и ковких сортов;
ЦЧ-4 – легко зажигаются, стабильно горят, обеспечивают малое разбрызгивание;
ОЗЖН (1 и 2) – для высокопрочных марок;
МНЧ-2 – делают стык плотным и аккуратным после чистовой обработки.

Медь и ее сплавы (бронза)

В этом случае актуальны прутки, состав которых сходен с основным материалом, или стержни серии Комсомолец-100. Рекомендован нагрев до 300-500 градусов Цельсия и проковка, если температура превысит этот показатель.

При использовании бронзы хорошо себя показывают ОЗБ-2М: они дают высокую износостойкость. Работу нужно проводить под постоянным током с обратной полярностью.

Алюминий и материалы на его основе

Наиболее востребован дуговой способ наплавки металла – электродами ОЗА (дают антикоррозионные свойства), УАНА или ОЗАНА (не позволяют образоваться оксидной пленке).

Чтобы упростить регулировку структуры, берут порошковые стержни, потому что они повышают практические характеристики готового покрытия.

Применяемое оборудование

Эту нишу занимают станки, которые отличаются от сварочных установок наличием дополнительных устройств, подающих и распределяющих присадки. Они могут обеспечивать нанесение прутками, проволокой, через сопло, поддерживать функцию центробежного распределения или спиральной укладки.

В качестве примера можно привести модели ижевского производителя «Сармат»: НК450 и НК750 осуществляют восстановление отверстий наплавкой, подходят как для плоских заготовок, так и для сложных форм или тел вращения. Отличаются мобильностью, высокой производительностью и точностью, возможностью регулировки скорости.

Расход материалов

Его нужно уметь рассчитывать, чтобы определить стоимость готовой детали (или партии). Зная, сколько расходников понадобится, вы сможете обеспечить непрерывный производственный процесс.

При сварке этот показатель берется на 1 м шва. Следует воспользоваться формулой:

G = F x L x y, где:

F – площадь сечения стыка, мм2;
L – длина созданного покрытия;
y – удельная масса выбранной присадки, г/см3.

Расход стержней тоже необходимо учитывать, но сделать это проще, ведь этот показатель для каждой марки стабилен и составляет 1,4-1,8 кг на 1 кг присадки.

Электроды для наплавки

Сегодня, в силу актуальности, существует огромное их разнообразие как от российских заводов-изготовителей, так и от зарубежных брендов. В числе наиболее ходовых вариантов: серии ЛЭЗ, СЗСМ, СпецЭлекторд (Москва, Волгодонск), Lincoln Electric ESAB и другие. Можно без труда выбрать наиболее подходящие стержни для создания нужного покрытия.

Теперь вы знаете, чем дуговая сварка отличается от плазменной или газопламенной, и в каких случаях стоит отдать предпочтение первой, второй или третьей. Также мы постарались как можно более подробно осветить вопросы восстановления деталей, наплавки металла электродами, технологии создания прочных стыков на стали, чугуне, алюминии. Мы позаботились о том, чтобы у вас была вся информация для работы на качественных станках вроде НК450 и НК750 от завода «Сармат».

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

По статистике при восстановлении деталей в 60% случаев используется сварка и наплавка. Сваркой устраняют механические повреждения. Наплавкой восстанавливают изношенные поверхности деталей.

Сущность восстановления сваркой и наплавкой

Оба метода основаны на тепловом воздействии, отличаются только настройки используемого оборудования. Наплавка ― это нанесение на поверхность деталей слоя из сплава основного и присадочного металла. Наплавкой восстанавливают не только геометрические размеры, но также наносят покрытия для повышения жаростойкости, прочности, износоустойчивости и т. д. Процедура выполнятся на поверхности любой формы― от плоской до конической и сферической.

Сварка ― это процесс создания соединения металлических элементов методом плавления или давления. Этим способом заделывают трещины, сколы, отверстия от пробоин, крепят отломившиеся элементы. С такими повреждениями рам, поддонов, кузовов, обоих мостов постоянно сталкиваются при ремонте автомобилей. Сварку также применяют совместно с другими восстановительными процедурами.

Для качественного восстановления деталей сваркой и наплавкой необходимо:

не допускать сильного смешивания основного металла с наносимым;
плавить основной металл на минимальную глубину;
не делать больших припусков на последующую обработку;
принимать меры по снижению остаточных напряжений и деформации.

Подготовка деталей

Перед восстановлением детали сваркой или наплавкой с поверхности удаляют ржавчину, окалину, грязь металлической щеткой или пескоструйной обработкой до блеска. Обезжиривание выполняют растворителем или нагревом поверхности до 300⁰C. На кромках закрепляемых элементов снимают фаски. У трещин разделывают края под углом 120 — 140⁰, на концах сверлят отверстия диаметром 3 — 4 мм. Глухие трещины углубляют насквозь, чтобы газы при сварке не образовывали поры.

С деталей, которые уже восстанавливались, сначала удаляют остатки нанесенного ранее слоя. Затем проводят процедуру очистки. Если износ не больше 1 мм, с места восстановления снимают слой на глубину 0,5 — 1 мм шлифовальным кругом или резцом. Это обеспечит однородность структуры нанесенного сплава.

Электродуговая сварка и наплавка

Это самая распространенная технология восстановления в промышленности и на дому. Она легко выполняется на обычном сварочном оборудовании. Работу выполняют плавящимися покрытыми электродами и неплавящимися с присадочной проволокой.

Качество конечного результата определяется параметрами электродов. Для ремонта сваркой площадь поперечного сечения стержней выбирают в зависимости от размера повреждения, толщины металла. Для создания слоя с заданными параметрами выбирают марки электродов с легирующими присадками. Они могут содержаться в металле и обмазке стержней.

Наплавку на детали из низкоуглеродистых сталей, которые не подвергались термической обработке, проводят сварочными электродами. Форму изделий из закаленной легированной, высокоуглеродистой стали восстанавливают наплавочными электродами с присадками или стержнями из твердых сплавов. Ими же наносят слои на режущие кромки инструмента для обработки металла.

Важно!

Для предотвращения деформирования, детали из высокоуглеродистой легированной стали предварительно нагревают до 300⁰C.

После окончания работы проводят отпуск для снятия внутренних напряжений в сварочных швах. Для низкоуглеродистой, низколегированной стали предварительный нагрев не требуется.

На цилиндрическую поверхность валики накладывают тремя способами:

в виде спиралей;
в форме замкнутых окружностей;
параллельно оси вращения.

На плоские поверхности наплавляют рядом расположенные широкие валики либо узкие с перекрытием 0,3 — 0,5 по ширине. На место большого износа сначала накладывают слой из низколегированной стали. Наплавку и сварку элементов небольшой толщины выполняют на постоянном токе обратной полярности. Толстостенные детали сваривают переменным или постоянным током с прямой полярностью.

Восстановление деталей в среде защитных газов

Этим способом восстанавливают детали наплавкой и сваркой толщиной от 0,6 мм и валов диаметром до 5 см. Поступающий под давлением к месту сварки газ защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом. Самые качественные швы получаются в среде аргона или гелия, однако из-за их высокой цены чаще пользуются углекислым газом. В среде азота восстанавливают детали из меди.

При нагреве до высокой температуры из углекислого газа выделяется кислород, который способствует выгоранию углерода, марганца, кремния. Поэтому для работы со сталью применяют сварочную или присадочную проволоку с высоким содержанием этих элементов. Выбор диаметра в диапазоне 0,5 — 2,5 мм зависит от толщины деталей. Наплавку на нержавеющую сталь проводят проволокой из нержавейки, желательно той же марки.

Восстановление в среде углекислого газа выполняют на постоянном токе обратной полярности. Чтобы процесс протекал стабильно, выбирают сварочное оборудование с жесткими характеристиками. Автоматической наплавкой восстанавливают детали диаметром от 10 мм из низкоуглеродистых сортов стали.

Подачу проволоки настраивают так, чтобы не возникали короткие замыкания или обрывы дуги. Скорость наплавки определяется по толщине создаваемого слоя. Валики накладывают с шагом 2,5 — 3,5 мм.

Сварка и наплавка под слоем флюса

Восстановление этим способом проводят электрической дугой, которая горит под расплавленным флюсом. Таким образом, создается эластичная оболочка, защищающая расплавленный металл от соприкосновения с воздухом. Флюсы также поддерживают стабильность горения дуги, раскисляют, легируют, рафинируют наплавляемый металл.

Для сварки и наплавки применяют два вида флюсов:

Керамические, состоящие из металлических и неметаллических компонентов, что позволяет проводить легирование в большом диапазоне.
Плавленые не содержат металлических компонентов, поэтому возможности легирования ограничены десятыми долями процента. По сравнению с керамическими видами эти флюсы дешевле, лучше защищают, со швов легче отделяется шлак. Плавлеными флюсами с высоким содержанием кремния пользуются при нанесении слоев из углеродистых, низколегированных сортов стали.

Наплавку металла под флюсом проводят сварочной проволокой без покрытия. Диаметр (1 — 6 мм) определяют по толщине создаваемого слоя, формы валиков, габаритов деталей. Чтобы увеличить производительность, восстановление ведут ленточными электродами шириной до 10 см или одновременно двумя проволоками с подачей разными механизмами.

Восстановление выполняют на постоянном токе с обратной полярностью. На круглых деталях валики располагают с шагом 2 — 6 диаметра проволоки. Для уменьшения деформации на плоской поверхности наплавку ведут через валик или поочередно на разных участках.

Другие способы восстановления

Также популярны альтернативные методы восстановления:

Вибродуговая наплавка отличается от обычной электросварки тем, что электрод кроме поступательного движения совершает перпендикулярные колебания частотой 90 — 100 кол/сек. В ходе процесса металл переносится мелкими каплями в сварочную ванну небольшого размера. Этим достигается незначительная глубина проплава, высокая прочность сцепления материала электрода с металлом детали.
Пламенная наплавка проводится за счет нагрева основного металла и присадочной проволоки струей ионизированного газа, направляемой в рабочую зону соплом горелки.
Электроконтактную наплавку выполняют методом пластической деформацией после нагрева металла детали и присадочного материала импульсным током. Отличается высокой производительностью (до 150 см²/мин), незначительным термическим воздействием, малым проплавлением.

Перспективными считают способы наплавки (сварки), прошедшие экспериментальную проверку:

электронно-лучевая;
высокочастотным током;
лазерная;
пропиткой композиционных сплавов;
взрывом;
самораспространяющимся высокотемпературным синтезом.

Особенности восстановления деталей из чугуна

Сложность восстановления чугунных деталей связана с тем, что при быстром остывании шов становится чрезмерно хрупким, так как в металле остается много углерода. Поскольку у материалов деталей и швов коэффициенты усадки разные, во время и после окончания сварки образуются трещины. При высокой температуре углерод и кремний выгорают с образованием шлака и газов, которые при быстром остывании остаются внутри швов в виде пор, включений.

Для получения прочных однородных швов восстановление выполняют методом горячей сварки. Деталь предварительно медленно нагревают до 650 — 700⁰C в течение 1,5 — 2 часов в печи. Затем переносят в термос, чтобы температура во время работы не упала ниже отметки 500⁰C. Сварку или нанесение слоя ведут через люк. После окончания восстановления деталь отжигают при 600 — 650⁰C в печи или термосе. Инструкция рекомендует снижать температуру со скоростью 50 — 100⁰C/час.

Обратите внимание!

Если ремонт выполняют газовой горелкой, в качестве присадочного материала применяют стержни из чугуна.

Электросварку проводят чугунными электродами с покрытием, в состав которого входит до 50% графита. Из-за низкой производительности, сложности оборудования, этим способом пользуются редко.

Восстановление холодной сваркой выполняют без предварительного нагрева. Поэтому принимают меры для предотвращения деформирования и образования дефектов. Газовой горелкой чугун плавят медленно, но без перегрева. Электросварку проводят постоянным током обратной полярности, диаметр электродов 3 — 4 мм. Валики при наплавке накладывают вразброс участками по 40 — 50 мм. Прежде чем начать следующий, предыдущий шов охлаждают до 50 — 60⁰C.

В зависимости от решаемых задач для холодной сварки применяют присадочные стержни и электроды:

чугунные;
стальные;
комбинированные;
пучковые;
монелевые;
медно-стальные.

При восстановлении деталей, следует учитывать, что независимо от метода наплавки, нанесенный металл будет неоднороден по механическим параметрам, структуре, химическому составу. Поэтому если деталь работает в условиях больших нагрузок, рекомендуется заменить ее новой.

Читайте также: