книги / Сварка и свариваемые материалы. Технология и оборудование

25.2. Классификация способов наплавки

Способы наплавки, как и способы сварки, классифицируются по трем груп­ пам признаков (ГОСТ 19521—74): физическим, техническим и технологиче­ ским.

По физическому признаку (используемый источник нагрева) основные

способы наплавки можно разделить на три группы:
— термические		(дуговая,		электрошлаковая, плазменная,		электронно-лу­
чевая, световая, индукционная, газовая, печная);
— термомеханические			(контактная, прокаткой,		экструдированием);
— механические		(взрывом,		трением).		подразделяться
Большинство	из	этих	способов в свою очередь могут
по техническим	(способ		защиты металла в зоне		наплавки,	степень меха­

низации наплавки, непрерывность процесса нап'лавки) и технологическим (по роду тока, по количеству электродов, по наличию внешнего воздействия

ит. п.) признакам.

25.3.Термические способы наплавки

25.3.1. Ручная дуговая наплавка штучными электродами

Наиболее универсальный метод, пригодный для наплавки дета­ лей различной формы, может выполняться во всех пространст­ венных положениях. Легирование наплавленного металла произ­ водится через стержень электрода и/или через покрытие.

Для наплавки используют электроды диаметром 3—6 мм (при толщине наплавленного слоя менее 1,5 мм применяют элек­

троды диаметром 3 мм, при большей — диаметром 4—6 мм). Для обеспечения минимального проплавления основного ме­ талла при достаточной устойчивости дуги плотность тока дол­

жна составлять 11—12 А/мм2.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а ме т ода :

—универсальность и гибкость при выполнении разнообраз­ ных наплавочных работ;

—простота и доступность оборудования и технологии;

—возможность получения наплавленного металла практиче­ ски любой системы легирования.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и метода:

—низкая производительность;

—тяжелые условия труда;

—непостоянство качества наплавленного слоя;

—большое проплавление основного металла.

25.3.2. Полуавтоматическая и автоматическая дуговая наплавка

Для наплавки применяются все основные способы механизиро­ ванной дуговой сварки — под флюсом, самозащитными прово­ локами и лентами и в среде защитных газов [1]. Наиболее ши­ роко используется наплавка под флюсом одной проволокой или

лентой (холоднокатаной, порошковой, спеченной). Для увели* чения производительности применяют многодуговую или много­ электродную наплавку. Легирование наплавленного металла осуществляется, как правило, через электродный материал, ле­ гирующие флюсы применяются редко. Большое распростране­ ние получила дуговая наплавка самозащитными порошковыми проволоками и лентами. Стабилизация дуги, легирование и за­ щита расплавленного металла от азота и кислорода воздуха

обеспечивается за счет компонентов сердечника электродного материала.

Дуговая наплавка в среде защитных газов применяется от­ носительно редко. В качестве защитных газов используются СОг, аргон, гелий, азот или смеси этих газов.

Вследствие большого проплавления основного металла при дуговой наплавке необходимый состав наплавленного металла удается получить только в 3—5-мм слое.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

—универсальность;

—высокая производительность;

—возможность получения наплавленного металла практи­ чески любой системы легирования.

Ос н о в н о й н е д о с т а т о к :

—большое проплавление основного металла, особенно при наплавке проволоками.

25.3.3. Электрошлаковая наплавка (ЭШН)

ЭШН основана на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через шлаковую ванну.

Основные схемы электрошлаковой наплавки приведены на рис. 25.2.

ЭШН можно производить в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении, как правило, с принудительным формированием наплавленного слоя. Наплавка на горизонталь­ ную поверхность может идти как с принудительным, так и со свободным формированием.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

— высокая устойчивость процесса в широком диапазоне

плотностей тока (от 0,2 до 300 А/мм2), что позволяет исполь­ зовать для наплавки как электродную проволоку диаметром

менее 2 мм, так и электроды большого сечения (>35000 мм2);

— производительность, достигающая сотен килограммов на­ плавленного металла в час;

—возможность наплавки за один проход слоев большой толщины;

—возможность наплавки сталей и сплавов с повышенной

склонностью к образованию трещин;

—возможность наплавки тонких слоев;

—высокая эффективность в условиях серийного производ­

ства.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ИН:

—низкий к. п. д. процесса;

—перегрев основного металла;

—необходимость использования для наплавки только тех материалов, которые имеют температуру плавления ниже тем­ пературы плавления основного металла.

25.3.6. Лазерная (световая) наплавка (ЛН)

Применяется три способа ЛН: оплавление предварительно на­ несенных паст; оплавление напыленных слоев; наплавка с по­ дачей присадочного порошка в зону оплавления [4].

Производительность лазерной порошковой наплавки дости­ гает 5 кг/ч. Требуемые составы и свойства наплавленного ме­ талла можно получить уже в первом слое небольшой толщины, что важно с точки зрения расхода материалов и затрат на на­ плавку и последующую обработку.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

— малое и контролируемое проплавление при высокой проч­ ности сцепления;

— возможность получения тонких наплавленных слоев (<0,3 мм);

—небольшие деформации наплавляемых деталей;

—возможность наплавки труднодоступных поверхностей;

—возможность подвода лазерного излучения к нескольким рабочим местам, что сокращает время на переналадку обору­ дования.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т ода :

—малая производительность;

—низкий к. п. д. процесса;

—необходимость в сложном, дорогостоящем оборудовании.

25.3.7. Электронно-лучевая наплавка (ЭЛН)

При ЭЛН электронный пучок позволяет раздельно регулиро­ вать нагрев и плавление основного и присадочного материалов, а также свести к минимуму их перемешивание.

Наплавка производится с присадкой сплошной или порош­ ковой проволоки. Так как наплавка производится в вакууме, то шихта порошковой проволоки может состоять из одних леги­ рующих компонентов.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а ме тода:

—малое проплавление основного металла;

—возможность наплавки слоев малой толщины.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т ода :

—сложность и высокая стоимость оборудования;

—необходимость биологической защиты персонала.

25.3.8. Газовая наплавка (ГН)

При ГН металл нагревается и расплавляется пламенем газа, сжигаемого в смеси с кислородом в специальных горелках. В качестве горючего газа чаще всего применяется ацетилен или его заменители: пропан-бутановая смесь, природный газ, водо­ род и др. газы. Известна ГН с присадкой прутков либо с двуванием порошка в газовое пламя.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

—малое проплавление основного металла;

—универсальность и гибкость технологии;

—возможность наплавки слоев малой толщины.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т о д а :

—низкая производительность процесса;

—нестабильность качества наплавленного слоя.

25.3.9. Печная наплавка композиционных сплавов

Способ печной наплавки особоизносостойких композиционных сплавов основан на пропитке слоя твердых тугоплавких частиц (карбидов) сплавом-связкой в условиях автовакуумного на­ грева [5].

В качестве износостойкой составляющей композиционного сплава наиболее часто используется релит грануляции 0,4— 2,5 мм или дробленые отходы спеченных твердых сплавов типа WC—Со. Обычно применяемый сплав-связка содержит около 20 % Мп, 20 % Ni и 60 % Си.

Печная наплавка композиционных сплавов применяется пре­ имущественно в черной металлургии для увеличения долговеч­ ности конусов доменных печей, уравнительных клапанов и дру­ гих деталей, работающих в условиях интенсивного изнаши­ вания.

О с н о в н о е д о с т о и н с т в о м е т о д а :

— возможность наплавки	уникальных изделий сложной
формы.	ме т ода :
О с н о в н ы е н е д о с т а т к и

—необходимость изготовления металлоемкой оснастки, ко­ торая после окончания процесса удаляется в металлолом;

—большая длительность подготовительных операций.

25.4.Термомеханические способы наплавки

25.4.1. Электроконтактная наплавка ( Ж Н )

При этом способе наплавки соединение основного и присадоч­ ного металла осуществляется в результате совместной пласти­ ческой деформации, протекающей при прохождении импульсов тока и действии усилия сжатия [6].

В качестве присадочного материала для ЭКН используют стальную ленту, проволоку, порошки и их смеси. Наплавлен­ ный слой имеет толщину 0,2—1,5 мм, зона термического влия­ ния не превышает 0,5 мм. Производительность ЭКН достигает 1,5 м2/ч. Применяется ЭКН для восстановления валов, осей, штоков, фланцев, барабанов и т. п. деталей, износ которых по диаметру не превышает 1—1,5 мм.

Оси ов н ы е п р е и м у щ е с т в а м е т о д а :

—отсутствие проплавления основного металла;

—минимальные деформации наплавленных деталей;

—возможность наплавки слоев малой толщины.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т о д а :

—низкая производительность процесса;

—ограниченная номенклатура наплавляемых деталей.

25.4.2. Плакирование прокаткой и экструдированием

Разнообразные способы плакирования с помощью горячей

сварки прокаткой и экструдированием применяются в основном для производства толстых и тонких листов, полос, лент, фасон­ ных профилей, прутков и проволоки [7].

Плакированный металл получают из специальных много­ слойных слитков, из заготовок, полученных наплавкой, электрошлаковой сваркой, сваркой взрывом, а также из составных гер­ метизированных заготовок-пакетов.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

—высокая производительность процесса;

—отсутствие перемешивания основного и плакирующего металлов;

—широкий диапазон соотношения толщин основного и пла­ кирующего слоев;

—возможность получения спецпрофилей с местным плаки­ рованием;

—относительно небольшие остаточные деформации.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т ода :

—ограниченность сортамента материалов для плакирую­ щих слоев биметалла;

—большая длительность подготовительных операций;

—ограниченная номенклатура деталей, которые могут изго­ тавливаться из плакированного проката.

25.5. Механические способы наплавки (наварки)

25.5.1. Плакирование с использованием энергии взрыва

Источником энергии при сварке взрывом служат взрывчатые вещества. Сварка взрывом применяется как для производства заготовок под последующую прокатку, так и непосредственно для плакирования деталей. Наиболее широко применяется взрывное плакирование пластичными коррозионностойкими ста. лями и сплавами [8]. Применение опор переменной жесткости и особых способов подготовки плакирующих листов позволило использовать энергию взрыва для плакирования малоуглеро­ дистой стали инструментальными сталями Х6Ф1, XI2, Р65М и др.

О с н о в н ы е д о с т о и н с т в а м е т о д а :

—возможность соединения металлов, сварка которых дру­ гими способами сложна или невозможна;

—отсутствие проплавления основного металла;

—минимальные деформации при сварке.

О с н о в н ы е н е д о с т а т к и ме т ода :

—необходимость в специальных полигонах;

—большая длительность подготовительных операций;

—ограниченность номенклатуры деталей, поддающихся плакированию взрывом.

25.5.2. Наплавка трением (НТ)

Суть метода заключается в быстром вращении присадочного прутка (1500—4000 об/мин), который торцом прижимается к наплавляемой поверхности. Металл нагревается, становится пластичным и как бы намазывается на поверхность изделия. Этот способ наплавки пока не нашел широкого промышленного применения.

25.6. Материалы для наплавки

Для наплавки применяются проволоки сплошного сечения и по­ рошковые, ленты холоднокатаные, порошковые и спеченные, порошки, покрытые электроды, литые прутки, кольца, флюсы плавленые и керамические и другие материалы.

25.6.1. Электродные проволоки

Электродные проволоки сплошного сечения

Для механизированной электродуговой наплавки применяется стальная наплавочная проволока сплошного сечения по ГОСТ 10543—82.

Стандартом предусмотрен выпуск проволоки из углероди­ стой стали 9 марок, легированной стали 11 марок и высоколе­ гированной стали 11 марок.

Применяют для механизированной наплавки также сталь­ ную сварочную проволоку по ГОСТ 2246—70.

Обычно для наплавки в защитных газах используют прово­ локу диаметром 1,6—2,2 мм, а для наплавки под флюсом — проволоку диаметром 3,0—5,0 мм и катанку диаметром 6,5 мм.

Углеродистые	наплавочные	проволоки	(Нп — 30, Нп — 40,
Нп —50 и т. д.)	применяются	в основном	для восстановления

размеров изношенных деталей. Для наплавки инструмента го­

рячего деформирования	металла	используют	проволоки		Нп —
45Х4ВЗФ, Нп — 45Х2В8Т, Нп — 60ХЗВ10Ф.			Проволоки		Нп —
40ХЗГ2М и Нп— 40ХЗГ2МФ рекомендуются			для	наплавки де­
талей, работающих в	условиях	абразивного		изнашивания

с ударами. Для антикоррозионной наплавки рекомендуются проволоки Св-08Х19Н10Г2Б, Св-04Х19Н11МЗ, Св-07Х25Н13, Св-10Х16Н25АМ6. Подробнее о применении проволок наплавоч­ ных и сварочных сплошного сечения сказано в работе [12].

Порошковые проволоки

Порошковые проволоки являются в настоящее время преобла­ дающим материалом для износостойкой наплавки. Они изго­ тавливаются методом волочения или прокатки в виде трубки с краями, сформированными встык или внахлестку. Коэффи­ циент заполнения (отношение массы сердечника к общей массе проволоки в процентах) наплавочной порошковой проволоки не превышает 40—45 % • Чаще всего используются проволоки диа­ метром 3,6 мм для наплавки под флюсом и 1,8—3,2 мм для по­ луавтоматической и автоматической наплавки открытой дугой.

Порошковые наплавочные проволоки производятся по ГОСТ 26101—84 и ведомственным ТУ. ГОСТ 26101—84 предусматри­ вает изготовление наплавочных порошковых проволок 23 марок для различных видов изнашивания: абразивное изнашивание с умеренными и значительными ударными нагрузками (ПП — Нп—200Х12М; ПП — Нп — 200Х12ВФ; ПП — Нп — 200Х15С1ГРТ; ПП — Нп — 250Х10Б8С2Т; ПП — Нп — 80Х20РТ;

ПП— Нп— 150X15РЗТ2; ПП — Нп—350Х10Б8Т2)		трение ме­
талла о металл при знакопеременных	нагрузках	(ПП —Нп —
30Х5Г2СМ; ПП — НП — 218Х1Г1М;	ПП — Нп — 30Х4Г2М);

трение металла о металл в коррозионной среде, эрозионное из­ нашивание (ПП — Нп— 10Х14Т; ПП — Нп— 10Х15Н2Т; ПП — Нп—210Х17Н9С5ГТ); термическая усталость и большие удель­ ные давления (ПП — Нп—25Х5ФМС; ПП — Нп —30Х4В2М2ФС; ПП—35В9ХЗСФ; ПП — Нп — 45В9ХЗСФ; ПП — Нп —35Х6М2); трение металла о металл без смазки, трение качения (ПП —

Нп — 14СТ;	ПП — Нп— 19СТ; ПП — Нп — 50ХЗСТ); сильные
удары при	высоких контактных нагрузках (ПП — Н п—

90Г13Н4; ПП — Нп— 12Х12Г12СФ).

25.6.2. Электродные ленты Холоднокатаные электродные ленты

Для антикоррозионной наплавки под флюсом широко исполь­ зуются холоднокатаные ленты. Как правило, содержание угле­ рода в них не превышает 0,08 % при различном содержании хрома и никеля. Для повышения коррозионной стойкости ме­ талл стабилизируется титаном или ниобием. Освоено производ­ ство лент 9 типов для антикоррозионной наплавки, которые производятся по ТУ МЧМ СССР. В частности, ленты СВ-04Х19Н11МЗ, Св-10Х16Н25АМ6, Св-08Х19Н10Г2Б, Св-07Х25Н13 выпускаются по ТУ 14-1-1468—75.

Для наплавки обычно применяют ленты толщиной 0,4— 1,0 мм и шириной 20—100 мм. Плотность тока при наплавке составляет 10—15 А/мм2.

Порошковые электродные ленты

Порошковые электродные ленты для наплавки производятся методом прокатки и по конструкции могут быть одно- и дву­ замковые. Ленты имеют сечение 10x3 или 18X4 мм и постав­ ляются в рулонах (масса 45—65 кг) или кассетах (масса 100— 150 кг).

Ленты ПЛ — Нп —300Х25СЗН2Г2, ПЛ — Нп —400Х25СЗГ2М и ПЛ — Нп— 120Х22РЗГС применяются для наплавки защит­ ных поверхностей конусов и чаш засыпных аппаратов доменных печей, деталей дробилок, ножей бульдозеров, бил угольных мельниц и т. п.

Ленты ПЛ — Нп — 450Х20Б7М6В2Ф и Пл — Нп — 400Х20Б7М6В2Ф предназначены для наплавки желобов, течек и др. деталей бесконусных, засыпных устройств, Работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания при повы­ шенных температурах. Порошковая лента ПЛ — Нп — 500Х40Н40 — С2РЦ используется для наплавки контактных по­ верхностей конусов и чаш засыпных аппаратов доменных печей.

Ленты ПЛ — Нп— 10Х4В2М2, ПЛ — Нп — 15Х4В2М2 и ПЛ — Нп — 20Х4В2М2 применяются для наплавки роликов рольгангов, лента ПЛ — Нп — 20Х10Г10Т — для наплавки кра­ новых колес, роликов и направляющих.

Для наплавки под флюсом деталей трубопроводной арма­ туры, работающей при температурах до 560 °С, применяются порошковые ленты ПЛ — Нп— 12Х16Н9С5Г2Т и ПЛ — Нп — 12Х16Н8М6С5Г4Б.

Спеченные электродные ленты

Ленты изготавливают холодной прокаткой смеси порошков с последующим спеканием в водороде. Спеченную ленту произ­ водят толщиной 0,8—1,2 мм и шириной 25—100 мм. Плотность готовой ленты не ниже 6 г/см3, предел прочности не менее 60 МПа. Преимуществом спеченной ленты является повышен­ ная производительность наплавки (на 25—30 % по сравнению с холоднокатаной лентой идентичного химического состава). Плотность тока при наплавке спеченной лентой составляет 10— 30 А/мм2, напряжение 25—27 В. По ГОСТ 22366—77 преду­ сматривается изготовление спеченных лент 7 марок, однако из них нашли широкое применение следующие: ЛС — 70ХЗМН; ЛС— 12Х14МЗ; ЛС — 50Х4ВЗФС; ЛС — У10Х7ГР1. Ленты по­ ставляются в рулонах. В рулоне должен быть один отрезок ленты длиной не менее 40 м. Масса рулона не должна превы­ шать 100 кг.

25.6.3. Порошки для наплавки

Порошки широко применяются как для наплавки, так и для на­ пыления. Для индукционной наплавки применяют немагнитные порошки со сравнительно крупными частицами осколочной или хлопьевидной формы, при которой порошок хорошо смешива­ ется с флюсом, не сепарирует и не ссыпается с наплавляемой поверхности. Для плазменной и лазерной наплавки предпочти­ тельнее 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 ос­ нове по ведомственным ТУ: П Р — 10Р6М5; ПГ — АН2; ЛГС — 1; ЛГС — 2.

ГОСТ 21448—75 предусматривает выпуск порошков трех

марок для наплавки на основе никеля:			ПГ — СР2;	ПГ — СРЗ;
ПГ — СР4. По	ведомственным ТУ		производят	порошки:
ПР — Н68Х21С5Р;	ПГ— 12Н —01;	П Г — 12Н — 02; ПГ —
ЮН- 0 1 .		на основе кобальта: ПР —
Освоено производство порошков
К60Х30ВС; ПН — АН35; ПГ— 10К — 01.

25.6.4. Электроды для дуговой наплавки

Для наплавки применяют как специальные наплавочные элек­ троды, так и сварочные электроды, предназначенные для сварки коррозионностойких и жаростойких сталей и сплавов. По ГОСТ