Сварочный аппарат для наплавки

Обновлено: 03.05.2024

Сварочные столы и плиты TEMPUS - в наличии на складе!
Большой выбор: Стол стационарный, Стол подъемный, Стол пятисторонний, Комплект оснастки
Доставка по всей России!

При изготовленной наплавке в качестве основы, как правило, используют углеродистые или низколегированные конструкционные стали. В случае восстановительной наплавки приходится иметь дело с различными составами основного металла. Для обеспечения минимальных напряжений и деформаций и предотвращения трещин и отколов наплавленного металла решающее значение имеет рациональный выбор сочетания основного и наплавленного металла.

Большая номенклатура и разнообразие условий работы наплавленных деталей привели к тому, что для наплавки в настоящее время используется большое количество сталей и сплавов различных композиций. По классификации, предложенной И. И. Фруминым, их можно разделить на пять основных групп, которые, в свою очередь, подразделяются на подгруппы.

Как правило, для наплавки применяют плавленые стекловидные и пемзовидные флюсы. По назначению их разделяют на флюсы общего назначения и специальные. Первые используют для дуговой наплавки углеродистых и низколегированных сталей. Вторые — для дуговой и электрошлаковой наплавки легированных сталей и сплавов, цветных металлов.

Порошки широко применяются как для наплавки, так и для напыления. Для индукционной наплавки применяют немагнитные порошки со сравнительно крупными частицами осколочной или хлопьевидной формы, при которой порошок хорошо смешивается с флюсом, не сепарирует и не ссыпается с наплавляемой поверхности. Для плазменной и лазерной наплавки предпочтительнее порошки со сферическими или округлыми частицами, обладающие хорошей текучестью. Для наплавки используются порошки на основе железа, никеля и кобальта. По ГОСТ 21448—75 выпускают порошки на основе железа типа «сормайт»: ПГ — С1; ПГ — УС25; ПГ — С27; ПГ — ФБХ6 — 2; ПГ — АН1. Кроме того, производятся порошки на железной основе по ведомственным ТУ: ПР — 10Р6М5; ПГ — АН2; ЛГС — 1; ЛГС — 2.

Для антикоррозионной наплавки под флюсом широко используются холоднокатаные ленты. Как правило, содержание углерода в них не превышает 0,08 % при различном содержании хрома и никеля. Для повышения коррозионной стойкости металл стабилизируется титаном или ниобием. Освоено производство лент 9 типов для антикоррозионной наплавки. В частности, ленты Св-04Х19Н11М3, Св-1 Оx16Н25АМ6, Св-08Х19Н10Г2Б, Св-07Х25Н13 выпускаются по ТУ 14-1-1468—75.

Для механизированной электродуговой наплавки применяется стальная наплавочная проволока сплошного сечения по ГОСТ 10543—82. Стандартом предусмотрен выпуск проволоки из углеродистой стали 9 марок, легированной стали 11 марок и высоколегированной стали 11 марок. Применяют для механизированной наплавки также стальную сварочную проволоку по ГОСТ 2246—70. Обычно для наплавки в защитных газах используют проволоку диаметром 1,6—2,2 мм, а для наплавки под флюсом — проволоку диаметром 3,0—5,0 мм и катанку диаметром 6,5 мм.

Оборудование для дуговой сварки и наплавки

Самым распространенным способом сварки и наплавки является дуговая сварка и наплавка. Сварка (наплавка) может выполняться без внешней защиты дуги, под флюсом и в среде защитных газов.

Сварка (наплавка) без внешней защиты дуги и в среде защитных газов может быть ручной, механизированной и автоматической, а сварка под флюсом — механизированной и автоматической. Различаются эти способы лишь степенью механизации отдельных операций.

При ручной сварке (наплавке) подача электрода в зону дуги и передвижение его вдоль свариваемого соединения производятся вручную. В качестве основного оборудования для ручной дуговой сварки применяют рабочие места, инструмент и защитные приспособления. При механизированной сварке (наплавке) механизирована только подача электрода, а перемещение его вдоль линии сварочного соединения и некоторые другие операции выполняются вручную. Наиболее распространенным способом механизированной сварки является сварка тонкой электродной проволокой диаметром 2 мм и менее, которая подается в зону сварки по гибкому шлангу. В качестве основного оборудования при механизированной дуговой сварке (наплавке) применяют шланговые полуавтоматы с различными горелками (держателями), а также специальные типы полуавтоматов, в которых используются дополнительные устройства, например ручные механизмы передвижения дуги, прижимные механизмы в случае сварки электрозаклепками и т. п. Полуавтоматы для дуговой сварки применяются как плавящимся, так и неплавящимся электродом.

При автоматической дуговой сварке (наплавке) такие процессы, как возбуждение дуги в начале сварки, поддержание дугового процесса, подача сварочных материалов в зону плавления и перемещение дуги вдоль линии сварного соединения путем перемещения сварочного инструмента или изделия, защита дуги и сварочной ванны от воздействия воздуха (по необходимости), колебательные движения электрода (по необходимости), прекращение процесса сварки, заварка кратера в конце шва, и другие выполняются механизмами без непосредственного участия человека по заданной программе. Сварочный аппарат, выполняющий эти функции, является сварочным автоматом [7, 26]. Основным оборудованием для автоматической дуговой сварки (наплавки) являются: сварочные автоматы, станки и установки. Автоматы для дуговой сварки имеют плавящиеся и неплавящиеся электроды как со свободным формированием шва, так и с принудительным.

Эффективность (повышение качества и производительности) технологических процессов сварки в большой мере зависит от технического уровня существующего и вновь создаваемого сварочного (наплавочного) оборудования: сварочных аппаратов, установок и станков (станов).

Определение "аппарат для дуговой сварки и наплавки" объединяет понятия "автомата" и "полуавтомата". Основной частью автомата для дуговой сварки является сварочная головка — устройство, осуществляющее подачу сварочной проволоки и поддержание заданного режима сварки. Подвесная сварочная головка (автомат) закреплена неподвижно, а самоходная перемещается механизмом по направляющим вдоль изделия. Трактор для дуговой сварки — это переносной сварочный автомат с самоходной тележкой, которая перемещает его вдоль свариваемого шва по поверхности изделия или переносному пути.

В состав сварочной установки, станка (стана) входят: сварочный аппарат, источник питания, аппаратура управления и регулирования процесса сварки, механизмы (устройства) для крепления и передвижения в заданном направлении сварочных аппаратов, для установки, крепления, перемещения и изменения ориентации свариваемого изделия, а также вспомогательное оборудование (флюсовые аппараты, скользящие токоподводы и др.). Четкое разграничение в определениях сварочной установки и сварочного станка отсутствует. Станком называют комплекс перечисленного оборудования, основные части которого объединены станиной. Станами обычно называют установки для сварки крупных изделий в массовом производстве (трубосварочные и картосварочные станы).

Механизация и автоматизация отдельных операций технологического процесса может быть частичной или полной. Механизированное производство — способ выполнения технологического процесса (операции) с помощью машин и механизмов, получающих энергию от специального источника. Управление машинами и механизмами, часть вспомогательных операций выполняются вручную. Комплексно-механизированное производство — способ выполнения технологического процесса по всему циклу машинами, механизмами, другим оборудованием. Основные и вспомогательные операции взаимосвязаны и обеспечивают заданный темп, производительность и осуществление в срок всего процесса. Управление частично выполняется вручную. Автоматизированное производство — способ выполнения технологического процесса, при котором основные и вспомогательные процессы, процессы управления и регулирования осуществляются машинами, механизмами автоматически, без участия человека, который только выполняет наладку и наблюдает за ходом процесса.

Комплексно-автоматизированное производство — способ выполнения производственного процесса, при котором все основные и вспомогательные операции, в том числе управление и регулирование осуществляются машинами, механизмами так, что заданная производительность и качество продукции достигаются без участия человека. Человек лишь наблюдает за работой специальных устройств или систем управления. Автоматическая (механизированная) поточная линия — ряд машин (автоматов, полуавтоматов), расположенных по технологическому циклу и соединенных транспортными устройствами. Следует отметить, что термины "автоматическая сварка" и соответственно "сварочный автомат" несколько условны и не отражают того, что сварочный автомат работает без участия человека, как это понимается в машиностроении. В то же время определение "сварочные станки-автоматы" соответствует принятому в машиностроении понятию "станок-автомат", которое обозначает агрегат, работающий по автоматическому циклу.Прогресс, достигнутый в области производства силовой производственной техники, микроэлектроники, новых электротехнических материалов, позволил разработать широкую номенклатуру современного электросварочного оборудования, отличающегося расширенными технологическими возможностями, повышенной надежностью и меньшими массой и размерами. Рост производительности и качества при сварочных работах достигается за счет применения сборочно-сварочных линий, оснащенных автоматами, сварочными роботами, инверторными источниками сварочного тока.

Тип оборудования, при выбранном способе сварки, определяют по силе сварочного тока, которую рассчитывают в зависимости от заданной производительности сварки или наплавки и площади сечения шва. Имеются ряд полуавтоматов на силу тока 160. 630 А, ряд автоматов на 500. 1600 А, источники сварочного тока силой 100. 2000 А. При определении типа оборудования и правильной его эксплуатации (кроме производительности, качества сварных соединений, металлургических особенностей, необходимости термообработки) следует учитывать ряд критериев, связанных с технологическими и эксплуатационными характеристиками оборудования.

К ним относятся следующие условия:

связанные с конструкцией свариваемого изделия (протяженностью и пространственным расположением швов, удобством подхода к шву и доступностью соединения для автомата), числом изделий в партии, а следовательно, периодичностью переналадки оборудования, точностью подготовки соединения под сварку, подачей изделия к месту сварки, необходимостью отвода оборудования после сварки, кантовкой или перемещением изделия;
производственные — цеховые или монтажные условия, необходимость энергоснабжения, газо- и водоснабжения, возможность отвода аэрозолей от места сварки, требования по очистке от брызг как изделия, так и частей оборудования, уборка флюса, предотвращение ослепления окружающего персонала;
организационные — необходимость обучения сварщиков и наладчиков при переходе на новую технику, создание фонда сменных и запасных частей оборудования, снабжение сварочными материалами и подготовка их для правильной эксплуатации оборудования и др.

В индивидуальном и мелкосерийном производстве предпочтение следует отдавать универсальному оборудованию, а также построенному на модульном принципе. В крупносерийном и массовом производстве применяют специальное сварочное оборудование, входящее в состав поточно-механизированных линий.

1.2. Классификация оборудования

Основным оборудованием для дуговой сварки и наплавки являются источники сварочного тока для ручной сварки штучными электродами, полуавтоматы, автоматы, станки и установки для сварки плавящимся электродом без внешней защиты дуги, под флюсом и в защитных газах, оборудование для импульс- но-дуговой сварки плавящимся электродом в инертных газах, установки для ручной и автоматической сварки вольфрамовым электродом, специальное оборудование для сварки конкретных изделий. Универсальное оборудование имеет различные степень сложности и эксплуатационные возможности: от простых полуавтоматов и источников со ступенчатым регулированием режимов до сложных с микропроцессорным управлением.

Классификация оборудования должна проводиться с учетом многих признаков: назначения — тип изделия и вид сварочного соединения; степени механизации сварочного процесса — ручная, механизированная и автоматическая сварка; способа защиты дуги — открытая дуга, газовая защита, слой флюса; степени специализации — универсальное, специализированное и специальное оборудование; количества электродов — для одно- и многоэлектродной сварки; способа осуществления сварочного движения — движение изделия или подвесного сварочного аппарата; способа формирования металла — свободное и принудительное; типа электродов — плавящийся и не- плавящийся, проволока, пластина, лента; количества одновременно работающих сварочных головок — или других рабочих органов; количества позиций, через которые изделие проходит последовательно в процессе сварки — одно- и многопозиционные и др.

Такое большое число признаков и отсутствие связи между ними определяют сложность построения классификационной системы оборудования для сварки. Выбор наиболее характерных признаков, которые сделали бы систему универсальной и по возможности пригодной для различных видов сварочного оборудования, может служить основой при разработке типажа и индексации оборудования, а также способствовать унификации узлов и деталей. При этом конечной целью использования системы является выбор и оценка технических характеристик различного сварочного оборудования, а также обеспечение развития работ по новым направлениям.С учетом изложенного все признаки могут быть разделены на три основные группы [24, 25|.

1. Целевые признаки: вид сварного соединения (стыковые, угловые, нахлесточные, тавровые); форма линии шва (прямолинейная, круговая, сложная); свариваемый материал (сталь, медь, алюминий и пр.); тип изделия (сосуды, балки, листовые конструкции и т. д.).

2. Технологические признаки: характер процесса сварки (непрерывный, импульсный, с колебаниями электрода); тип электрода (плавящийся, неплавящийся) и присадочного материала (проволока, пруток, металлическая крошка и др.); количество электродов и их взаимосвязь; состояние сварочной ванны (свободное или принудительное формирование шва); способ защиты дуги и давление среды, в которой протекает процесс (сварка в защитных газах, под флюсом, без внешней защиты при нормальном или повышенном давлении, а также в вакууме); прочие факторы (например, действие гравитации, невесомость и др.).

3. Эксплуатационные признаки: степень механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций.

Кроме того, все оборудование в зависимости от назначения может быть универсальным, специализированным и специальным. Характеристика сварочного оборудования будет полной при условии, если учитываются все перечисленные признаки.

Патон Б.Е. "Машиностроение Энциклопедия т.IV-6. Оборудование для сварки”

Ручная наплавка металла и сварка: технология, оборудование, виды и способы

Рассмотрим один из традиционно популярных способов восстановления исходной геометрии изношенных деталей. В фокусе внимания – ручная сварка и дуговая наплавка: по какой технологии они проводятся, что за нюансы при этом возникают, есть ли плюсы, минусы, особенности – постараемся дать ответ на каждый вопрос.

Сразу подчеркнем, что данные методы остаются актуальными и продолжают применяться в промышленности даже несмотря на общую склонность к автоматизации. Их используют в труднодоступных местах, куда не забраться при помощи техники, а также для точечных и/или сложных работ. Но главное, что они позволяют с достаточной равномерностью нанести на поверхность слои металла с нужными физико-механическими свойствами и выполнить тем самым ремонт необходимого изделия.

Особенности технологии наплавки ручной дуговой сваркой

Основные условия для ее проведения те же, что и в стандартном случае.

• Перед выполнением процедуры поверхность детали должна быть тщательно зачищена – так, чтобы на ней не оставалось ни малейшего следа ржавчины, ни одного жирного пятна.
• Подбор электродов осуществляют в зависимости от того, в каких условиях эксплуатируется восстанавливаемый элемент; наиболее частые варианты – для легированных сталей, или специальные порошковые проволоки – для износостойких покрытий.
• Источниками питания служат трансформаторы и серийные выпрямители.

Процесс проведения работ сопровождается нанесением валиков. Применять их следует поочередно – так, чтобы предыдущий перекрывался последующим на треть ширины; можно накладывать их так называемым методом поперечных колебаний – точно так же, как при увеличении сварочного шва. Допустимо и создание промежутков с дальнейшим их заполнением (после снятия шлака и зачистки). Главное, чтобы в итоге вся изношенная поверхность была равномерно покрыта слоем, восстанавливающим ее исходную геометрию.

Если же сравнивать технологию с классической соединительной сваркой, ручная наплавка металла обладает одним важным отличием: в ее случае наносимый материал может серьезно отличаться от основного по своему химическому составу. Поэтому так важно правильно подобрать электроды – так, чтобы они помогали обеспечить подходящую структуру (однородную и прочную). Когда достичь этого не удается, стоит отдавать предпочтение другим решениям, например, нанесению легирующих порошковых, пастообразных, брикетных примесей или погружению в защитную газовую среду.

При этом может применяться различная техника, в том числе и автоматическая. Но во всех ситуациях необходимо минимизировать остаточные напряжения, деформации и допуски.

Какие виды наплавок существуют

Рассматривая нами разновидность является далеко не единственной из актуальных технологий. Поэтому уделим внимание и другим вариантам – тоже заслуживающим право на популярность, – а после вернемся к нашему.

Под флюсом – осуществляется с использованием проволок – одной или нескольких, порошковых или сплошных, ленточных или круглых по своему сечению.

В защитном газе – с погружением в среду из водорода, азота, аргона; при этом происходит некоторая переоценка производительности труда – ее измеряют по размерам, площади или массе нанесенного материала.

Вибродуговая – на электрод воздействуют колебаниями с амплитудой в 0,75-1 его диаметра; это позволяет убыстрить процесс и добиться более равномерного распространения восстанавливающего слоя.

Электрошлаковая – покрытие формируется принудительно и строго за проход, с удобной регулировкой, благодаря чему его общая масса может достигать сотен килограммов за час (на габаритных деталях); производительность метода впечатляет.

Плазменная – со сжатой высокотемпературной струей в качестве источника тепла; наиболее распространенный вариант сегодня – горелка прямого действия, хотя также востребованы и комбинированные. В роли присадки можно взять ленту, проволоку, мелкозернистый порошок, причем последний особенно удобен – его легко подавать при помощи газа и просто вдувать, он быстро становится жидким и равномерно растекается по поверхности.

Открытой дугой – выполняется механизированным путем, без использования газовой среды или флюса. Метод достаточно универсальный и поэтому дает возможность восстанавливать даже сложные, вогнутые или выпуклые поверхности, малые диаметры и многое другое. Еще одна сфера, в которой он задействован – упрочнение изделий, подверженных стабильно высоким нагрузкам.

Ручная дуговая наплавка: ГОСТ и технические условия

В результате ее выполнения нанесенный материал может обладать теми же свойствами, что и основной, или другими, изменяя таким образом эксплуатационные характеристики детали. Все зависит от электродов, и если в первом случае они соответствуют межгосударственному стандарту 9467-60, то во втором – уже 10051-62.

В стандартных ситуациях предпочтение отдается стержням «Э» и «Ф» типа. Особенно интересны варианты с фтористо-кальциевым покрытием, из серий У и УОНИ. Потому что они дают мелкозернистый материал, отличающийся высокими показателями ударной вязкости, а это залог отсутствия трещин.

Обратите внимание, технология ручной дуговой наплавки стали зависит от химического состава детали. Если доля углерода в нем не более 0,25%, производить работу можно при любой температуре. Но чем выше процент карбона, тем вероятнее появление закалочных структур в точках термического воздействия. Поэтому изделия, содержащие 0,25-0,5% С, необходимо подогревать до 120-350 0С.

Сколько слоев делать? Это зависит от той общей толщины, которую нужно соблюсти. Важно добиться правильности их распределения – чтобы новый шел по верхней трети предыдущего. Почему? Потому что именно в этом сечении меньше всего пор и посторонних включений, а значит оно лучше всего подходит для создания прочного шва.

При каком токе осуществляется ручная сварка и наплавка деталей? На это влияет целый ряд факторов, в частности, марка и диаметр выбранного электрода, количество, масса и высота итогового покрытия. Чем изделие миниатюрнее, тем меньше должен быть ампераж, и наоборот.

Возникающие в процессе труда деформации можно уменьшить, для этого достаточно принимать одно или несколько (по ситуации) из следующих рациональных решений:

• подогревать деталь до 200-400 0С;
• изгибать изделие в обратном направлении;
• погрузить предмет в воду, но не смачивать рабочую поверхность;
• симметрично располагать валики (уравновешивая тем самым силовые воздействия);
• жестко фиксировать заготовку в кондукторе или аналогичном приспособлении – так, чтобы извлечь ее можно было только по завершении остывания;
• правильно распределять присадку по проблемным участкам, допустим, по спирали, с наложением с обратной стороны, с разбивкой больших плоскостей;
• снимать внутренние напряжения при помощи высокотемпературного отпуска – с термообработкой при 650 0С.

Как проходит процесс

Ручную дуговую наплавку выполняют с применением плавящихся или нет (графитовых, угольных, вольфрамовых, гафниевых) электродов. Формирование шва в первом случае происходит благодаря взаимодействию наносимого материала и основного металла (поверхности детали), во втором – за счет присадки. 1-й вариант популярнее, так как его можно реализовать в любом пространственном положении, и он подходит для заготовок и элементов какой угодно формы.

Внимание, покрытие стержней может быть самым разным, но на практике наиболее распространены три. Особенности выполнения работ при каждом из них несколько отличаются, поэтому рассмотрим все.

Кислое – это алюмосиликаты, оксиды и раскислители. Когда его составляющие начинают плавиться, выделяется защитный газ. Нюансы следующие:

• Сварка может осуществляться как под постоянным, так и под переменным током. В обоих случаях поверхность детали подвергается активному воздействию углерода, из-за чего ванна кипит (но это самым положительным образом влияет на качество стыка). Шов получается ровным и плотным, даже если работа проводилась по ржавчине или окалине.
• Материал зачастую сильно разбрызгивается, в процессе в атмосферу выделяются вредные марганцевые соединения, наблюдается склонность к скорому появлению кристаллизационных трещин. Эти недостатки несколько ограничивают применение электродов ОММ-5, ОМА-2, ЦМ-7 и других из этой же группы.

Основное – это плавиковый шпат, раскислители, мрамор, легирующие добавки вроде ферромарганца. При нагреве происходит диссоциация карбонатов и таким образом обеспечивается газовая защита.

Применение ручной дуговой наплавки с использованием стержней из серий УОНИ, ОЗС, ВН, ВСОР достаточно удобно, так как позволяет получить восстанавливающий слой с малым количеством вредных примесей, но зато с высокой ударной вязкостью и пластичностью (даже при минусовых температурах), стойкий к старению и образованию трещин. Это вариант для соединения жестких конструкций из низколегированных, углеродистых, литых сталей.

Минус в том, что порообразование серьезным образом возрастает, если:

• увеличить длину дуги;
• увлажнить контактную поверхность;
• на кромке изделия появится масло, ржавчина, окалина.

Проводить работу обычно следует при постоянном токе, причем полярность его должна быть обратной. Переменный можно подключать только при введении легкоионизирующих элементов в покрытие (то есть кальцинированной соды, калиевого жидкого стекла, поташа и других добавок).

Рутиловое – это алюмосиликаты, концентрат, ферромарганец, при газовой защите за счет целлюлозы. Используемые стержни (из серии ОЗС, АНО, МР) помогают сформировать ровный шов – при малом разбрызгивании и образовании пор, при хорошей отделимости шлака, – но нуждаются в предварительной прокалке в течение 2-2,5 часов при температуре в 80-120, 200-250 или даже 300-350 0С.

Внимание, техника и технология ручной дуговой наплавки покрытыми электродами предполагает участие основного металла в создании восстанавливающего слоя. Его доля обычно варьируется в диапазоне 0,3-0,45 m – этого достаточно для поддержания устойчивого горения дуги. Эту величину можно снизить (минимизировав тем самым потери исходной геометрии детали) за счет поперечных колебаний – используйте их, и доведете m до 0,25. Но помните, что дальнейшее уменьшение нежелательно, так как вместе с ним будет пропорционально увеличиваться вероятность появления непроваров.

В случае использования графитовых или угольных стержней рекомендуется работать при постоянном токе с прямой полярностью и делать один восстанавливающий слой: чтобы он получился толщиной в 2-3 мм, следует нанести 6-8 мм присадки.

Оборудование для ручной дуговой наплавки

Источником питания может выступать понижающий трансформатор: при малом выходном напряжении он даст большой ампераж, что удобно. Также зачастую выбирают выпрямители: за счет их преобразований вместо стандартных «сетевых» 220 В и 50 А вполне реально получить 600 А при 17-45 В. Инверторные машины тоже достаточно популярны – из-за сравнительно малого веса и размеров. Портативными точками подключения становятся электрические генераторы, но эксплуатировать их довольно дорого, что ограничивает их актуальность.

Специалисту, выполняющему работы, необходимо защитить себя от случайных повреждений – надеть рукавицы и маску со светофильтром «хамелеон», предохраняющую глаза от вредного действия УФ-излучения.

Отдельного внимания заслуживают материалы для ручной дуговой наплавки. Это либо электроды, либо проволоки и ленты, либо твердые сплавы. Первые два варианта мы уже рассматривали, взглянем на третий.

Чаще всего это боридо- и карбидообразующие металлы вроде марганца, хрома, титана, вольфрама, соединенные с железом, никелем, бором, кобальтом, причем как порошковые, так и в литом виде. Характерным представителем первой категории является сталинит, второй – прутковый сормайт.

Случаи, в которых они актуальны:

• восстановление инструментов станков и производственных механизмов;
• создание штампов;
• ремонт деталей, эксплуатируемых в условиях сильного изнашивания.

Режимы ручной дуговой наплавки

Выбирать один из них нужно по целому ряду параметров – дополнительных и основных, в конечном итоге определяющих размеры и качество шва.

Главные характеристики – это:

• сила тока – в общем случае она должна быть тем выше, чем толще диаметр электрода и основной металл;
• напряжение (длина) дуги, определяемое как дистанция от конца стержня до поверхности заготовки – важно поддерживать ее короткой и стабильной;
• скорость – чем быстрее выполняется работа, тем меньше растекания материала, но тем выше риск непровара, поэтому нужно, чтобы процесс происходил равномерно;
• род и полярность тока – обратная актуальна для тонколистовых и высоколегированных предметов (чтобы не прожечь и не перегреть их), прямая – для массивных деталей.

К дополнительным параметрам относят количество проходов, толщину и химический состав наносимого слоя, местоположение стыка.

Виды ручной сварки и наплавки

Есть сразу несколько параметров, по которым они классифицируются.

Например, существует распространенное деление:

• по характеру дуги – сжатая (короткая) и свободная (длинная);
• по типу используемого электрода – с плавящимся стержнем (покрытым) и нет;
• по воздействию на основной металл детали – прямая, трехфазная, косвенная.

Также их группируют по результату, то есть по восстановленному слою – на:

М – тонкие;
С – средние;
Д – толстые;
Г – особо толстые.

Отдельно их классифицируют по назначению – выделяют варианты для соединения:

• низколегированных и углеродистых сталей;
• легированных и теплоустойчивых;
• сплавов с особыми свойствами;
• слоев с нестандартными характеристиками.

Теперь схематически рассмотрим основные способы ручной дуговой сварки и наплавки:

В них используется:

А – угольный электрод (1) и сыпучий сплав (2);

Б – покрытый (1) и легирующий слой (2);

В – вольфрамовый проводник (1) и присадочный пруток (2) в инертном газе;

Г – стержень (1) в защитной среде;

Д – проволока (1) и флюс (2);

Ж – плазмотронная струя (1) и порошок (2), уже спеченный или наложенный;

З – проводник (1), медный ползун (2), заготовка (3), восстанавливающее покрытие (4).

Выбор конкретного варианта зависит от тех специфических условий, в которых проводятся работы, от планируемого результата и от нужной производительности. Но каждый из них реализуется достаточно просто и быстро.

Ручная дуговая наплавка металла: схема

Она выглядит следующим образом:

1 – деталь с основным металлом;

2 – ванна, в которой осуществляются операции;

3 – электрическая дуга определенной длины (желательно стабильной);

4 – проплавленный слой;

5 – восстанавливающее покрытие;

6 и 7 – затвердевший и жидкий шлак соответственно;

8 и 9 – стержень, уже расплавленный (8) и еще нет (9);

Плюсы

• Работы можно выполнять даже в труднодоступных точках.
• Не составляет труда соединять между собой самые разные металлы – стали, чугун, титан, цветмет и так далее.
• Нанести слой вполне реально при любом варианте расположения детали в пространстве, даже если она размещена вертикально или под углом.
• Техника, инструменты и расходники стоят сравнительно дешево.

Недостатки ручной дуговой наплавки

• Итоговое качество шва серьезно зависит от мастерства сварщика.
• Процесс может быть вреден для окружающей среды.
• Производительность сравнительно низкая – КПД существенно меньше, чем у автоматизированных методов.
• При постоянном токе часто возникает магнитное дутье, негативно влияющее на струю (отклоняющее ее).

Полезные советы

Подбирайте металл для покрытия так, чтобы он был тверже основного, а не наоборот, иначе он растрескается.
Чем больше показатель HRC, тем меньше слоев допустимо наносить: 3 при 50-55 HRC, но лишь 1 при 62-70.
Характеристики в справочной литературе указываются для уже осажденных материалов и подразумевают, что разбавления не было.

Выводы

Мы рассмотрели, как проводится ручная дуговая сварка, резка, наплавка, покрытыми электродами или присадками. Теперь, понимая всю важность этой работы, вам будет проще выбрать способ, максимально подходящий для вашего случая, например, для восстановления кромок режущих инструментов оборудования. Кстати, сами станки – расточные, фрезерные и другие – вы всегда можете приобрести в нашей компании «Сармат». Оборудование славится особой надежностью и эргономикой.

Механизированная сварка и наплавка: технология, оборудование, сущность и назначение

Создавать прочные стыки и восстанавливать изношенные покрытия можно разными способами. Сегодня под прицелом внимания один из них, а именно механизированная сварка и наплавка: рассмотрим, что она из себя представляет и какими методами может осуществляться, проанализируем преимущества и недостатки, которыми она обладает.

Обратите внимание, у нее широкая сфера применения: она выполняется как при изготовлении самых разных строительных конструкций (чаще всего труб), так и при ремонте активно использовавшихся функциональных узлов. С помощью тех или иных ее видов возвращают исходную геометрию шеек коленвалов, шлицов КПП и редукторов, элементов ходовой части гусениц и многих других предметов. В настоящее время считается наиболее перспективным направлением, а значит активно развивается.

Что называют механизированной наплавкой

В общем случае это процесс нанесения специального слоя на изношенную поверхность, который, затвердев, не только восстановит начальную форму детали, но и станет своего рода защитным покрытием. Весь смысл (и главная особенность) здесь в том, как осуществляется данный вид работ, а реализовать его можно одним из двух вариантов:

• автоматически – как подача электродного материала, так и его перемещение (и заготовки тоже) в пространстве выполняется оборудованием; многие установки обеспечивают еще и поперечные колебания направляемого стержня, что позволяет уменьшить количество проходов;
• полуавтоматически – механическим путем выполняется только доставка проволоки (или другой присадки) в рабочую зону, по шлангу, после чего сварщик самостоятельно перемещает держатель с нею относительно заготовки.

У каждого есть свои особенности. Так, в первом случае может не хватить гибкости при позиционировании, во втором многое зависит от мастерства человека, решающего задачу. Хотя производительность труда в обеих ситуациях значительно выше, чем при любом из ручных методов (у них другие достоинства). Качество и равномерность покрытия, обычно, тоже лучше, что и обуславливает широту применения, особенно серийного.

Технология механизированной наплавки

• Начальным этапом становится очистка поверхности детали от остатков смазочных материалов, грязи. Можно либо аккуратно обжечь ее с помощью горелки, либо промыть горячим щелочным раствором, после чего пройтись по ней щеткой. Это нужно для максимально равномерного осаждения восстанавливающего слоя.
• Следующий шаг – предупреждение значительных внутренних напряжений (если есть вероятность их возникновения), чтобы исключить появление трещин в нанесенном покрытии. Для этого необходимо подогреть обрабатываемый элемент до определенной температуры. До какой именно? Зависит от размеров, формы, характеристик заготовки, а также от конечных свойств присадки.
• Ну а затем осуществляется расплав – проволоки, металлической ленты, порошка – и непосредственное нанесение дополнительного материала на основной, под флюсом или без него, под защитой газа или без нее. Если при этом накладываются отдельные валики, стоит следить, чтобы каждый последующий перекрывал 0,4-0,5 ширины предыдущего.

Кажется, что все просто, и при должном уровне опыта так и есть, но важно не забывать, что правильная техника механизированной наплавки требует учитывать целый ряд нюансов. Даже при подготовке нужно:

• отшлифовать рабочие поверхности предмета шкуркой, если ранее он уже проходил процедуру восстановления;
• заглушить выходящие в зону контакта отверстия графитовыми стержнями или сразу пастой на основе жидкого стекла, причем сделать это предварительно, примерно за сутки;
• снять остатки смазки при помощи специально проколотых резиновых шайб, установленных перед головками;
• закрепить деталь в патроннике с достаточной надежностью – так, чтобы биение не было больше 1,5 мм.

Просто необходимо придерживаться не только выбранного способа (методы мы подробно рассмотрим ниже), но и режима плавления. Последний зависит от целого ряда факторов, в числе которых и величины напряжения с током, и характер вращения заготовки, и скорость подачи, и даже угол положения проволоки или ее длина.

В вопросе формирования валиков тоже есть своя специфика: при их нанесении важно проваривать основной материал неглубоко, так, чтобы его доля в покрытии не превышала 0,3-0,45 m. При этом нельзя вести дугу слишком быстро, иначе слои получатся узкими и пострадает качество сцепления.

Свои ограничения есть и по вылету присадочного прутка: чем он больше, тем значительнее сопротивление цепи, тем сложнее выполнять работу. Практическим путем обнаружено, что данная величина не должна превышать 25 мм.

Виды механизированной наплавки

Сегодня актуальны такие способы:

• под флюсом;
• в защитной газовой среде;
• электроконтактный;
• электрошлаковый;
• вибродуговой;
• плазменный.

Теперь рассмотрим каждый из них подробнее.

Работы под флюсом удобны тем, что при их осуществлении воздух не воздействует на разгоряченный металл, что помогает избежать пор и в целом облегчает труд. Плюс, отсутствует разбрызгивание, выделяющееся тепло используется более эффективно, можно выполнить легирование.

Сам процесс отличается своей производительностью, и тому есть две причины:

• Вылет сравнительно малый, поэтому ток (не единицу площади стержня) в 7-8 раз выше, чем при ручной дуговой сварке.
• Образующийся шлак помогает минимизировать потери основного материала, что положительно сказывается на итоговом коэффициенте напайки (увеличивает его в 1,5-2 раза).

Роль электрода выполняет сплошная проволока сечением 1-6 мм, скорость ее подачи регулируется автоматическим устройством и составляет от 100 до 300 км/ч. К ней подводится «плюс» от источника (через мундштук из меди), тогда как «минус» – к самой заготовке (но ток при этом еще проходит через станину и съемник).

При этом флюс может быть стеклообразным, представляя собой размельченную смесь силикатов (серия АН), и только оберегать основной материал от воздуха. Или содержать в себе легирующие, связывающие, шлакообразующие, раскисляющие добавки и изменять физико-химические свойства наносимого покрытия.

Механизированная наплавка поверхностей деталей в защитной газовой среде проводится в пространстве, заполненном смесью аргона и водяного пара или CO2. Первый дорого стоит, поэтому на заводах по умолчанию используют CO2, ремонтируя в нем кузова, элементы кабин и оперения и многие другие заготовки.

Процесс протекает следующим образом: поданный в рабочую зону, углекислый газ вытесняет собой воздух, не давая кислороду или азоту негативно воздействовать на созданный шов. Проблема только в том, что дуга нагревается до 6000 0С, а при такой температуре связи в CO2 нарушаются, и реакция его распада провоцирует выгорание легирующих веществ и углерода в наносимом покрытии. Чтобы нивелировать возможный вред, следует использовать специальную присадочную проволоку из серии Св, в составе которой содержатся добавки титана, кремния, марганца.

Этот вариант обладает сразу четырьмя преимуществами:

• позволяет получить ровный, плотный и даже эстетичный слой (причем без шлака), не требующий какой-то последующей обработки;
• дает возможность решить вопрос в 1,5-3 раза быстрее, чем вручную;
• обеспечивает все условия для визуального контроля процесса;
• способствует попутному охлаждению заготовки, из-за чего поверхность последней не коробится.

В число минусов запишем относительную непрочность шва и сравнительно большое разбрызгивание.

Зато метод просто реализуется на практике: стандартного 40-литрового баллона углекислоты хватает на 20 часов работы. Содержащуюся в ней влагу не проблема нейтрализовать осушителем – медным купоросом. Отличным редуктором станет обычный кислородный. Все операции нужно проводить с подачей тока обратной полярности.

Есть как классические, так и современные механизированные способы сварки и наплавки деталей. Электроконтактная относится, скорее, ко второй категории, так как выполняется на модернизированном оборудовании. Для ее реализации используются машины, приваривающие проволочный или ленточный металл, в один или несколько проходов, и таким образом создающие равномерное покрытие нужной толщины (до 3 мм). Рациональнее, если слоев будет 2-4: это позволит сохранить все физико-механические свойства, исключая перегрев при проведении работ.

Перемешивание основного и дополнительного материала стремится к нулю, особенно при использовании промежуточных присадок – порошков ПГ-СР. При этом вполне реально поддерживать производительность на уровне 2-4 кг/ч.

Электрошлаковый метод позволяет ремонтировать даже сильно изношенные элементы, например, Он обеспечивает высокое качество шва, причем работу можно проводить действительно быстро, показатель в 30 г/Ач вполне реален.

• флюс нагревается дугой, после чего через него пропускается ток;
• в таких условиях электрод плавится и образует ванну вместе с основным металлом;
• кристаллизатор движется вверх с определенной скоростью, а нижние слои постепенно остывают.

Обратите внимание, рабочая зона в этом случае полностью защищена от влияния воздуха, поэтому ничто не мешает вводить легирующие добавки и использовать выделяющееся тепло с максимальной эффективностью.

Техника и технология механизированной наплавки вибродуговым способом сводится к использованию присадочного стержня, создающего колебания с амплитудой от 1 до 3 мм и частотой от 50 до 100 Гц. В результате весь процесс становится чередой из трех циклично повторяющихся этапов:

• горение;
• холостой ход;
• замыкание.

Причем на первом шаге выделяется до 9/10 всего тепла, а на третьем – только 1/10. Это объясняется тем, что 12-20 В, т. е. при малом напряжении источника тока в цепи есть индуктивность, а значит дуга остается стабильной, и ее вольтаж уже 30-35 В.

Для максимальной эффективности стоит подключать ток обратной полярности и выполнять работу в охлаждающей жидкой среде. Хорошо подойдет водный раствор глицерина (10%) или кальцинированной соды (5%), поданный за 40 мм от присадочного стержня. В результате нагрева он обратится в пар, который и заберет вредные азотистые соединения. Кроме того, Ca сделает горение более стабильным, а C3H8O3 предотвратит появление трещин.

Да, метод хорош малой зоной повышения температуры и почти полным отсутствием потерь легирующих элементов и позволяет получить тонкое, но прочное покрытие, но у него есть и недостаток. Минус в том, что усталостная прочность заготовки снижается – из-за появления пор в нанесенном слое, что частично ограничивает случаи применения.

Если же рассматривать современные механизированные способы наплавки, то самой прогрессивной считается плазменная технология. В соответствии с ней восстановление изношенной поверхности осуществляется под воздействием сильно нагретого и богато ионизированного газа – аргона, гелия, воздуха, азота с добавками.

Может осуществляться по одной из трех схем – с открытой, закрытой и комбинированной струей. В первом случае роль анода выполняет заготовка, во втором – горелка или сопло, в третьем – и то и другое.

Варианта реализации тоже два:

• плазма захватывает порошок и равномерно осаждает его на поверхность;
присадка сразу вводится в струю.

Метод обладает пятью практическими преимуществами:

• за счет концентрации высокой температуры зона термического влияния сужается;
• благодаря ему на сталь реально наносить самые разные износостойкие материалы, даже пластмассу;
• позволяет точно регулировать толщину слоя – от тонкой, в 0,1 мм, до 2-3 мм;
• отличается сравнительно высоким КПД дуги – достигает 45%;
• по нему можно выполнять еще и поверхностную закалку.

Оборудование для механизированной наплавки

Обычно это установки, «сердце» каждой из которых – переделанный токарный станок: вместо резцедержателя у него головка, также он оснащен источником питания и зачастую понижающим редуктором, уменьшающим вращение до 5 или даже до 2 об/мин.

Хотя для коленчатых валов есть техника, не требующая дополнительной доработки. Это машины вроде ОКС-5523 с универсальными центросмесителями, и они регулируют скорость бесступенчато.

Источники тока подключают самые разные, например, это может быть:

• выпрямитель из серии ВКС-500-1 или ВС-600;
• преобразователь вроде ПСУ-500-2 или ПСГ-500.

При выборе головок для подачи присадки традиционно отдают предпочтение моделям из семейств ОКС.

Наиболее распространенным электродом считается пружинная проволока сечением 1,6-2 мм, хотя также популярны серии Св и Нп, в том числе и низкоуглеродистые, и высоколегированные. Подбирать одну из них нужно так, чтобы наносимое покрытие по своему химическому составу было сходным с основным.

Флюс – это соединение из порошкового графита с феррохромом и жидкого стекла. Эти вещества смешивают в определенных пропорциях и прокаливают, потом дают настояться, а дальше добавляют к чистому и уже приготовленному. Затем остается лишь хранить его в сухой емкости и использовать по мере необходимости.

Сущность механизированной наплавки и ее назначение

В общем случае это нанесение слоя материала на поверхность заготовки. Это нужно:

• для восстановления или изменения исходных размеров (геометрии) элемента, что особенно актуально, если это инструмент, например, режущая кромка;
• или придания новых свойств, допустим улучшения антикоррозионных характеристик или для повышения стойкости к истиранию.

Ну и в рассматриваемой нами ситуации процесс еще и должен быть наполовину или полностью автоматизированным.

• можно создавать покрытия значительной толщины (до 2-3 мм) и таким образом возвращать изначальную геометрию даже сильно изношенным изделиям;
• производительность в 1,5-3 раза выше, чем при любом из ручных методов;
• используемое оборудование сравнительно надежное и простое в транспортировке;
• отсутствуют ограничения по габаритам предметов – конусы доменных печей, сосуды атомных реакторов и другие большие объекты тоже реально защитить и восстановить;
• каждый метод достаточно легок в реализации;
• наносимый слой может быть какого угодно состава, от чистой меди до комбинированной пластмассы;
• наплавку не проблема сочетать с другими методами обработки, допустим, с азотированием или плазменной закалкой.

Минусы

• В ряде случаев в результате смешивания основного материала с добавленным, наблюдается ухудшение практических свойств;
• при неправильном выборе режима деформация, провоцируемая высокими температурами, может быть чрезмерной, что требует принятия дополнительных мер по сохранению геометрии заготовки;
• решающему задачу мастеру нужно обладать теоретическими знаниями в области сочетаемости металлов, чтобы сделать покрытие не просто равномерным, а с нужными свойствами;
• небольшое количество сочетаний по сравнению с тем же напылением;
• трудно покрывать малые элементы сложных форм – ванну приходится постоянно переносить и не всегда удается осуществить это плавно.

Мы рассмотрели сущность и назначение механической наплавки металлов, со всеми ее плюсами и минусами, и, по нашему мнению, достоинства важнее недостатков, а значит этой технологией стоит пользоваться. Какой именно способ ее выполнения выбрать, решать вам. А выгодно заказать станки для реализации практически каждого из методов вы можете в нашей компании «Сармат».

Читайте также: