Технология наплавки, напыления и металлизации

• Технология и техника дуговой и электрошлаковой сварки
  • 1. Сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей
    • 1.1. Ручная дуговая сварка
    • 1.2. Механизированная сварка в среде защитных газов и самозащитной проволокой
    • 1.3. Автоматическая сварка под флюсом
    • 1.4. Электрошлаковая сварка
  • 2. Сварка низколегированных теплоустойчивых сталей
  • 3. Сварка среднеуглеродистых и среднелегированных сталей
  • 4. Сварка высоколегированных сталей и сплавов
  • 5. Сварка разнородных сталей и сплавов
  • 6. Технологические особенности сварки труб
  • 7. Технология и техника сварки чугуна
  • 8. Сварка цветных металлов
    • 8.1. Сварка графитовым электродом
    • 8.2. Сварка покрытыми электродами
    • 8.3. Сварка в среде защитных газов вольфрамовым электродом
    • 8.4. Сварка в среде защитных газов плавящимся электродом
    • 8.5. Сварка под слоем флюса
    • 8.6. Электрошлаковая сварка

  • 9. Технология наплавки, напыления и металлизации

Наплавку используют, как для восстановления изношенных размеров, так и для создания износостойкого слоя в целях повышения срока службы деталей машин. Она эффективна лишь в случае, если масса наплавленного металла не превышает 3…6 % общей массы детали. Для выполнения наплавки задаются те же самые параметры режима, что и для сварки, но при их назначении следует учитывать некоторые особенности.

1. Род тока, полярность. Большая производительность достигается на постоянном токе прямой полярности, более дешевый и доступный процесс — на переменном токе, но для электродов с основным покрытием и основных флюсов, используемых для наплавки легированных сталей и сплавов, требуется только постоянный ток обратной полярности. При этом уменьшается производительность и увеличивается доля участия основного металла в наплавленном слое, а это вынуждает увеличивать количество слоев.
2. Диаметр электрода. Его увеличение повышает производительность, уменьшает долю участия основного металла, иногда наплавку ведут, например, небольшими электродами малого диаметра, собранными в «пучок».
3. Сварочный ток. Его увеличение повышает производительность, но и увеличивает глубину проплавления основного металла.
4. Напряжение на дуге. Увеличение этого параметра уменьшает долю участия основного металла, но появляется угроза выгорания легирующих элементов, особенно высокоактивных в дуговом промежутке.
5. Скорость сварки. При ее увеличении ухудшается формирование шва и наплавленной поверхности.
6. Смещение электрода с зенита. Важный параметр при наплавке цилиндрических поверхностей осуществляется в сторону, противоположную направлению вращения, обеспечивает надежное удержание сварочной ванны и формирование наплавленного валика.
7. Шаг наплавки и величина перекрытия валика. Обеспечивают заданную высоту наплавленного слоя и степень однородности химического состава наплавленного металла. Поэтому необходимо, чтобы параметры режима и техника наплавки обеспечивали наименьшее проплавление основного металла, максимальное сохранение легирующих элементов, хорошее формирование наплавленной поверхности, минимальные припуски для дальнейшей механической обработки детали.

Рациональный способ легирования наплавленного слоя и технология наплавки зависят от условий эксплуатации деталей, их размеров и конфигурации, допустимого износа и его характера, наличия необходимых материалов и оборудования и т.д. Наиболее распространенным, особенно в монтажных, полевых условиях или при небольших объемах наплавочных работ, является ручная дуговая наплавка с использованием покрытых электродов, как общего назначения (см. табл. 7…2.11), так и специальных (табл. 14). Производительность процесса — 0,3…2,0 кг/ч.

Ручная дуговая наплавка графитовым электродом порошками и их смесями выполняется на постоянном токе прямой полярности на режиме:

d_э = 10…15 мм,

I_св = 180…210 A,

U_д = 27…30 В.

Толщина слоя порошка 7…9 мм, а толщина наплавленного слоя 2…3 мм.

Производительность процесса 1…1,5 кг/ч.

При наплавке высоколегированных сплавов вольфрамовым электродом в аргоне используют литые прутки (см. табл. 12). Производительность процесса 0,3…0,8 кг/ч.

Гранулированные порошки и их смеси можно использовать и для индукционной наплавки, особенно при ремонте и изготовлении органов землеройных машин и сельскохозяйственной техники. Производительность процесса высока (9…10 кг/ч).

Для стационарных, цеховых условий, при больших объемах наплавочных работ используют механизированные способы наплавки материалами, приведенными в гл. 5.

Параметры режима наплавки приведены в табл. 116, 117.

Таблица 116. Параметры режима механизированной дуговой наплавки цилиндрических поверхностей небольшого диаметра

Таблица 117. Параметры режима автоматической наплавки под флюсом

Производительность способов наплавки составляет: плавящимся электродом в защитных газах и самозащитной проволокой 1,5…6 кг/ч, автоматической под флюсом и проволокой 3…8 кг/ч, проволокой с порошком 13…25 кг/ч, лентой 5…20 кг/ч. При этом следует иметь в виду, что использование самозащитной порошковой проволоки позволяет выполнять наплавку в полевых условиях часто без демонтажа изношенной детали с механизма, что значительно ускоряет и удешевляет проведение ремонтных работ. Наиболее производительным способом, позволяющим за один раз наплавлять слой толщиной 30…40 мм, является электрошлаковая наплавка, однако она требует сложных устройств и высокой квалификации оператора-наплавщика. Производительность составляет 15…30 кг/ч, а в отдельных случаях может достигать 120…150 кг/ч.

В некоторых случаях возникает необходимость в нанесении слоя покрытия небольшой толщины, что достигается использованием способов дуговой металлизации и плазменного напыления. Последнее может выполняться с использованием порошков и проволок, причем эта технология является наиболее эффективной с энергетической точки зрения (табл. 118).

Таблица 118. Сравнительная характеристика некоторых электротермических способов нанесения покрытий

Технология плазменного напыления состоит из нескольких последовательных операций: подготовки порошков (сушка, просеивание и охлаждение — все это за 2—3 ч до напыления), подготовка поверхности (обезжиривание, травление, пескоструйная, дробеструйная, механическая обработка, подогрев), нанесение покрытия на режимах, приведенных в табл. 119. За один проход плазмотрона наносится слой толщиной 15…100 мкм. При нанесении самофлюсующихся порошков для повышения прочности сцепления и снижения пористости проводят оплавление покрытий (газовым пламенем, плазмотроном, в печи, ТВЧ и в соляных ваннах). Общим правилом при плазменной наплавке и напылении является предварительный подогрев деталей до температуры 450…600 ^oС в зависимости от их размеров и формы: после напыления они загружаются в печь с температурой 550…650 ^oС, которая потом поднимается до 700…750 ^oС; детали выдерживаются на протяжении 2…3 ч и медленно охлаждаются с печью.

Таблица 119. Параметры режима нанесения материалов плазменным напылением

* Напыление проволокой диаметром 1,6 мм.

Примечание. Неуказанный рабочий газ — азот или воздух