книги / Ремонт подъемных кранов

рой заполнена шихтой, состоящей из смеси порошков графи­ та, железа и ферросплавов. В качестве флюса при этом приме­ няют плавленые флюсы АН-348А или АН-20. Изменяя состав шихты, можно получать в наплавленном металле требуемый химический состав и свойства. Недостатком этого способа ле­ гирования является дефицитность порошковой проволоки.

На ремонтных предприятиях получил широкое примене­ ние комбинированный способ легирования наплавленного металла одновременно через проволоку и флюс. Так, при наплавке шеек коленчатых валов ЗИЛ-130 НИИАТ рекомен­ дует применять пружинную проволоку 2 кл. с содержанием углерода 0,60-0,65 % и флюс АН-348А с добавкой легирую­ щих элементов (2,5 % гранита и 2 % феррохрома в порош­ ке). Твёрдость наплавленного металла при этом получают в пределах HRC 52-62 без термической обработки.

Режим автоматической наплавки под слоем флюса оказы­ вает существенное влияние на производительность процесса, формирование валика наплавленного металла и его физико­ механические свойства. Режим наплавки определяется сле­ дующими параметрами: диаметром электрода, напряжением дуги, силой сварочного тока, скоростью наплавки, скорос­ тью подачи проволоки, вылетом электрода, шагом наплав­ ки, смещением электрода с зенита.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от диаметра наплавляемой детали. При наплавке обычно применяют проволоку диаметром 1,6-2,5 мм.

Сила сварочного тока оказывает большое влияние на глу­ бину проплавления, размеры валика наплавленного металла и производительность процесса. С повышением силы тока увеличивается глубина проплавления основного металла, ширина и высота наплавленного валика, а также производи­ тельность процесса.

Силу тока выбирают в зависимости от диаметра электрода по специальным таблицам. Приближённо её можно опреде­ лить также по формуле I = 110d3 -I- 10d23, где d3 — диаметр электрода, мм.

ill

При наплавке применяют обычно постоянный ток обрат­ ной полярности.

Напряжение дуги связано с силой сварочного тока. Чем боль­ ше сила тока, тем выше должно быть напряжение дуги. С ростом напряжения дуги увеличивается ширина валика и уменьшается его высота. Чтобы получить хорошее формиро­ вание сварочного валика, напряжение дуги выдерживают в пределах 25-35 В. Скорость наплавки обычно выбирают в пре­ делах 12-45 м/ч. С увеличением скорости наплавки уменьша­ ется ширина наплавляемого валика и глубина проплавления.

Скорость подачи проволоки выбирают в зависимости от диаметра электрода и силы тока. Для электродов диаметром 1,6-2 мм при силе тока 140-360 А скорость подачи проволо­ ки применяется в пределах 75-180 м/ч. Вылет электрода за­ висит от силы тока и устанавливается равным 10-25 мм. Шаг наплавки выбирают в зависимости от требуемой толщины слоя, а также от величины тока и напряжения в пределах 3-6 мм.

Смещение электрода с зенита в сторону, противополож­ ную направлению вращения детали, позволяет предупредить стекание металла и флюса. Особенно это относится к дета­ лям малого диаметра. Смещение устанавливают в зависимо­ сти от диаметра детали. Для деталей диаметром от 50 до 150 мм должно быть в пределах 3-8 мм.

Оценивая автоматическую наплавку под флюсом как способ компенсации износа деталей при их восстановлении следует отметить следующие её достоинства: высокая производитель­ ность процесса за счёт применения больших плотностей тока и в 1,5 раза более высокий, чем при ручной сварке, коэффициент наплавки; экономичность процесса в отношении расхода элек­ троэнергии (отсутствие потерь на излучение света и тепла) и электродного металла; возможность получения слоя наплавлен­ ного металла большой толщины (от 1,5 до 5 мм и более); равно­ мерность слоя и небольшие припуски на последующую обра­ ботку; возможность получения за счёт легирования наплавлен­ ного металла с необходимыми физико-механическими свойства­ ми; независимость качества наплавленного металла от квали­

фикации исполнителя; улучшение условий труда сварщиков за счёт отсутствия ультрафиолетовых излучений.

К недостаткам этого процесса следует отнести: высокий на­ грев детали при наплавке; невозможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм из-за отекания наплавленного металла и трудности удержания флюса на поверхности детали; необхо­ димость и определённую трудность удаления шлаковой корки; необходимость применения термической обработки наплавлен­ ного металла с целью повышения его износостойкости.

Наплавку под флюсом применяют при восстановлении шеек коленчатых валов двигателей, шлицевых поверхностей на различных валах, полуосей и других деталей.

3.4.8 Последовательность расчёта режимов наплавки

Рекомендуется следующая последовательность расчёта режимов наплавки.

Определяют толщину наплавляемого слоя в зависимости от величины износа и припуска на механическую обработку. Он колеблется при наплавке под слоем флюса в пределах 1,6...2,0 мм на сторону, при вибродуговом способе — в пре­ делах 0,6...1,2 мм на сторону.

Выбирают марку и диаметр электродной проволоки при­ менительно к материалу детали и твёрдости её поверхности.

Выбирают и рассчитывают электрические параметры на­ плавки, выбирают род сварочного тока, напряжение тока при наплавке, рассчитывают силу сварочного тока.

Выбирают и рассчитывают кинематические параметры наплавки: скорость подачи проволоки, скорость наплавки, частоту вращения детали.

Все данные могут быть выбраны студентом по литератур­ ным источникам [3, 4, 5, 6] или рассчитаны по формулам.

Расчёт частоты вращения детали в об/мин.

1000 Уя

(3.22)

60 nD ’

где FH — скорость наплавки, м/ч; D — диаметр наплавляе­ мой поверхности, мм.

Расчёт скорости наплавки а) под слоем флюса:

V n	=	---	-----«н
н		F^lOO н ’
FH= /0,4...			0,8/Fn,	(3.23)

где I — сила сварочного тока, A; F — площадь поперечного сечения наплавляемого шва, см2; у — плотность металла шва, г/см3 (для стали у = 7,85); ан — коэффициент наплав­ ки, r/A -4;Fn — скорость подачи проволоки, м/ч;

а н = а р(1 - ф ),

(3.24)

где ав — коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при наплавке под слоем флюса, г/А-ч; ф— коэффициент потерь металла сварочной проволоки на угар и разрабатывание; ф= 0,02...0,03;

б) вибродуговым способом:

Vn =	0,785dlVnn„
	(3.25)
	hS

где da— диаметр электродной проволоки, мм; TJB — коэффи­ циент перехода электродной проволоки в наплавляемый ме­ талл; т]п = 0,8...0,9; h — толщина наплавляемого слоя, мм; S — шаг наплавки, мм/об.

Расчёт скорости подачи проволоки а) под слоем флюса:

		(3.26)
б) вибродуговым способом:
VП	ОД IU	(3.27)
	j 2

где U — напряжение, В; d — диаметр электродной проволо­ ки, мм.

Расчёт силы сварочного тока а) под слоем флюса:

/ = 110 d3 + 10dl	(3.28)
б) вибродуговым способом:
I = 100УП+ 60d„ - 85.	(3.29)
Расчёт полного времени наплавки
Т = —	(3.30)

где t — время горения дуги, ч; К и — коэффициент использо­ вания сварочного оборудования; Кв = 0,6...0,7;

t = GH	(3.31)
anI ’
где GH— масса наплавляемого металла, г;
GH= Fnhy;	(3.32)

где Fa — площадь наплавляемой поверхности, см2; h — тре­ буемая высота наплавленного слоя, см.

Расчёт расхода электроэнергии в кВт-ч
Э = Ur ■t + W oflr-l),	(3.33)
Т] •1000

где U — напряжение дуги, В; 77 — КПД источника тока; h = 0,6. ..0,7; WQ— мощность, расходуемая при холостом ходе, кВт; W0= 2...3 кВт.

3.5 Металлизация напылением

Процесс металлизации заключается в нанесении на повер­ хность детали расплавленного металла струёй сжатого воз­ духа. Толщина покрытия, в зависимости от его назначения Может быть от 0,03 до 10 мм и более. При ремонте машин

металлизация напылением имеет пока ограниченное приме­ нение: наращивание изношенных поверхностей валов, цапф, устранение различных дефектов в корпусах (раковин, пор), декоративные и антикоррозионные покрытия.

3.5.1 Физическая сущность процесса металлизации

Заключается в следующем: напыляемый металл расплав­ ляется каким-либо источником тепла и с помощью сжатого воздуха или инертного газа распыляется на мелкие частицы диаметром от 3 до 300 мкм. Расплавленные частицы метал­ ла, пролетая расстояние от зоны плавления до поверхности детали, успевают несколько остыть и из жидкого состояния переходят в твёрдое. В момент удара эти частицы, обладая достаточно большой кинетической энергией, контактируют с микрорельефом поверхности детали и между собой, образуя на поверхности детали покрытие. Прочность покрытия опре­ деляется молекулярными силами сцепления контактных уча­ стков и чисто механическим зацеплением напыляемых час­ тиц за неровности поверхности детали. Средняя температура потока частиц у поверхности детали относительно невысока (около 70 °С), что связано с подачей большого объёма возду­ ха и небольшого объёма частиц металла. В процессе напыле­ ния частицы металла подвергаются окислению. Покрытие получается пористым, достаточно хрупким, имеющим низ­ кий предел прочности на растяжение. В зависимости от ис­ точника расплавления металла различают следующие виды металлизации: газопламенную, дуговую, высокочастотную, плазменную.

3.5.2 Газопламенная металлизация

На рисунке 3.27 показана схема распыления металла га­ зовым металлизатором: присадочная проволока 3 расплав­ ляется пламенем смеси горючего газа (ацетилена или про- пан-бутана) с кислородом. Эта смесь подаётся по кольцевому

Рис. 3.27 Схема газопламенной металлизации

каналу 1, а по кольцевому каналу 2 подаётся сжатый воздух или инертный газ, который распыляет жидкий металл. Рас­ плавление металла производится в восстановительном пла­ мени 4, что позволяет уменьшить выгорание легирующих элементов (углерода, марганца и др.) и тем самым повысить качество напыляемого металла. Преимуществом газопламен­ ной металлизации является сравнительно небольшое окис­ ление металла. Недостаток способа — сложность установки и невысокая производительность процесса (2-4 кг напыляе­ мого металла в 1 ч).

3.5.3 Дуговая металлизация

Заключается в том, что электрическая дуга возбуждается между двумя присадочными проволоками 1 (рис. 3.28), ко­ торые изолированы одна от другой и непрерывно подаются роликовым механизмом 2 со скоростью 0,6-1,5 м/мин. через наконечник 3. Одновременно через сопло 4 в зону дуги по-

Рис. 3.28 Схема дуговой металлизации

117

ступает воздух или инертный газ под давлением 0,4-0,6 МПа. Расплавленный металл выдувается сжатым воздухом на по­ верхность детали 5.

Для дуговой металлизации применяют станочные аппара­ ты ЭМ-б, МЭС-1, ЭМ-12, ручные аппараты ЭМ-3, ЭМ-9 и про­ волоку типа Нп-40, Нп-ЗОХГСА, Нп-ЗХ13 и др.

Преимущества дуговой металлизации — относительно высокая производительность процесса (от 3 до 14 кг напыля­ емого металла в 1 ч) и достаточно простое оборудование. К недостаткам процесса относятся значительное выгорание ле­ гирующих элементов и повышенное окисление металла.

3.5.4 Высокочастотная металлизация

Основана на расплавлении присадочной проволоки с по­ мощью индуктора, который питается током высокой часто­ ты (200-300 кГц) от лампового генератора. Высокочастотная металлизация по сравнению с дуговой имеет ряд преимуществ: уменьшается выгорание легирующих элементов проволоки в 3-6 раз и уменьшается пористость покрытия; увеличивается производительность процесса, так как применяется проволо­ ка большего диаметра (3-6 мм); уменьшается примерно в 2 ра­ за удельный расход электроэнергии. Недостаток — более сложное оборудование.

3.5.5 Плазменная металлизация

Весьма перспективный способ напыления металлов, так как позволяет получать покрытия из тугоплавких и износо­ стойких материалов, в том числе из твёрдых сплавов. Этот способ основан на способности газов переходить при опреде­ лённых условиях в состояние плазмы. Плазмой называется находящееся в сильно ионизированном состоянии под воз­ действием различных факторов: температуры, электричес­ кого или высокочастотного разряда, у-излучения, детонации.

При плазменной металлизации плазма образуется пропус­ канием плазмообразующего газа через дуговой разряд, кото­ рый возбуждается между двумя электродами. Плазменная обработка осуществляется в специальных установках, назы­ ваемых плазмотронами или плазменными головками. На ри­ сунке 3.29 показана принципиальная схема установки для плазменной металлизации. Установка состоит из плазмотро­ на и устройства для подачи напыляемого порошка.

Плазмотрон состоит из катода 3 и анода (сопла) 7, охлаж­ даемых потоком воды 2. Катод изготовлен из вольфрама, анод — из меди. Катод изолирован от анода прокладкой 5. Для получения плазменной струи между катодом и анодом возбуждают электрическую дугу 6. Плазмообразующий газ, введённый в зону горения дуги по каналу 1, ионизируется и выходит из сопла 7 в виде струи небольшого сечения.

В качестве плазмообразующего газа используют аргон или азот и реже водород или гелий. Температура плаз-

Рис. 3.29 Принципиальная схема установки для плазменной металлизации

менной струи достигает 10000-30000 °С. Более высокую температуру (15000-30000 °С) имеет аргонная плазма, однако азотная плазма является большим носителем теп­ ловой энергии. В качестве напыляемого материала при­ меняют гранулированный порошок 4. Подача порошка в плазменную струю осуществляется по каналу 8 транспор­ тирующим газом (азотом). Расход порошка регулируют в пределах от 3 до 12 кг/ч. Напыляемый порошок расплав­ ляется плазменной струёй 9 и наносится на поверхность 10 детали.

Наиболее ценными свойствами обладают порошковые сплавы на основе никеля (П Г-ХН 80СР2, ПГ-ХН80СРЗ, ПГ-ХН80СР4): невысокой температурой плавления (9501050 °С), необходимой твёрдостью (в пределах 35-60 HRC), жидкотекучестью, высокой износостойкостью, свойством самофлюсования. Недостаток этих сплавов — высокая сто­ имость. Менее дефицитны порошковые сплавы на основе железа с высоким содержанием углерода ПГ-У30Х28Н4С4 КБХ и др. Эти сплавы обеспечивают твёрдость 56-63 HRC, высокую износостойкость. К недостаткам их относят тугоп­ лавкость (температура плавления 1250-1300 °С) и отсутствие свойства самофлюсования.

Для плазменной металлизации применяют универсальные плазменные установки УГГУ-З и УПУ-4 и универсальные плаз- менно-металлизационные установки УМП-4 и УМП-5.

Свойства плазменного покрытия могут быть значительно повышены, если после нанесения покрытия оплавить его плазменной струёй, ацетилено-кислородным пламенем или токами высокой частоты. Износостойкость таких покрытий при напылении сплавом ПГ-ХН80СРЗ превыщает износос­ тойкость стали 45, закалённой до твёрдости 54-58 HRC, в 2-3 раза. Прочность сцепления покрытия, нанесённого на сталь, после оплавления повышается в 8-10 раз и равна 400-450 МПа. Плазменная металлизация с оплавлением по­ крытия может быть применена для восстановления дета­ лей, работающих со знакопеременными нагрузками.