Электроды и флюсы для наплавки

В качестве электрода используют сварочную и наплавочную проволоку, порошки и прутки для наплавки, порошковую проволоку и наплавочные ленты.

Условные обозначения марок сварочной и наплавочной проволок состоят из индекса «Св» (сварочная) и «Нп» (наплавочная) и следующих за ним цифр и букв. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Последующие цифры и буквы указывают на содержание в проволоке главных элементов.

Легирующие элементы в составе проволоки имеют те же обозначения, что и при маркировке стали, например: Н - никель, С - кремний, Т - титан, Ф - ванадий, X - хром, Ц - цирконий, Ю - алюминий.

Если цифра после буквы отсутствует, то это означает, что данный элемент содержится в небольших количествах (менее одного процента).

Буква А в конце условных обозначений марок низкоуглеродистой и легированной проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. Например, в сварочной проволоке Св-06Х19Н9Т содержится: углерода 0,06 %, хрома 19 %, никеля 9 % и небольшое количество титана.

Наплавочные проволоки изготавливают из углеродистой (Нп-30, Нп-40 и др.), легированной (Нп-30ХГСА, Нп-30Х5 и др.) и высоколегированной стали (Нп-4Х13, Нп-60ХЗВ10Ф и др.). Для восстановления деталей из среднеуглеродистых и малоуглеродистых сталей применяют малоуглеродистые (Св-08 и Св-15), марганцовистые (Св-08Г, Св-15Г, Св-10Г2) и кремниемарганцовистые (Св-12Г2С) проволоки и ленты.

Детали из легированных сталей наплавляют специальными легированными проволоками (Нп-30ХГСА, Св-ЗХ13, Св-2Х13 и ДР-)Флюсы, применяемые для автоматической наплавки, по способу приготовления делятся на плавленые и неплавленые (керамические).

Плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или плазменных печах с последующей грануляцией. В зависимости от преобладающего содержания легирующих элементов эти флюсы делятся на высококремнистые (SiO2 > 30 %), низкокремнистые (SiO2 < 30 %), марганцовистые (MgO > 2 %).

В ремонтном производстве наиболее широко используют марганцовистые и высококремнистые флюсы, позволяющие получить наплавленный слой твердостью 300 ... 400 НВ. Включение в плавленые флюсы графита и ферросплавов позволяет легировать наплавленный металл кремнием, марганцем, углеродом, хромом, никелем, титаном и т.д.

Неплавленые (керамические) флюсы представляют собой механическую смесь легирующих, раскисляющих и шлакообразующих компонентов, соединенных в общую массу жидким стеклом. Эти флюсы содержат до 50 % неокисленных элементов, что значительно расширяет возможность легирования наплавленного слоя. К недостаткам керамических флюсов относятся их сравнительно высокая стоимость и значительные потери легирующих элементов, так как часть их остается в шлаковой корке.

Условия и режим наплавки

При назначении условий и режима наплавки исходят из размеров детали, формы восстанавливаемой поверхности, величины ее износа и качества наплавленного слоя.

Для получения требуемой твердости наплавленного слоя необходимо, в первую очередь, правильно подобрать марку электродной проволоки и флюса (приложение 3).

Вылет электрода, особенно при наплавке тонкой проволокой, влияет на глубину проплавления и форму шва.

С увеличением вылета электрода уменьшается глубина проплавления и возрастает доля наплавленного металла в шве.

Ориентировочно величину вылета можно определить как:

l = (10-12)d, (3.1)

где d - диаметр проволоки, мм.

Величину смещения электрода (см. рис. 3.1) определяют по формуле:

A = (0,05-0,07)D, (3.2)

где D - диаметр восстанавливаемой поверхности детали, мм.

Электрод рекомендуют наклонять под углом 6 ... 8° в сторону, совпадающую с направлением вращения детали, что позволяет получить валик правильной геометрической формы.

При больших значениях угла появляются «непровары» по краям валика. К элементам режима наплавки относятся: сила I сварочного тока, скорость Vn подачи электродной проволоки и окружная скорость (частота вращения) детали.

Силу тока назначают в зависимости от диаметра D детали (рис. 3.2) или толщины стенки в месте наплавки.

С увеличением тока увеличивается объем жидкой ванны, возрастает глубина Н проплавления детали, но ширина валика В (см. рис. 3.1) изменяется незначительно. Это приводит к увеличению высоты h валика.

Увеличение тока приводит к повышению устойчивости горения дуги, повышению вероятности деформации деталей и проплавления тонкостенных деталей, увеличению доли основного металла и, соответственно, уменьшению концентрации легирующих компонентов в наплавленном слое.

При выборе силы тока по рис. 3.2 следует ориентироваться на заштрихованную зону; пунктирным линиям соответствуют допустимые значения силы тока.

По назначенной силе тока подбирают диаметр электродной проволоки (табл. 3.1).

Рис. 3.2. Зависимость силы сварочного тока I от диаметра детали D: пунктирные линии - граница зоны допустимых значений,

заштрихованная зона - зона оптимальных значений

Таблица 3.1 Зависимость между силой тока и диаметром проволоки

Скорость подачи электродной проволоки при наплавке (м/ч):

(3.3)

где dH - коэффициент расплавления (наплавки), г/(А ч), dH = (14 ... 18) г/(А ч);

j - плотность материала проволоки, г/см3.

Окружная скорость детали (м/ч):

(3.4)

где А - толщина наплавленного слоя, мм (в зависимости от величины износа принимается равной (1 ... 4) мм);

S - величина продольной подачи наплавочной головки на оборот детали (шаг наплавки), мм (принимается равной (2 ... 6) диаметрам проволоки).

Частота вращения наплавляемой детали (мин-1):

(3.5)

Рассчитанные и принятые параметры режима наплавки корректируют в соответствии с технологическими возможностями установки для наплавки.

По скорректированным параметрам вычисляют основное технологическое время наплавки (мин):

(3.6)

где F = πd2 /4 - площадь поперечного сечения шва (валика), мм2;

L - длина шва, мм; кп - коэффициент разбрызгивания металла (kп = 0,9);

kс - коэффициент, учитывающий сложность работы (кс =1 при автоматической сварке (наплавке) и ручной сварке (наплавке) плоскостей сверху;

кс = 1,5 при ручной наплавке цилиндрических деталей диаметром 40 ... 50 мм и сварке на горизонтальной плоскости снизу;

кс = 1,3 при ручной наплавке цилиндрических деталей диаметром более 50 мм и сварке на вертикальной плоскости).

Длину L наплавленного шва определяют по формуле:

L = π D n, (3.7)

Где п - количество швов на наплавляемой поверхности:

n = b/S, (3.8)

где b - длина наплавляемой поверхности, мм.

Назначение режима наплавки производят согласно табл. 3.2.

Таблица 3.2 Режим наплавки цилиндрических деталей

Качество наплавленного слоя

Наиболее распространенным дефектом наплавки, существенно снижающим эксплуатационные характеристики поверхностного слоя, являются трещины, возникающие как в наплавленном слое, так и в основном материале.

Вероятность возникновения трещин определяется химическим составом и физико-механическими свойствами основного и наплавочного материалов, режимом наплавки и условиями охлаждения.

В наплавленном слое могут также появляться поры, вызванные загрязнением наплавочных материалов, их влажностью, применением чрезмерно больших токов и длины дуги.

Подрезы, шлаковые включения, наличие «несплавлений» вызываются в основном неправильно назначенным режимом или его несоблюдением.

Содержание работы

Студент выполняет работу согласно выданному преподавателем варианту задания. Студент назначает и рассчитывает условия и режим наплавки, а затем экспериментально исследует, как влияет на толщину h наплавленного слоя и его качество один из элементов режима наплавки (/, VH, Vn или S).