2. АВТОМАТИЧЕСКАЯ И ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКАЯ НАПЛАВКА
Применение автоматических и полуавтоматических способов в наплавочных работах позволяет резко повысить производительность работы, освободить сварщика-наплавщика от тяжелого и однообразного труда, обеспечить равномерность состава наплавки и заданные размеры наплавляемого слоя, уменьшить расход наплавочных материалов и электроэнергии.
В промышленности применяются следующие способы автоматической и полуавтоматической наплавки: обычной электродной проволокой (ГОСТ 2246—60) под плавленым флюсом, а также под керамическими флюсами; специальными наплавочными проволоками (ГОСТ 10543—63) открытой дугой, с защитой дуги углекислым газом и под плавлеными или керамическими флюсами; порошковыми проволоками и лентами открытой дугой, под слоем плавленого флюса или с газовой защитой в углекислом газе; ленточными электродами с газовой защитой, под керамическими или плавлеными флюсами; вибродуговая наплавка; газовая наплавка цветных металлов и сплавов на стальные изделия с применением газообразного флюса. Автоматические способы наплавки рекомендуются для массовых работ •с большим объемом наплавки. Особенно удобно применение автоматической наплавки для тел вращения, так как такие работы легко поддаются механизации с использованием, например, токарных станков или роликовых приводных стендов.
Наплавка обычной углеродистой стали выполняется под стандартными плавлеными флюсами ОСЦ-45 или АН-348А, изготовляемыми в соответствии с ГОСТом 9087—59. В качестве присадочной проволоки можно применять проволоки Св-08ГА, Св-ЮГА, Св-08ГС, Св-12ГС по ГОСТу 2246—60 и другие проволоки этого типа. При этих работах не регламентируется количество расплавляемого основного металла, переходящего в наплавку, поэтому процесс наплавки можно вести на максимально возможных режимах по току.
Наплавка металла с особыми свойствами. Обычные плавленые флюсы, применяемые для сварки и наплавки, не могуг изменять состав металла наплавляемого слоя. Они лишь защищают металл от кислорода и азота воздуха, обеспечивают устойчивое горение дуги, формируют наплавляемый слой, предотвращают разбрызгивание металла, уменьшают скорость остывания наплавки и защищают металл от выгорания легирующих примесей. Для получения слоев из металла с особыми свойствами при пользовании этими флюсами необходимо применять специальные легированные проволоки. Состав проволоки для получения нужного состава металла наплавки выбирается с учетом разбавления его расплавляемым металлом изделия. Для получения стабильных результатов необходимо точно выдерживать режимы наплавки. При большом объеме наплавляемого металла и значительном нагреве изделия необходимо снижать ток по мере нагрева изделия. Применение сложных составов проволок, особенно легированных элементами, дающими большую твердость, не всегда может быть рекомендовано ввиду сложности изготовления этих проволок, сравнительно высокой стоимости их и дефицитности. Проволоки для наплавочных работ выпускаются по ГОСТу 10543—63 «Проволока стальная наплавочная». ГОСТ предусматривает выпуск восьми марок углеродистой проволоки с содержанием углерода от 0,27 до 0,70% и одиннадцати марок легированной проволоки, в которых содержание углерода изменяется в пределах 0,12—1,10%. Эти проволоки легируются марганцем, кремнием, хромом, никелем, а некоторые из них вольфрамом и ванадием. По ГОСТу <0543—63 выпускается еще девять марок высоколегированных проволок с присадкой из хрома, никеля и марганца; эти проволоки можно применять для наплавки под плавлеными флюсами и в защитной атмосфере углекислого газа.
Керамические флюсы дают возможность легировать металл наплавки в широких пределах, они не дефицитны, просты в изготовлении и могут быть широко рекомендованы для наплавочных работ (табл. 17 и 18). Для сварки под этими флюсами употребляется обычная сварочная проволока.
Наплавка порошковой проволокой может производиться одним из следующих способов: открытой дугой без защиты и с защитой углекислым газом; под плавлеными флюсами. Основным преимуществом порошковых проволок является возможность широкого изменения состава наплавленного металла путем изменения состава шихты. Составы наиболее распространенных порошковых проволок даны в табл. 19.
Для наплавки порошковой проволокой могут применяться любые автоматы и полуавтоматы, предназначенные для дуговой сварки и наплавки. Некоторым затруднением при этом является возможность смятия проволоки подающими роликами. Институт электросварки им. Е. О. Патона разработал специальный держатель А-725-Б, который может быть включен к любому полуавтомату.
Наплавка ленточным электродом. Для получения тонких равномерных слоев на большой площади целесообразно применять наплавку ленточным электродом под флюсом. Наплавку можно выполнять металлической пли порошковой лентой. Наплавка металлической лентой широко применяется при покрытии стальных поверхностей тонким слоем из нержавеющей стали, в частности, рабочих лопастей и камер гидротурбин для защиты их от кавитации. Наплавка ленточным электродом обеспечивает получение ровного и тонкого слоя наплавленного металла с минимальной глубиной расплавления основного металла.
Порошковая лента изготовляется из двух полос, скрепленных между собой по кромкам закаткой или сваркой. Промежуток между полосами заполняется зернистой шихтой. Такая лента позволяет получать наплавленный слой любого заданного-состава. Состав некоторых литых лент дан в табл. 20. Наплавка выполняется под слоем плавленого или специального бескислородного флюса. Для различных способов наплавки можно применять флюсы ОСЦ-45, АН-348А, АН-20, АН-26, 48-ОФ-6, 48-ОФ-9 и ряд других, в зависимости от марки наплавляемой ленты.
Вибродуговая наплавка. Сущность способа состоит в том, что к вращающейся детали автоматической головкой подается проволока, конец которой совершает продольно-осевые колебательные движения, прикасаясь к детали и отходя от нее на заданную величину (рис. 92). Благодаря таким колебаниям между вращающимся изделием и проволокой периодически зажигается дуга, которая гаснет в момент короткого замыкания проволоки с изделием и вновь возбуждается при удалении ее конца от изделия. В момент короткого замыкания расплавленный металл проволоки приваривается к поверхности детали. Для уменьшения нагрева детали на дугу и деталь подается водная эмульсия, содержащая 50—60 г кальцинированной соды и 10—15 г технического мыла на 1 л воды. Режимы наплавки: напряжение дуги изменяется в пределах 4—32 в; частота колебаний 25—100 гщ диаметр сварочной проволоки 1—3 ,ил«; сварочный ток 110—210 а. Наплавленный металл представляет собой мелкопористую металлическую массу, насыщенную кислородом, азотом и водородом. В процессе наплавки из металла интенсивно выгорают углерод, марганец и кремний. Благодаря периодичности зажигания дуги обеспечивается минимальный нагрев основного металла, при котором деформации наплавляемой детали отсутствуют.
Вибродуговая наплавка рекомендуется для нанесения слоев толщиной 1—2 мм на шейки коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания и на различные детали станочного оборудования. Недостатками этого способа являются: сравнительно большие потери металла на угар и разбрызгивание (от 10 до 30%); малая прочность наплавленного слоя; возможность местной закалки основного металла, особенно высокоуглеродистых сталей, при наплавке деталей с большой массой.
Принципиальная схема вибродуговой наплавки дана на рис. 92. Электрошлаковая наплавка. Способ электрошлаковой наплавки применяется для деталей, где наплавляемый слой после обработки должен иметь толщину не менее 8 мм. Для обеспечения этого условия минимальная толщина слоя после наплавки должна равняться 10—12 лиг. Этим способом можно наплавлять металлы, обладающие специальными свойствами: износостойкостью, жаростойкостью, электропроводностью, стойкостью против коррозии.
На сталь можно наплавлять медь и медные сплавы (латуни, бронзы). Обычно глубина расплавления основного металла составляет 2—3 мм, что обеспечивает постоянство состава металла наплавляемого слоя, который определяется составом приcадочного металла.
Наплавка токами высокой частоты. Наплавляемый сплав в виде зернистой крупки или пасты наносится на наплавляемую поверхность детали, которая затем’ нагревается токами высокой частоты. При нагревании наплавляемой поверхности до плавления одновременна расплавляется и шихта; при этом расплавленный металл ровным слоем растекается по поверхности, соединяясь с металлом детали. На рис. 93 дана схема наплавки режущей части лемеха.
Преимущества этого способа заключаются в следующем: малая и равномерная глубина расплавления основного металла, величину которой можно достаточно точно регулировать режимом нагрева; возможность в ряде случаев соединения наплавляемого слоя без расплавления основного металла; кратковременность и одновременность процесса расплавления всей массы шихты; высокая производительность; возможность автоматизации процесса; улучшение условий труда.
Для равномерности плавления в шихту твердых сплавов добавляют 3—9% буры или борной кислоты. Хорошие результаты получаются при выполнении массовых работ по наплавке лемехов плугов. Шихта ВИСХОМ-9 или У35Х7Г7 приготовляется в виде пасты путем замеса ее на патоке и наносится слоем нужной толщины на рабочую кромку лемеха. Толшина наплавленного слоя составляет 1,5—2,5 мм. Чтобы наплавить 200 см2 поверхности, требуется около 2—2,5 мин.