8.7.2. Подготовка наплавочных материалов и деталей под наплавку

Подготовка наплавочных материалов включает в себя следующие основные операции:

– для проволоки сплошного сечения – удаление ржавчины и загрязнений;

– для порошковой проволоки и ленты – прокалка при 230 – 250 °С;

–для порошков – сушка при 100 – 150 °С и при необходимости рассев;

– для покрытых электродов – прокалка при 150 – 350 °C в зависимости от марки электрода;

- для флюсов – прокалка по режимам, зависящим от марки флюса.

При подготовке деталей под наплавку должны быть соблюдены требования к конфигурации наплавляемой детали. Если необходимо удалить поверхностные дефекты (трещины, глубокие раковины), то проводится предварительная механическая обработка детали. Для удаления ржавчины, окалины с наплавляемой поверхности применяется дробе- или пескоструйная обработка, зачистка. Масляные загрязнения удаляются обезжириванием.

Предварительный нагрев. Для предотвращения растрескивания наплавленного слоя, особенно при наплавке твердыми материалами, необходимо правильно выбрать температуру предварительного подогрева детали, оказывающего влияние на твердость наплавленного металла. Недостаточная температура предварительного подогрева создает опасность возникновения трещин, а чрезмерный нагрев вызывает снижение скорости охлаждения и увеличение глубины проплавления основного металла, что не позволяет обеспечить требуемую твердость наплавленного металла. Предварительный подогрев осуществляют обычно газовыми горелками, ТВЧ или электрическими нагревателями, а для валков прокатных станов и других крупных изделий используют емкие нагревательные печи. При нагреве горелками рекомендуется использовать пропановое и нормальное ацетилено-кислородное пламя. Температура предварительного подогрева назначается с учетом состава и свойств основного металла.

8.7.3. Наплавка

Технологические приемы и режимы дуговой наплавки зависят от формы и размеров изделий и весьма важны для получения надлежащего качества и состава наплавленного слоя. При этом приходится учитывать разбавление наплавленного металла основным. Такое разбавление необходимо ограничивать, для чего используют перекрытие валиков при наплавке каждого (особенно первого) слоя.

В связи с тем, что в большом числе случаев наплавленный слой необходимо подвергать механической обработке, наплавка лишнего металла нецелесообразна. Следует стремиться к тому, чтобы припуск на обработку не превышал 1,5 – 2 мм и после наплавки поверхность была достаточно ровной, без значительных наплывов и провалов между валиками.

При проведении работ по наплавке следует иметь в виду, что в поверхностных слоях наплавленного металла возникают остаточные, как правило, растягивающие напряжения, которые могут привести не только к искажению формы и размеров наплавляемых деталей, но и к появлению трещин в самой наплавке.

Применяемые технологии восстановления стальных деталей предусматривают наплавку металла в виде одиночных валиков в несколько рядов по ширине и в несколько слоев по высоте изношенной поверхности для достижения необходимых размеров и формы рабочего слоя. При этом комплекс служебных свойств наплавленного металла формируется в условиях циклического термического (термомеханического) воздействия на металл каждого валика при наплавке соседних. В зависимости от сочетания параметров термического цикла так называемой автотермической циклической обработки (АТЦО) может существенно изменяться структура наплавленного слоя, а следовательно, и его свойства.

Наплавку низколегированных и низкоуглеродистых сталей (до 0,4 % С) часто используют для восстановления размеров детали или для создания подслоя. Особых проблем при наплавке таких сталей не возникает. Однако если в наплавке количество углерода повышается до значений, более высоких, чем 0,4 %, то следует предусматривать подогрев, особенно при наплавке на массивные детали. Температура подогрева должна быть тем выше, чем массивнее деталь и больше количество углерода в ее составе.

Известно, что при наплавке углеродистых сталей вероятность образования трещин в наплавленном металле и ЗТВ возрастает с увеличением содержания углерода. Основной технологический прием предотвращения трещинообразования – предварительный и сопутствующий подогрев, температура которого также увеличивается по мере роста содержания углерода и некоторых легирующих элементов. Расчетная температура подогрева при наплавке на низколегированные заэвтектические валковые стали должна составлять 400 – 600 °С. При наплавке в таких условиях растет средняя температура термического цикла, снижаются скорости нагрева и охлаждения – увеличивается длительность пребывания металла в области высоких температур. Закономерный результат этого процесса – формирование структур перегрева (пережога) в наплавленном металле и ЗТВ с соответствующим снижением пластичности, начальный уровень которой для высокоуглеродистой стали сравнительно невысок. Кроме того, при температуре подогрева 300 °С ухудшаются отделимость шлаковой корки, а также условия работы оборудования и персонала вследствие интенсивного теплоизлучения детали. В результате объем промышленно используемых технологий дуговой наплавки на высокоуглеродистые (заэвтектические) стали незначителен, хотя экономическая эффективность для металлоемких крупногабаритных деталей типа прокатных валков может быть высокой.

Известно, что на склонность металла к трещинообразованию при дуговой наплавке на высокоуглеродистые стали значительно влияют перегрев ОШЗ, температурный интервал бездиффузионных превращений и скорость охлаждения наплавленного металла и ЗТВ. Если заметно снизить время пребывания металла ЗТВ при температуре выше 1000 °С, сместить интервал мартенситного превращения в область более высоких температур или сильно замедлить охлаждение в этом интервале (ниже 350 °С), можно избежать возникновения холодных трещин.

Увеличение скорости и уменьшение шага наплавки, а также использование в качестве газовой защитной среды аргона вместо флюса позволяют уменьшить глубину проплавления и долю основного металла в наплавленном, снизить максимальную температуру в зоне термического влияния, увеличить количество циклов автотермической циклической термической обработки и в конечном итоге добиться оптимальной структуры и высоких эксплуатационных свойств композиции наплавленный слой - заэвтектоидная сталь при сравнительно невысокой температуре подогрева (300 °С).

При восстановлении деталей из хромовольфрамовых, хромомолибденовых и других теплостойких инструментальных сталей, особенно если наплавляемая деталь предназначена для работы в условиях сменных температур, для исключения вероятности появления трещин необходим предварительный подогрев до 300 °С. Часто рекомендуется последующее медленное охлаждение вместе с печью или последующий высокотемпературный отпуск.

Для восстановления наплавкой изделий из быстрорежущих сталей следует учитывать повышенную склонность металла к образованию горячих и холодных трещин. Наплавленный металл, как правило, не должен подвергаться пластической деформации ковкой или прокаткой.