Наплавка Справочник

Технология и оборудование для газопламенной наплавки и напыления покрытий

По своей природе процессы наплавки и напыления подобны пайке, когда соединения осуществляются на грани жидкого и твердого металла. Эти процессы требуют хорошего смачивания поверхностей основного металла, что достигается подбором соответствующего состава присадочных материалов и флюсов в сочетании с тщательной подготовкой поверхности.

В табл. 26 приведены сведения о наплавочных материалах для газопламенной наплавки. В качестве флюса при наплавке стеллита применяют буру или смесь: 20 % буры, 68 % борной кислоты и 2% плавикового шпата, а при наплавке сормайта — смесь 50 % буры, 47 % двууглекислой соды и 3 % кремнезема.

Расход ацетилена составляет 100…120 л/ч на 1 мм толщины металла с небольшим его избытком. Максимальная глубина проплавления не должна превышать 0,3…0,5 мм, толщина наплавленного слоя регулируется углом наклона детали к горизонту. Горелку (ось мундштука) нужно располагать под углом 30…35°. Наплавку можно выполнять как левым, так и правым способами непрерывными или обратноступенчатыми валиками.

Предварительный подогрев составляет 500…700 °С, иногда процесс ведут и с таким же сопутствующим подогревом. Мелкие и среднегабаритные детали достаточно нагревать до 300…500 °С. Наплавку выполняют в один слой 2…3 мм, если деталь работает при ударном нагружении, и в несколько слоев общей толщиной 4…8 мм, если деталь работает в условиях трения металла о металл.

Таблица 26. Материалы для газопламенной наплавки твердых сплавов

Наплавочный

материал

Марка Cостав HRC

наплавленного

металла

Область применения
Литые твердые сплавы в виде прутков Стеллит В2К Стеллит В3К Сормайт 2 Сормайт С27 Сплав вольфрама и хрома, связанных кобальтом и железом Сплав карбида хрома с железом и никелем (до 5%) 46…48

42…43

40…45

59…64

Для наплавки на детали, работающие при высоких температурах Для наплавки на детали, работающие при нормальных и несколько повышенных температурах
Твердый сплав в виде трубчатого стержня Релит ТЗ Крупка карбидов вольфрама (ослит), заполняющая трубку (∅ 6×0,5 мм) из низкоуглеродистой стали 85 Для наплавки бурового инструмента в нефтяной промышленности и других деталей, работающих в условиях сильного абразивного износа
Металлокерамические твердые сплавы в виде пластин Победит Карбиды вольфрама и титана, связанные кобальтом и железом 86…91 Для оснащения металлорежущего инструмента

При газопорошковой наплавке присадочный материал подается в виде порошкового сплава (табл. 27) через газокислородное пламя в место наплавки, для чего используются специальные горелки. Порошки, как правило, самофлюсующиеся со сферической формой 40…100 мкм и не требуют дополнительного применения флюсов.

Наплавка ведется с предварительным подогревом детали до температуры 300…400 °С. На поверхности напыляют слой (0,2 мм) и пламенем нагревают участок до температуры смачивания основного металла. Затем горелку отводят на расстояние 1,5…2 длины ядра пламени и, плавно подавая порошок в него, наплавляют слой материала толщиной до 1 мм. В случае необходимости наплавки слоя большей ширины пламенем горелки переплавляют нанесенный слой и затем наплавляют новый слой. Этот способ обеспечивает получение тонкослойного наплавленного металла в труднодоступных местах и в любом пространственном положении.

Таблица 27. Порошковые наплавочные материалы для газопорошковой наплавки

Марка Характеристика состава Твердость наплавленного слоя Область применения
СНГН-50 Самофлюсующийся порошковый сплав, содержащий хром, бор, никель и кремний HRC 50…60 Для упрочнения и восстановления деталей, работающих в условиях абразивного износа
ВСНГН-88 То же, с добавкой вольфрама (30…37%) HRC 60…62
НПЧ-1 Твердые сплавы на основе никеля с добавкой меди,

бора и кремния (для наплавки на чугун)

НВ 220 Для исправления дефектов площадью не более 20 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных изделий, не подвергающихся поверхностной закалке.

Температура плавления сплава 1280 °С

НПЧ-2 То же НВ 360 Для исправления дефектов площадью не более 10…12 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергающихся высокочастотной закалке. Температура плавления сплава 1170 °С
НПЧ-3 » НВ 180…210 Для исправления дефектов на окончательно обработанных, не подвергавшихся поверхностной закалке рабочих поверхностях чугунных деталей. Температура плавления сплава 960 °С
НПЧ-4 » НВ 450…500 Для исправления дефектов на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергнутых поверхностной закалке

Газотермическое напыление используют для защиты металлоконструкций от коррозии, повышения износостойких, антикоррозионных и жаростойких свойств поверхностей, восстановления размеров и декоративной отделки деталей. Нагрев распыляемого материала осуществляется ацетилено-кислородным пламенем, а распыление частиц — динамическим напором газового пламени, поскольку частицы инжектируются в него струей кислорода и подсасываются из атмосферы воздуха. Напыление осуществляют с помощью материалов в виде стандартных сварочных проволок или специальных порошков металлических (табл. 28) или из полимерных материалов (табл. 29).

Для повышения стабильности качества напыляемого материала и механизации процесса нанесения покрытия разработаны специальные гибкие шнуровые материалы (ГШМ). Они представляют собой получаемый экструзией композиционный материал шнурового типа, состоящий из порошкового наполнителя и органического связующего, сгорающего в пламени и не оставляющего на поверхности изделия продуктов разложения; ГШМ имеют диаметр 1,5…6,35 мм и длину 15 м, они намотаны на бобину, что позволяет получить высокий коэффициент использования материала и автоматизировать процесс напыления.

Разработано несколько серий ГШМ: «Сфекорд — ЭКЗО» на основе сплавов с компонентами, обладающими экзотермическим эффектом, «Сфекорд — керамика» на основе оксидов алюминия, титана, хрома, циркония, «Сфекорд — Рок-Дюр» на основе самофлюсующихся сплавов системы Ni(Co)-Cr-B-Si и их смесей с карбидом вольфрама и т.д. Перспективно применение материалов для создания аморфных металлических покрытий на основе железа, кобальта и никеля, особенно в узлах трения, при абразивном и коррозионном воздействии. Материалы могут быть в виде порошковой проволоки, порошка или ГШМ (табл. 30).

Таблица 28. Порошки для газотермического напыления

Марка Тип сплава Твердость покрытия, HRC Область применения
ПР-Н77Х15С3Р2 Самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе, легированные бором и кремнием, типа Cr-Ni-B-Si 33…35 Упрочнение деталей, подверженных абразивному и абразивнокоррозионному воздействию, сухому трению, истиранию металла нитками, лентами, в условиях фреттинг-коррозии
ПН-70Х17С4Р4 55…60
ПГ-АН4 35…45
ПР-Н67Х18С5Р6 60…62
ПГ-АН5 45…55
ПГ-АН6 54…65
ПГ-12Н-01 35…45
ПГ-12Н-02 45…54
ПГ-10Н-01 55…62
ПГ-19Н-01 28…42
ПГ-19М01

ПГ-АН10

ПГ-АН12

Бронза БрАЖ10-4

Бронза БрОФ8-0,3

Бронза БрА10

65…72 HRВ

Антифрикционное покрытие узлов трения
ПТ-НА-01 ПН70Ю30 ПН85Ю15

ПН55Т45

Композиционные плакирующие термореагирующие порошки 38…42

35…42

20…22

50…55

Нанесение подслоя с высокой прочностью сцепления с основой износостойких слоев, стойких при трении, фреттинг-коррозии, против окисления при нормальных и повышенных температурах

Таблица 29. Полимерные материалы для газотермического нанесения покрытия

Материал Температура, °С Область применения
размягчения растекания эксплуатации
Полиэтилены 110…120 190…200 –20 до +50 Защита от коррозии в растворах

кислот, щелочей, электроизоляционные,

вакуумно-плотные покрытия

50 % полиэтилена,

35 % полистирола,

15 % графита

–10 до +50 Защита химического оборудования

от влажных газов

60 % полиэтилена,

30 % полистирола,

10 % сурика железного

–10 до +50 Защита химической аппаратуры

от сухих газов

Поливинилбутираль 160…170 200 –50 до +50 Защита от коррозии в слабых растворах

кислот и щелочей. Защитнодекоративные

и электроизоляционные покрытия

Полиамидные смолы 190…240 200…250 до 90…120 Защита от кавитационной эрозии
90 % битумного сплава В1,

10 % алюминиевой пудры

125…140 Защита от атмосферной

коррозии, гидроизоляция

Эпоксидные смолы Химически стойкие покрытия
Полиамид П68 250 Износостойкие

антифрикционные покрытия

Таблица 30. Материалы для газотермического нанесения аморфного покрытия

Порошок Порошковая проволока ГШМ Основа Условия работы, область применения
АМОТЕК 1

АМОТЕК 2

АМОТЕК 101

АМОТЕК 102

АМОТЕК 201

АМОТЕК 202

Fe-B Fe-B-C Изнашивание при трении скольжения

без интенсивной коррозии (коленчатые

валы, втулки, колесные пары,

тормозные барабаны, фрикционные рейки)

АМОТЕК 3

АМОТЕК 4

АМОТЕК 103-1

АМОТЕК 203

АМОТЕК 204

Fe-Cr-B Fe-Cr-B-C То же, в условиях интенсивной коррозии

(золотники, штоки, шпиндели,

коллекторы и крестовины электродвигателей)

АМОТЕК 5 АМОТЕК 103-2

АМОТЕК 104

АМОТЕК 205

Fe-Cr-B-C

Fe-Cr-Al-B

Газоабразивное изнашивание при

температуре до 800 °C (трубы и поверхности

нагрева котловых агрегатов, лопасти

дымососов, золотники, шпиндели)

АМОТЕК 6 АМОТЕК 105

АМОТЕК 106

АМОТЕК 206

Fe-Cr-Ti-B

Fe-Cr-B-Si

Интенсивное газоабразивное изнашивание

(плунжеры, штоки, штанги нефтяных насосов,

валы и втулки буровых насосов,

узлы гидравлических задвижек)

АМОТЕК 7

АМОТЕК 11

АМОТЕК 12

АМОТЕК 107

АМОТЕК 207

АМОТЕК 211

АМОТЕК 212

Fe-Cr-Mo-B

Ni-Cr-Mo-B

Ni-Cr-Mo-Ti-V-B

Интенсивное гидроабразивное изнашивание

в агрессивных средах (насосы для подачи кислот,

детали реакторов для синтеза азотных

удобрений, устройства для переработки

пищевых смесей)

АМОТЕК 9 АМОТЕК 209 Ni-B Интенсивное абразивное изнашивание

(посадочные места фрикционных узлов)

Для газопламенного напыления покрытий используют аппаратуру и установки проволочного и порошкового типов. Первые предназначены для нанесения покрытий из алюминия, цинка, стали и других металлов (табл. 31), напыление порошкообразных материалов выполняют с помощью аппаратов, приведенных в табл. 32 (при расходе газа Qг и давлении газа рг).

Аппараты МГИ применяют для ручного напыления, другие — для ручного и механизированного. Наряду с подбором оптимальных параметров режима напыления очень важной является операция по подготовке поверхности детали, которая выполняется дробеструйной обработкой или путем нанесения рельефа типа рваной резьбы. Недостатком способа в ходе работы является повышенный шум (до 85 дБ), вынуждающий оператора работать в наушниках.

Основным инструментом для напыления является специальная горелка, тип которой зависит от условий проведения работы (табл. 33).

При детонационном напылении в специальной камере в результате взрыва формируется высокоскоростная струя продуктов взрыва и порошка. Вследствие взаимодействия напыляемого порошка с продуктами детонации создается достаточная тепловая и кинетическая энергия для получения прочного слоя необходимой толщины на поверхности обрабатываемой детали.

Этот способ напыления позволяет:

  • получать покрытие с мелкой пористостью (0,5…1,5%) и высокой (до 100 МПа) прочностью сцепления с основой;
  • наносить покрытия на различные материалы (металлы, стекло, керамику, пластмассы) без деформации поверхности;
  • управлять химическим составом продуктов детонации, создавая восстановительную, нейтральную или окислительную атмосферу.

Недостатком являются повышенный шум (до 140 дБ) процесса, а также вредные выделения продуктов сгорания и частиц порошка.

Таблица 31.  Технические характеристики аппаратов для напыления проволокой

Марка Напыляемая

проволока

Qг, м3 p , МПа Произво-дитель-ность, кг/ч * Габариты, мм Масса, кг
Диа-метр, мм Скорость

подачи,

м/ч

сжа-того воз-духа ацети-лена про-пана-бута-на кисло-рода сжатого

воздуха

ацети-лена про-пана-бута-на кисло-рода устано-вки горе-лки
УГМ-1 2…4 6…10 1,3 2,5 0,4…0,5 0,06…0,1 0,2…0,4 23/4,8 25 2,2
МГИ-4А 2…4 58…720 60 1,2 3,5 0,4…0,5 0,06…0,1 0,2…0,5 23/5,7 220x110x208 2,2
МГИ-4П 2…4 58…720 60 0,9 5,5 0,4…0,5 0,06…0,1 0,2…0,5 23/7 220x110x208 2,2
МГИ-5 5…6 150 3 13,7 0,5 0,2 0,5 50/14 550x310x275
Могул КО 1,2; 1,6; 3,2 90…480 72 0,7 1,38 2,5

* В числителе — для цинка, в знаменателе — для алюминия.

Таблица 32.  Технические характеристики аппаратов для напыления порошковых материалов

Марка Производительность,

кг/ч, по материалу

Коэф-фици-ент рас-хода мате-риала Qг, м3 p , МПа Ем-кость пита-теля, дм3 Масса, кг
поли-мер ПНФ-12 поро-шок ПГ-10Н-01 кера-мика сжатого

воздуха

ацети-лена про-пана-бут-ана кис-лоро-да сжатого

воздуха

ацети-лена про-пана-бута-на кис-лоро-да уста-новки горе-лки
УГПЛ-П 11 0,85 25 1,2 0,3…0,6 0,5…1,5 0,3…1,0 10 14,5 1,3
УГПТ-П 5 0,9 6 1,2 0,2…0,6 1 2 21 1,0
УГПУ 6…18 2,2 0,9 1,2…2,1 1,2 2,2…6 0,11 1,1 0,1…0,6 30 1,0
УПТР-86 10,5 1,1 0,96 6…10 0,7…1,2 0,6…1,2 1…2,5 0,3…0,6 0,07…0,11 0,7…3,0 0,1…0,4 0,6 17 1,6
Могул-9 2,5 1,2 0,9 2
Л5405 0,1…8 0,9…1,8 0,2…3 0,1…10 0,07…0,35 0,07…0,1 0,22…0,25 0,2…0,8 2,5 25
УН-134 0,2…4 0,2…1 0,2…3 0,2…6 0,5 0,1 0,15 0,8 3 75

Основным элементом детонационно-газовой установки (ДГУ) для распыления является камера в виде ствола постоянного сечения или в виде трубы переменного сечения, в которой имеются отверстия для введения рабочей газовой смеси, порошка и запального устройства. При автоматическом режиме требуется водяное охлаждение камеры. Технические характеристики ДГУ приведены в табл. 34.

Таблица 33. Технические данные горелок для газопорошковой наплавки

Тип Давление ацетилена, МПа Расход Вид напыляемого порошка Способ наплавки Назначение Масса горелки, кг
ацетилена, л/ч порошка, г/ч
Малой мощности ГН-1 Не менее 0,01 140…300 До 0,9 Хромоборноникелевые сплавы Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением Наплавка на поверхности мелких деталей и механизмов для их упрочнения и исправления дефектов литья или механических повреждений 0,75
Средней мощности ГН-2 Не менее 0,01 350…600 До 2,0 То же То же То же, на детали средних размеров 0,77
Большой мощности ГН-3 Не менее 0,02 150…1750 Не менее 5,0 » Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением Восстановление изношенных и упрочнение новых крупногабаритных деталей, исправление литья 1,1
ГН-4 Не менее 0,03 800…1100 До 3,6 Никель-алюминиевые порошки с экзотермическими свойствами Механизированный с внешней подачей порошка без последующего оплавления Упрочнение новых и восстановление изношенных деталей, имеющих форму тел вращения 1,3
Евроджет ХS-8 860 2…4 Хромоборно-никелевые сплавы, ПГН-10Н-01 Ручной и механизированный Защита деталей любой конфигурации 1,5

Таблица 34. Технические характеристики установок для детонационного напыления

Марка р, МПа Qг, м3 Ствол Ско-рост-рель-ность,

Гц

Мощ-ность, Вт Масса, кг
АЦ ПБ К А ВЗ АЦ ПБ К А ВЗ Диа-метр, мм Располо-жение
Молния 0,15 0,2 0,36 0,7…

0,9

1,5…

10,8

0,7…

6,5

20 Г 2…6 250 200
Гамма 0,15 0,2 0,36 0,7…

0,9

1,5…

10,8

0,7…

6,5

20 В 2…6 250 350
Днепр 1 0,02…

0,09

0,02…

0,2

0,02…

0,2

0,06…

0,6

0,06…

0,6

22 Г, В 2…5 300
Днепр 2 0,14 0,2 0,2 0,3 0,4 22 Г 2…10 200
АДК-1 0,15 0,5 0,8 0,4 1,2…

2,2

1,2…

2,3

5,0…

8,0

20…25 21,5 Г 2…4 350 170
АДК-1М 0,12…

0,14

0,3…

0,5

0,7…

0,8

0,4…

0,6

1,8…

3,2

1,8…

3,2

5,8…

8,0

20…25 21,5 Г 3…6 1500 170
ДНП-5 0,15 0,02…

0,2

0,02…

0,2

0,02…

0,2

0,06…

0,2

4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 20 Г 1,5…4 250 50
ДНП-8 0,02…

0,2

0,02…

0,2

0,02…

0,2

0,06…

0,4

1,5 5 0,9 0,9 25, 20,

10

Г, В 4…6 360 36
УДК-2 24 Г 1…7
УН-102 0,12 0,02…

0,4

7,0…

8,0

12 Г 4 3000 835

Примечание. АЦ — ацетилен, ПБ — пропан-бутан, К — кислород, А — азот, ВЗ — воздух, В — вертикальное положение ствола, Г — горизонтальное положение ствола.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *