Технологические процессы сварки и наплавки

Обновлено: 26.04.2024

Сварка и наплавка являются прогрессивными и наиболее широко распространенными способами восстановления деталей.

Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлических деталей путем местного нагревания их до расплавленного (сварка плавлением) или пластичного (сварка давлением) состояния. Сварка применяется для соединения и закрепления отломанных и дополнительных деталей (втулок, зубчатых венцов, пластин и т.п.) для устранения трещин и отверстий.

Наплавкой называется процесс нанесения на поверхность детали слоя расплавленного металла или сплава. Чаще всего наплавленный слой образуется в результате использования различных процессов сварки плавлением. Наплавка применяется с целью восстановления размеров изношенных деталей, а также повышения износостойкости поверхностей трения.

При восстановлении деталей используют следующие способы сварки и наплавки: а) газовую и ручную электродуговую; б) механизированные.

В зависимости от характера дефекта, материала, термической обработки, назначения и конфигурации детали применяют тот или иной вид сварки или наплавки.

При газовой сварке плавление металла происходит за счет тепла, выделяющегося при сгорании горючего газа (ацетилена, природного газа и др.) в струе кислорода. Наибольшее распространение получила газовая сварка ацетиленокислородным пламенем.

В зависимости от соотношения кислорода и ацетилена различают три вида пламени: нормальное (1,0— 1,2), науглероживающее (0,8—0,9) и окислительное (1,2—1,5).

Вид пламени оказывает непосредственное влияние на качество сварки и наплавки. Сварка и наплавка деталей науглероживающим пламенем (при избытке ацетилена) приводит к повышению твердости и хрупкости металла и применяется для восстановления деталей из низколегированных сталей, а также при наплавке твердыми сплавами. Сварка деталей окислительным пламенем приводит к образованию окислов в расплавленном металле, которые ухудшают качество соединения. Окислительное пламя непригодно для сварки и наплавки деталей. Обычно сварку и наплавку деталей ведут нормальным пламенем.

При газовой сварке создается большая зона теплового влияния (температура ацетилено-кислородиого пламени находится в пределах 3000°С), что вызывает деформацию отдельных частей деталей вследствие их неравномерного нагрева или охлаждения. Для устранения или уменьшения деформации (коробления) приходится принимать специальные меры — предварительный подогрев всей детали и последующее медленное ее охлаждение.

С целью предохранения расплавленного металла от окисления и растворения образующихся окислов применяют флюсы. Флюсы раскисляют расплавленный металл и, образуя шлаки, всплывают на его поверхность, защищая тем самым металл от окисления.В зависимости от рода свариваемого металла применяют различные флюсы.

При электродуговой сварке и наплавке плавление металла происходит за счет тепла, выделяющегося в электрической дуге (температура сварочной дуги около 6000°С).

Ручная электродуговая сварка и наплавка могут быть осуществлены неплавящимся угольным или плавящимся металлическим электродом. Оба способа сварки были предложены русскими инженерами: первый —Н.Н.Бенардосом в 1885г. и второй — Н.Г.Славяновым в 1890г. Сварка и наплавка угольным электродом производится постоянным током.

В практике восстановления деталей дуговая сварка угольным электродом постоянным током находит применение главным образом для сварки цветных металлов и их сплавов, например, для сварки деталей из свинца, алюминия.

В зависимости от того, с каким электродом соединяется деталь при сварке постоянным током, различают прямую и обратную полярности. При прямой полярности свариваемая деталь соединяется с положительным полюсом сварочного генератора, а электрод — с отрицательным полюсом. При обратной полярности с деталь соединяется с отрицательным полюсом сварочного генератора, а электрод — с положительным полюсом. В первом случае деталь нагревается больше, что имеет большое практическое значение. Током обратной полярности ведут сварку тонкостенных деталей (толщиной до 2,5 мм), чтобы их не прожечь, а также сварку деталей из легированных сталей некоторых марок и холодную сварку деталей из чугуна стальными электродами, так как в этом случае нежелателен нагрев свариваемых деталей до высокой температуры.

При сварке постоянным током электродами без покрытий дуга горит более устойчиво, чем при сварке переменным током и шов получается более высокого качества. Однако если для сварки переменным током применяют электроды с покрытием, устойчивость горения вполне удовлетворительна, а шов такой же, как и при сварке постоянным током.

В процёссе сварки, наряду с расплавлением металла и его последующим затвердеванием, происходят структурные изменения в основном металле, прилегающем к сварочному шву. Характер этих изменений зависит от состава металла, температуры нагревания и скорости охлаждения.

Сварочный шов имеет структуру литого металла. Рядом со швом находятся зоны перегрева с крупнозернистой структурой, снижающей пластические свойства металла. К зонам перегрева примыкает зона нормализации с мелкозернистой структурой и, следовательно, повышенными механическими свойствами, по сравнению с основным металлом. Металл второй и третьей зон в процессе сварки нагревается до температуры 900…950С. Зона нормализации граничит с основным металлом, не претерпевшим структурных изменений.

Сварку и наплавку многих ответственных деталей ведут с предварительным подогревом и медленным охлаждением после 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».

Частично механизированная сварка (наплавка): технология выполнения, режимы и особенности

Частично механизированная сварка (наплавка) – это простой метод выполнения сварочных работ с высокой эффективностью. Да и затраты он несет небольшие. Вот почему способ стал популярен одновременно и у профессионалов на крупных производствах, и у частников, занимающихся подсобными работами. Да и даже новички, которым необходимо выполнить единичное действие у себя на даче, в загородном доме или на собственном складе, чаще всего используют именно такую методику. Ведь она выгодно отличается быстрым усвоением, легкой реализацией. И что еще важнее, является вполне экономичным выбором.

В этом обзоре мы конкретно разберемся в сути, видах техники, различных сопутствующих приемах, необходимом оборудовании. А также выявим все ключевые преимущества и недостатки подобной системы.

Что называют технологией частично механизированной сварки наплавки

Для начала разберемся со смежными понятиями. Ручной вариант – это работа, подразумевающая участие человека на всех этапах процесса. Он самостоятельно погружает необходимую конструкцию или деталь, производит плавление, сменяет электроды. Участие каких-то программ не подразумевается. В автоматическом варианте же деятельность сварщика отсутствует по определению. Его роль заключается лишь в расположении объекта на крепежах. То есть, это может выполнить и непрофессионал.

Полуавтоматический режим совмещает две эти функции. Погрузка и размещение осуществляется самостоятельно, так же как и движение сварочным аппаратом. Но подача электродов уже становится автоматической. Это легче, ведь не нужно переживать за корректность размещения проволоки, следить за настройками. Определять уровень газа, подачу электроэнергии. Все сделает «умное» оборудование за работника.

Благодаря этому для «любительской» работы обычно приобретают такое оборудование. Чтобы минимизировать возможность ошибки. А как известно, в этой сфере она может стоить дорого. Сварной аппарат при нарушениях условий безопасности на производстве может воспламенить объекты, нанести травмы человеку.

Особенности технологии частично механизированной сварки наплавки

Пройдемся по всему алгоритму детально.

• В первую очередь происходит обработка рабочей поверхности. Необходимо устранить возможные дефекты, возникшие при прокате металла. Это не самая редкая ситуация, брак поступает часто. Поэтому лучше перестраховаться. Для исправления деформации возможно применить плавление.
• Наносится разметка на сталь. Определяются участки, где будет проходить резка, выбирается режим работы.
• Резка объекта. После нее нужно в обязательном порядке зачистить кромки. Дуговая сварка предполагает ровную поверхность. Соответственно, кромки подрезаются, если дефекты слишком сильные. А дальше для выравнивания обрабатываются абразивом. Нужен инструмент высокой твердости, иначе металл он просто не возьмет.
• Следующим этапом нужно выбрать конкретный режим. Для этого определяется сила и полярность тока, на котором будет работать оборудование. Важно учесть температуру в окружающей среде. В помещении это сделать просто. Она кардинальным образом изменяться не будет. А вот на свежем воздухе есть нюансы. Резкое похолодание – это редкость. А вот неожиданно вышедшее солнце из-за туч прямыми лучами способно повысить температуру на десять и выше градусов.
• Выбираем число подходов, сразу строго фиксируем эту цифру и следуем ей. А также определяем пространственное положение шва.
• Теперь необходимо заземлить деталь, которую будем плавить.
• Только после этого подключаем электрический ток. Аппарат при соприкосновении с объектом начнет пропускать электричество. А значит, и кромка детали, и сам электрод ввиду сильного термического фактора будут плавиться. В итоге, обе масса смешиваются в единое целое. После плавления шлак начинает стремиться вверх, выступая наружу, создавая защитную пленку. Остается лишь подождать остывания и затвердевания. И новенький шов готов.

Также выполнение частично механизированной наплавки может происходить одним из двух способов. Левый вариант – это процесс, при котором сварочный аппарат передвигается слева направо, соответственно. Пруток же двигается параллельно перед горелкой. Двигать лучше всего под прямым углом ко шву, некоторыми зигзагами.

Второй вариант – правый. Перемещение оборудование происходит в обратную сторону. Пламя направляется на ванну с металлическим шлаком. В итоге по времени этот способ изрядно проигрывает. Ведь остывание шва становится куда более длительным процессом, он постоянно заново подогревается. Но фактически, это более качественный вариант. Он обуславливается более прочным соединением. Да и расход газа существенно сокращается. Так что можно говорить и о какой-то экономии.

Режимы

Отдельных строго регламентированных параметров нет. Существует масса ГОСТов под каждый конкретный тип работ и аппаратуру. Но общие методы можно выделить через некоторые аспекты. Один из них – энергия. Электрический ток – это главный двигатель процесса. А значит, его источник или блок обладает принципиальным значением. Сам узел подачи энергии может строиться на двух различных принципах. Первый – это трансформаторный. Это уже зарекомендованный стандарт, который сейчас становится морально устаревшим. Но, плюсы очевидны, трансформатор легко заменить или починить, если он выйдет из строя. То есть, преимуществом выступает примитивность.

Второй вариант – инертный преобразователь. Более прогрессивная модель, которая сейчас ставится почти на каждое оборудование для полуавтоматической сварки на рынке. Электрическая дуга в этом методе становится значительно более стабильной. Горение поддерживается постоянно, даже если питание начинает проседать. Таким образом, уменьшается возможность внешних факторов повлиять на качество работы. Кроме того, КПД тоже возрастает. При наименьших затратах энергии выдается стабильный поток, способный полностью обеспечить нужды сварщика. Ну и последним, но не менее важным плюсом можно назвать компактность. Оборудование с инертным блоком занимает куда меньше места, проще транспортируется и храниться.

Подключать же аппаратуру нужно к источнику с разным напряжением. Все зависит от параметров устройства. По традиции для любительских нужд приобретаются небольшие модели, работающие от сети в 220В. И с одной фазой. А вот если говорить про крупное производство, то там для повышения эффективности используются иные источники. И в большинстве случаев, трехфазные.

Если разбирать режимы частично механизированной наплавки, нельзя обойти своим вниманием такой вид, как сварка в среде защитных газов. Главный критерий – универсальность. Соединения практически любых металлов легко формируются этим методом. Да и процесс можно осуществлять не только в заводском помещении со специально выверенной температурой и газовой средой, но и на свежем воздухе.

Для реализации понадобится оборудование со съемным газовым баллоном. А также с двигателем, подающими механизмами и самой кассетой, в которой хранится проволока. В большей части аппаратов всего два механизма подачи, но если подразумевается серьезная нагрузка, логично приобрести более мощный тип. В нем роликов может быть четыре, шесть и даже больше.

Это простая и доступная технология. Но громоздкий газовый баллон иногда мешает работе, если подразумевается постоянное движение от объекта. Также стоит учесть, что благодаря невысокой цене газа, этот вид еще и экономичен.

Для работ повышенной сложности принято использовать иную технологию, под флюсом. Также идеально подходит для соединения легированной стали или алюминия, для сплавов железа и никеля. Хотя и в работе с обычными соединениями показывает отличный результат. Подходит для выполнения частично механизированной наплавки различных деталей медного типа на производстве.

Флюс – это порошкообразный материал, марганец в своей основе. Он подается вместе с электродом, поэтому при проходе электрического тока происходит плавление сразу двух металлов. Полученная смесь работает гораздо лучше и эффективнее. Порошок бывает плавленым и неплавленным. Последний – стандартный, стоит дешевле, но менее результативен. А первый – это материал после сильной термической обработки, иногда смесь с керамическим происхождением в форме крошки.

Во время работы эти гранулы активно плавятся. Смешиваются с остальным шлаком и попадают в сварочную ванночку. Но при этом флюс поднимается, создает на поверхности специальный защитный слой. Он полностью предохраняет от контакта с кислородной средой. А значит, полученный шов будет до остывания защищен. И получится более крепким и качественным. Затвердевший порошок превращается в наслоение. Удалить его можно без всяких проблем скребком с молотком или иным инструментом. После пары ударов слой трескается и разваливается. Примечательно то, что остатки допустимы к повторной процедуре. Покупать в следующий раз придется меньше флюса.

И провести очистку нужно в обязательном порядке. Ведь слой визуально скрывает под собой шов. И непонятно, получился ли он на запланированном уровне качестве. Или нуждается в доработке, переделке.

Оборудование

Главными аспектами, присущими полуавтоматической сварке, как мы уже говорили, является отсутствие необходимости ив подачи электрода. Менять его в держателе не нужно. «Умный» механизм все сделает самостоятельно.

Машинный вариант оборудования не предполагает наличие этого элемента. Там используется проволока, которую нужно лишь запустить. Отрегулировать придется интенсивность подачи. А значит и мощность аппарата. Ну и также настройке подвергается расстояние от проволоки до объекта.

На современном рынке представлено множество устройств, отличающихся как по параметрам, так и по уровню качества. Разумеется, ценовой вопрос имеет значение. Но стоит заметить, что полуавтоматы недороги по своей сути. Благодаря этому они так и востребованы среди частных мастеров. Когда покупатель ограничен в бюджете. Все линейки имеет невысокой ценовой порог. А значит, экономить еще сильнее – не самый лучший выбор. Логичнее будет ориентироваться на качество, чем выиграть в цене десяток процентов.

Впрочем, также одной из причин актуальности таких устройств является легкое освоение. Если на производстве зачастую работают профессионалы с высоким разрядом, то среди частников зачастую уровень подготовки ниже.

Какой бы товар вы ни выбрали для себя, всегда будут существовать несколько аспектов, которые неизменны для каждого. Это общие характеристики всех линеек продукции.

• Горелка. Естественно, она присутствует во всех типах оборудования. В том числе среди ручного или полностью автоматического.
• Кабель и шланг. С помощью этих проводников для работы поступает электрической ток, газ и новые электроды, которые необходимо плавить. Как уже отмечалось, последние могут быть заменены проволокой.
• Управляющий блок. Зачастую содержит несколько индикаторов, сигнализирующих о состоянии аппарата, наличия подключении к источникам. А также запас расходных элементов. Если случится повреждение или перегрузка, индикаторы сообщают об этом.
• Блок питания. В тех вариантах, когда нет подключения напрямую к сети. Да и даже в этом случае зачастую напряжение подается через этот элемент.
• Резервуар с газом. Его габариты могут отличаться в различном диапазоне. Чем серьезнее нужды, тем больше размер баллона.

Иногда стандартный комплект оборудования снабжается некоторыми новыми частями. Ограничительные экраны, специальные вытяжки для работы в помещении, стойки для расположения «рукава». А также специальные подвижные платформы или просто тележки без бортов, чтобы перемещать баллон с газом. Особенно если он весьма крупный.

Назначение плавки

Обозначенная методика используется в массе различных сфер. Широко востребована как на крупном производстве, так и для каких-то небольших частных работ. Во многих случаях, если ландшафт на территории неудобный, даже стандартный подвод воды из источника к своему дому без предварительной сварки подвести проблематично.

Основные же отрасли, где метод применяется особо широко, это:

• Соединение магистралей. Все пути, которыми подается газ, вода и так далее. Зачастую центральные линии сплошь состоят из металла. И только отводы на воды организовываются из полипропилена или полиэтилена.
• Резервуары для содержания потенциально опасных жидкостей. Нефть, как вариант.
• Практически все основные несущие конструкции из металла в сфере строительства жилых домов. Как многоэтажных, так и частных. Сюда же относится и железобетон.
• Мосты, ворота, ограждения, элементы заборов.
• Корпусные части крупных судов.
• А также все металлических изделий. Перечислить каждую сферу невозможно.

И не стоит забывать, что плавление – это лучший способ ремонта габаритных металлических изделий. А также часто применяется для восстановления различного транспорта. В большей части для техники сельскохозяйственного назначения.

Преимущества

Давайте пройдемся по основным плюсам, которые можно найти в способе полуавтоматической сварки.

• Скорость исполнения.
• Возможность без проблем соединять тонкие конструкции и детали.
• Применяется в универсальных положениях, вертикально или горизонтально, без разницы.
• Снижения риска деформирования объекта.
• Выше КПД по сравнению с ручной.
• Подходит для новичков.

Недостатки

При наличии плюсов, избежать минусов полностью никогда не удается.

• Значительно возрастает риск пробития газовой защиты при работе на свежем воздухе.
• Существует шанс, что расплавленный электрод немного разлетится.
• На максимальной мощности аппарат использовать не рекомендуется. Или постоянно охлаждать, он весьма быстро нагревается.

Как видно, минусом меньше. Но они тоже довольно ощутимые.

Итоги

Эта методика сейчас полностью вытесняет ручное производство. Разумеется, она быстрее, эффективнее, проще и безопаснее. КПД выше в несколько раз. Но полностью автоматический метод, разумеется, приносит более серьезные результаты. В противовес, это и дороже. И если крупные заводы ориентируются на такой подход, то небольшие фирмы со средним потоком производства больше тяготеют к полуавтомату. Для частников же частично механизированная наплавка различных деталей – это единственный способ быстро и выгодно выполнять свою деятельность. А если вы все-таки решили приобрести специальное оборудование, то обращайтесь в нашу компанию «Сармат». Мы предоставляем широкую линейку технического обеспечения для механической обработки.

Читайте также: