Вопрос № 3 электроконтактная сварка и наплавка.

По форме выполняемых соединений различают три основных вида контактной сварки : стыковую, точечную и шовную или роликовую.

При стыковой сварке через стык соединяемых деталей пропускают электрический ток. После разогрева зоны сварки производится осадка.

При точечной сварке соединяемые детали, чаще всего листы, собирают внахлёстку и зажимают между двумя медными, охлаждаемыми изнутри проточной водой электродами, подводящими ток к месту сварки и имеющими вид усечённого конуса. Ток проходит от одного электрода к другому через толщу соединяемых металлов и контакт между ними и производит местный нагрев их(вплоть до температуры расплавления). Давлением Р, приложеныым к электрода, производят осадку. Полученное сваренное соединение в плане имеет форму пятна диаметром в несколько миллиметров. Это пятно называют точкой.

При шовной сварке электроды, подводящие ток к изделию и осуществляющие сварку, имеют форму роликов, катящихся по изделию, в связи с чем эту разновидность контактной сварки называют также роликовой. При шовной сварке листы соединяются непрерывным плотным швом.

Энергия, выделяемая на контактах между электродами и основным металлом, расходуется на подогрев поверхности свариваемых деталей и ускоряет износ электродов, в связи с чем является вредной. Для уменьшения износа электродов обычно предусматривается водяное охлаждение их.

Все разновидности электрической контактной сварки широко используют в промышленности, а в ряде отраслей (например в автомобилестроении и др.) находят наибольшее по сравнению с другими способами сварки применение.

Сущность способа ЭКН заключается в нагреве присадочного материала и приконтактного объема металла восстанавливаемой детали импульсами электрического тока и их совместной пластической деформации, обеспечивающей образование физического контакта, активацию контактных поверхностей и объемное взаимодействие покрытия и материала основы.

В качестве присадки при ЭКН применяются как порошковые материалы, так и компактные материалы (сплошные металлические ленты и проволоки, порошковые ленты и проволоки). В случае использования в качестве присадки порошковых материалов процесс называется электроконтактное припекание (ЭКП). Припекание – технологический процесс, заключающийся в нанесении на поверхность восстанавливаемой детали порошковой формовки или слоя порошка с целью получения двухслойного материала путем нагрева до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образования прочной диффузионной связи с деталью.

Наварка стальной ленты. Металлическая лента используется для восстановления деталей типа тел вращения (валы, оси, ролики). Для этого используют отожженные СЛ. В этом случае теплота выделяется в основном на переходном сопротивлении лента – деталь. Наплавленный слой (определение «наплавленный слой» в принципе некорректно.) формируется в результате соединения СЛ с поверхностью детали. Его толщина практически равна толщине СЛ. Ленты почти всех марок стали при наварке значительно упрочняются (наблюдали даже упрочнение слоя, наплавленного лентой стали 08). Получаемая твердость пропорциональна содержанию углерода в стали.

Упрочнение происходит неравномерно. Наиболее интенсивно упрочнение происходит в зонах наплавленного слоя, не подвергающихся термическому воздействию последующих импульсов тока . Площадь этих зон составляет 50–90% от общей площади наплавленной поверхности. Остальная часть наплавленного слоя разупрочняется при наварке смежных участков в результате повторного термического воздействия. Степень разупрочнения повышается при увеличении содержания углерода в стали и снижении содержания легирующих элементов.

При правильном выборе режима наплавленные слои являются практически беспористыми. Однако с повышением содержания углерода возрастает вероятность образования в наплавленном слое сетки трещин. Поэтому электроконтактную наварку СЛ наиболее целесообразно применять для восстановления и упрочнения деталей, имеющих большой запас усталостной прочности.

Недостатками наплавки металлической лентой являются сравнительно низкая прочность сцепления покрытия с основой, тонкий слой наплавленного металла. Увеличить толщину наплавки в данном случае не представляется возможным. Более толстое покрытие позволяет получить ЭКН сварочной проволокой.

Наплавка сварочной проволокой .Электроконтактную наплавку осуществляют на специальной установке совместным деформированием наплавляемого металла и поверхностного слоя металла основы, нагретых в очаге деформации до пластического состояния короткими (0,02–0,04 с) импульсами тока 10–20 кА. В результате каждого из последовательных электромеханических циклов процесса на поверхности металла основы образуется единичная площадка наплавленного металла, перекрывающая соседние. Деформация наплавляемого металла за цикл составляет 40 – 60%. Наличие пластической деформации присадочного материала дает возможность повысить прочность сцепления покрытия с основой.

Наварка порошковых материалов. Использование свободных порошков позволяет готовить широкую гамму композиций различных технологических и эксплуатационных свойств, имея в наличии небольшую номенклатуру порошков матричных, технологических и упрочняющих материалов. Наварку производят сухими порошками со свободной их подачей под сварочные ролики.

Для уменьшения износа электрода, а также для устранения налипания порошковых материалов на контактную поверхность роликового электрода между последними и порошковым слоем целесообразно вводить технологическую медную или латунную ленту толщиной 0,1–0,2 мм (рис. 10, в). При нанесении твердосплавных металлических порошков, когда требуется приложение к слою значительных давлений (DР>О,7 МН/м), возможен токоподвод непосредственно через технологическую прокладку. Верхний ролик выполняется из жаропрочной стали.

В настоящее время широко применяется ЭКПП предварительно сформированных покрытий. Порошок с помощью плазмы или газопламенного устройства напыляют на поверхность заготовки , после чего она подвергается воздействию давления с одновременным пропусканием электрического тока. Указанный способ позволяет эффективно упрочнять крупногабаритные детали, оплавление которых после напыления практически невозможно. Электроконтактное припекание предварительно напыленных покрытий дает возможность получать слои с высокими физико-механическими свойствами, которые существенно превосходят характеристики оплавленных покрытий.

Применяющиеся в настоящее время дозирующие устройства для электроконтактной наплавки металлических порошков не позволяют решить поставленную задачу. Это связано с тем, что требуемый расход порошкового материала определяется сечением крана бункера и давлением порошка, масса которого изменяется в процессе упрочнения. Вследствие значительного удельного веса металлических порошков давление на слои, прилегающие к отверстию крана, в процессе наплавки существенно изменяется. Кроме того, требуемая величина толщины слоя порошка регулируется вручную, что приводит к ошибкам, снижающим качество металлопокрытия.

Напекание и наплавка.

Электроконтактное напекание металлических порошков применяют для восстановления деталей типа валов и осей. Технология этого процесса разработана в Челябинском институте механизации и электрификации сельского хозяйства. Сущность его заключается в следующем:
Между вращающейся деталью 4 (рис. 4), установленной в шпиндель токарного станка, и медным роликом-электродом 2, подают присадочный порошок 3. Ролик 2, при помощи

пневмо- или гидро - цилиндра 1 прижимается к детали с усилием 0,75...1,2 кН. При прокатывании детали и ролика и в результате большлого электрического сопротивления в месте их контакта порошок нагревается до температуры 1000...1300'С. Раскаленные частицы порошка спекаются межд собой и с поверхностью детали. Для напеканияпорошка применяют большуюсилу тока 2500...3500 А напряжение 0,7...1,2 В от трансформатора 6. Качество слоя во многом зависит от размеров детали и ролика, от давления, создаваемого роликом, химического состава порошка и окружной скорости детали. При диаметрах восстанавливаемых деталей от 0 до 100 мм электроконтактным напеканием можно получить слой толщиной от 0 до 1,5 мм. С увеличением диаметра детали толщина наносимого слоя возрастает. Скорость напекания составляет 0,11...0,25 м мин. Преимущества процесса — высокая производительность, малая глубина теплового воздействия и высокая износостойкость напеченного слоя. К недостаткам можно отнести ограниченность толщины напекаемого слоя и сложность оборудования.

Рис. 40. Схема электроконтактного напекания металлических порошков:

1 – силовой цилиндр; 2 – ролик; 3 – металлический порошок; 4 – деталь;

5 – напекаемый слой; 6 – трансформатор; Р – прижимное усилие.