Содержание
- 1 Суть вибродугового наплавочного процесса
- 2 Как происходит вибродуговая наплавка
- 3 Сущность способа восстановления деталей металлами
- 4 АППАРАТЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВИБРОДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
- 5 Плюсы
- 6 Сущность механизированной наплавки и ее назначение
- 7 Определение и принцип действия
- 8 Сварка короткой дугой
- 9 Вибродуговая наплавка – тонкости технологии
- 10 Подготовка деталей
- 11 Сварка под слоем флюса
- 12 Сварка лежачим и наклонным электродом
- 13 Наплавка в среде защитного газа
- 14 Электродная проволока
- 15 Расходные материалы для наращивания металла
- 16 Осталивание (железнение)
- 17 Дополнительные технические условия
- 18 Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО)
Суть вибродугового наплавочного процесса
Интересующая нас обработка является одним из вариантов электродуговой автоматической наплавки, предполагающей применение металлического сварочного стержня для восстановления деталей наплавкой. Изделие, которое требуется восстановить, помещают в центры токарного агрегата, где и производится его обработка при помощи наплавочной головки. От источника тока на проволоку и заготовку подается требуемое напряжение.
Механический вибратор либо специальная электромагнитная установка, подключаемая к сети переменного тока, обеспечивает вибрацию сварочного стержня. Вибраторы механического типа выдают разные вибрации (по частоте тока), а электромагнитное приспособление обеспечивает колебания электрода на уровне 100 герц.
Вибрация стержня приводит к тому, что стадии короткого замыкания и горения дуги постоянно чередуются.
При горении дуги наблюдается выделение до 99,5 процентов тепла, которое расходуется на расплавление проволоки. При этом на конце стержня появляются металлические расплавленные капли. При коротких замыканиях они попадают на поверхность восстанавливаемого изделия.
Как видим, суть процесса состоит в том, что электродный металл за счет колебаний электрода переносится мелкими частицами на деталь. За счет этого появляются очень тонкая наплавленная поверхность с требуемыми характеристиками. Вибрация, кроме всего прочего, стабилизирует операцию – дуговые разряды возбуждаются с большой частотой (при каждом отводе от изделия сварочного стержня).
Основные достоинства, коими обладает описываемое вибродуговое восстановление поверхности деталей, следующие:
- зона термовоздействия характеризуется небольшой глубиной;
- возможность получения малых по толщине слоев (от 0,5 до 3 миллиметров);
- несущественные деформации обрабатываемых деталей;
- повышенные показатели твердости восстановленной поверхности.
Благодаря всем этим достоинствам вибродуговая наплавка демонстрирует отличные результаты при восстановлении судовых машин и установок, горнорудной и промышленной техники, элементов тракторов и грузовых автомобилей, электрических двигателей, разнообразных сельскохозяйственных машин, а также других конструкций из чугуна и стали.
Как происходит вибродуговая наплавка
Нужно иметь в виду, что КПД этого процесса весьма низок. Это происходит оттого, что при условной частоте тока вибратора в 50 гц касание электрода к детали составляет 0,01 сек. То есть 65% времени процесса падает на холостой ход. Но без фазы холостого хода полноценной наплавки тоже не получится. Чтобы понять, почему так происходит, нужно рассматривать процесс с дискретностью в доли секунд.
- За период касания обрабатываемой детали и электрода в месте контакта ток возрастает до 400 А на кв. миллиметр, и проволочный электрод в месте касания от огромного скачка температуры нагревается до критических состояний..
- Вибратор отрывает электрод от заготовки, и на ней остаётся часть электрода.
- Возникающая дуга расплавляет эту каплю.
- Электрод под воздействием остаточного импульса в обмотке продолжает удаление от наплавляемой детали, расстояние увеличивается, ток падает до нуля и дуга гаснет. Наступает фаза холостого хода.
Всё это происходит от 50 до 100 раз в секунду, и именно в чередовании холостого хода и касаний с дугой между ними происходит наплавка металла на изношенную заготовку.
Введённая в цепь дуги индуктивность служит источником накопления энергии во время разомкнутого состояния электрической цепи. Она вызывает фазовый сдвиг напряжения и тока, поэтому переход тока через фазу нуля способствует возникновению ЭДС самоиндукции, совпадающей по направлению с напряжением выпрямленной сети. Что способствует повторному возникновению дуги после разрыва цепи и её устойчивому горению в короткий промежуток времени между касанием и холостым ходом.
Электроды для вибродуговой наплавки имеют толщину 1,5-2 мм, и являются, по сути, проволокой из стали определённой марки, в той или иной степени совпадающей с маркой стали ремонтируемой детали. После короткого замыкания и отрыва в результате импульса в обмотке часть этой проволоки остаётся на детали в расплавленном состоянии.
Сущность способа восстановления деталей металлами
Восстановить деталь возможно за счет нанесения на ее поверхность металла, снятия металла с детали или постановки на нее дополнительной ремонтной детали. Восстановление поверхности производится следующими способами: наплавкой (электрической, газовой, плазменной), гальваническими (электролитическими) покрытиями, металлизацией, металлированием, плазменным напылением.
При наплавке и гальванических покрытиях нанесенный металл соединяется с поверхностным слоем детали за счет атомных связей.
При металлизации, металлировании и плазменном напылении нанесенный слой металла удерживается на поверхности металла за счет адгезионных связей (прилипания).
Нанесенный слой металла на деталь для увеличения твердости и износостойкости может дополнительно обрабатываться лучом лазера.
При нанесении металла на поверхность детали восстанавливаются ее первоначальный размер и геометрическая форма детали.
Восстановление за счет металла самой детали под ремонтный размер производится механической обработкой путем снятия металла с детали, пластическим деформированием или электромеханической обработкой путем перераспределения металла на поверхности детали. Эти способы позволяют восстанавливать геометрическую форму и посадочные размеры деталей.
Рис. 15. Классификация способов восстановления деталей металлами
Восстановление деталей дополнительными ремонтными деталями возможно производить установкой чугунных или стальных гильз и ввертышей, восстановление рабочей поверхности деталей — постановкой в деталь новых стальных пластин.
АППАРАТЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ВИБРОДУГОВОЙ НАПЛАВКИ
Аппараты для автоматической вибродуго — вой наплавки (автоматические вибродуговые аппараты) являются основной частью наплавочных вибродуговых установок и служат для подачи к месту наплавки электродной проволоки и вибрации конца проволоки с заданной частотой и размахом.
Аппарат конструкции Челябинского тракторного завода (ЧТЗ) (рис. 1.10) состоит из корпуса с опорным узлом 5 для его крепления на станке установки; механизма 2 подачи электродной проволоки; колебательной системы 3 и 4; хоботка 6 для направления проволоки к наплавляемой детали 7, подвода тока к электродной проволоке, сообщения вибрации концевой части проволоки и подачи газов (преимущественно защитных) в зону горения дуги; кассеты 1 для электродной проволоки.
Степень совершенства аппаратов для виб — родуговой наплавки в значительной мере определяется конструкцией их колебательной системы, особенно видом привода системы, который может быть электромагнитным, электромоторным или пневматическим. Наиболее распространены вибродуговые аппараты с электромагнитными вибраторами. Они достаточно просты в устройстве, позволяют легко настраивать систему на заданный размах вибрации конца электродной проволоки и обеспечивают синусоидальную форму вибрации с частотой 100 Гц (при включении вибратора в стандартную сеть переменного тока с частотой 50 Гц).
При необходимости наплавки деталей с различной частотой вибрации используют вибродуговые аппараты, снабженные колебательными системами с электромоторным приво дом. В этом случае вибрация рычага, на котором закреплен хоботок, осуществляется с помощью вращающегося кулачка, поджатого пружиной к вибрирующему рычагу. Эксцентриситет кулачка определяет размах вибрации конца электродной проволоки, а частота вращения кулачка — частоту вибрации. В аппаратах с такими колебательными системами предусмотрены наборы сменных кулачков и сравнительно простые способы изменения частоты их вращения.
Вибродуговые аппараты могут иметь верхний или боковой подвод электродной проволоки. Боковой подвод электрода применяют преимущественно для наплавки цилиндрических деталей. При этом вращение наплавляемой детали устанавливается таким, чтобы сварочная ванна располагалась над электродом. Жидкий металл ванны будет стремиться стечь вниз, растекаясь по ширине ванны, что приведет к образованию маловыпуклых, слегка уширенных валиков. При подтекании жидкого металла под дугу уменьшается глубина проплавления основною металла, меньше разбавляется наплавленный слой металлом детали, что имеет важное значение при наплавке тонких слоев, особенно проволокой с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов.
Типичным вибродуговым аппаратом с боковым подводом электродной проволоки является рассмотренный аппарат ЧТЗ [5]. Вибро — дуговой аппарат УХЛ4-ГОСНИТИ (из семейства ГМВК) с заводской маркой ОКС-6569 (рис. 1.11) предназначен для вибродуговой наплавки металла в углекислом или другом защитном газе проволокой сплошного сечения диаметром 1,2…2 мм, а также для вибродуговой наплавки открытой дугой самозащитной порошковой проволокой диаметром 2…3 мм. Опорный узел 5 позволяет менять положение основной части аппарата по высоте, поворачивать аппарат вокруг горизонтальной оси. Благодаря использованию различных мундштуков 4 можно вести наплавку с боковым или верхним подводом электродной проволоки к детали, с различным смещением места подвода проволоки с верхней точки детали.
Аппарат снабжен мундштуками для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей с минимальным диаметром при вибродуговой наплавке в струе жидкости 45 мм, в углекислом газе 55 мм. Во всех случаях, отключив вибратор, можно вести наплавку без вибрации электрода.
Значительное применение получили виб — родуговые аппараты типов ВДГ-3, ВДГ-5 и ВДГ-65. Только верхний подвод электродной проволоки к детали расширил диапазоны максимальных диаметров применяемых электродных проволок и рабочих сил тока аппаратов. В автоматическом вибродуговом аппарате ВДГ-3 (рис. 1.12) применен электромагнитный привод вибрации электрода с питанием катушек 1 электромагнита переменным током частотой 50 Гц от трансформатора с рабочим напряжением 36 В. При таких условиях частота колебаний электрода составляет 100 Гц. Параметры колебательной системы обеспечивают ее работу в области резонанса без стуков в магнито — проводе и без существенного изменения размаха вибрации конца электрода. Это в значительной мере достигается путем демпфирования колебательной системы с помощью гидравлического амортизатора 4, двух пружин, стабилизирующих колебания якоря, подкладок из эластичной резины толщиной 14 мм, размещенных под пружинами.
Значительное влияние на стабильность работы колебательной системы оказывает электродная проволока, проходящая по каналу хоботка 6. Износ канала и увеличение его размеров приводят к поперечному перемещению проволоки в канале и нарушению стабильности вибрации конца электрода. Для устранения этого служит специально разработанный хоботок (рис. 1.13) с откидной цепочкой 2, которую можно поджимать к проволоке с помощью регулируемой пружины и устранять этим зазоры между проволокой 1 и стенкой хоботка. Стабилизация перемещения проволоки в хоботке приводит к стабилизации вибрации конца электрода.
Подача электродной проволоки в вибродуговом аппарате ВДГ-3 осуществляется с помочастоте вращения 2800 мин-1. Вращение якоря двигателя через червячную и две цилиндрические пары передается на вал одного из электродоподающих роликов. Валы роликов связаны шестеренной передачей, поэтому оба ролика являются ведущими. Это позволяет применять для наплавки мягкую проволоку и проволоку диаметром 3 мм, подача которых затруднена на аппаратах с одним ведущим роликом. Изменение скорости подачи проволоки производится с помощью сменных шестерен. Диапазон изменения скорости 54,7…86,4 м/ч.
Червячная и первая цилиндрическая пары заключены в отдельную коробку и составляют редуктор аппарата. Вторая сменная цилиндрическая пара размещена вне редуктора, на его корпусе, и защищена металлическим кожухом. Она позволяет регулировать скорость подачи проволоки [10].
Способ вибродуговой наплавки в потоке воздуха [9] может выполняться любыми вибро- дуговыми аппаратами, хоботки которых снабжены соплами для подачи воздуха. Исследования и производственный опыт показали, что поток воздуха можно создавать не только путем его вдувания в зону наплавки, но и посредством отсоса из рабочей зоны. В этом случае не только оказывается благоприятное металлургическое воздействие на расплавленный металл, но и происходит удаление мелких брызг из рабочей зоны [8].
Аппараты для автоматической вибродуговой наплавки устанавливаются на станках вибродуговых установок. Конструкции станков зависят от формы наплавляемых деталей и их изнашивающихся поверхностей. В случае наплавки деталей с цилиндрическими поверхностями конструкции станков обеспечивают крепление детали и ее вращение вокруг своей оси с линейной скоростью точек поверхности детали, равной скорости наплавки, а также перемещение вибродугового аппарата вдоль оси детали со скоростью, соответствующей шагу наплавки. В связи с отсутствием централизованного выпуска станков вибродуговые установки чаще всего монтируют на базе токарных или токарно-винторезных станков с подачей суппорта до 4 мм/об. При этом расстояние между центрами и высота центров должны соответствовать габаритам наплавляемых деталей.
В зависимости от диаметра детали и толщины наплавляемого слоя частота вращения шпинделя станка должна составлять 0,3…20 мин-1. Для получения нужной скорости между двигателем и станком устанавливают редуктор, снижающий частоту вращения шпинделя, причем каждая последующая ступень шпинделя должна отличаться от предыдущей не более, чем на 20%, а разница между смежными значениями подачи суппорта не более 0,4 мм/об. Вибродуговой аппарат закрепляется на суппорте токарного станка в месте крепления резцедер-. жателя. Для защиты поверхностей направляющих станины служат резиновые фартуки или металлические щитки, прикрывающие направляющие и перемещающиеся вместе с суппортом. Желательно, чтобы станок был снабжен системой подачи на деталь охлаждающей жидкости. При монтаже вибродуговой установки может использоваться станок установки УД209 для дуговой наплавки цилиндрических деталей, разработанной Институтом электросварки им. Е. О. Патона.
Вибродуговые установки для наплавки плоских поверхностей состоят из подъемного стола, на котором закрепляется наплавляемая деталь, и расположенных над столом направляющих с перемещающейся по ним специальной кареткой. Аппарат для наплавки крепится на этой каретке, имеющей устройства для регулирования скорости ее перемещения. Процесс вибродуговой наплавки осуществляется на постоянном токе. В качестве источников применяют выпрямители и преобразователи тока, используемые, в частности, при сварке в среде углекислого газа: выпрямители ВДГ — 301; ВДГ-302; ВДГИ-101 и ВДГИ-301 и преобразователи ПСО-300, ПСО-300-2, ПСО-ЗОО-З, ПСО-300М, ПСО-315М.
Плюсы
- • можно создавать покрытия значительной толщины (до 2-3 мм) и таким образом возвращать изначальную геометрию даже сильно изношенным изделиям;
- • производительность в 1,5-3 раза выше, чем при любом из ручных методов;
- • используемое оборудование сравнительно надежное и простое в транспортировке;
- • отсутствуют ограничения по габаритам предметов – конусы доменных печей, сосуды атомных реакторов и другие большие объекты тоже реально защитить и восстановить;
- • каждый метод достаточно легок в реализации;
- • наносимый слой может быть какого угодно состава, от чистой меди до комбинированной пластмассы;
- • наплавку не проблема сочетать с другими методами обработки, допустим, с азотированием или плазменной закалкой.
Сущность механизированной наплавки и ее назначение
В общем случае это нанесение слоя материала на поверхность заготовки. Это нужно:
- • для восстановления или изменения исходных размеров (геометрии) элемента, что особенно актуально, если это инструмент, например, режущая кромка;
- • или придания новых свойств, допустим улучшения антикоррозионных характеристик или для повышения стойкости к истиранию.
Ну и в рассматриваемой нами ситуации процесс еще и должен быть наполовину или полностью автоматизированным.
Определение и принцип действия
Вибродуговая наплавка, по сути, это разновидность автоматической сварки, только электрод вибрирует с частотой от 50 до 100 колебаний в минуту. Восстанавливаемую деталь фиксируют в патроне-держателе или на токарном станке так, чтобы можно было подвести электроток. Второй контакт выводится на неплавящийся электрод. Наплавочная проволока подается по направляющим, проходит через мундштук. При подключении питания наплавка под действием магнита начинает вибрировать, прилипает к поверхности и отрывается с определенной частотой. Чтобы металл не прогревался под действием дуги, в рабочую зону подается охлаждающая жидкость. Компонентный состав водной эмульсии регламентирован, возможно два варианта:
- 3-х или 4% раствор кальцинированной соды;
- добавляют глицерин в пропорции 15 или 20% от объема.
Технология применяется для деталей сложной конфигурации, прошедших термическую обработку. На закаленных поверхностях после глубокого прогрева возникает коробление, а вибродуговая наплавка не влияет на прочностные характеристики.
Основные достоинства вибродуговой наплавки:
- вибросваркой создают небольшой слой, толщину которого можно регулировать в диапазоне от 500 мк до 3 мм;
- детали подвергаются несущественной деформации под действием температуры;
- зона термовлияния малоглубинная, нет необходимости проводить обследование методами неразрушающего контроля;
- вибрационная сварка не изменяет твердость восстанавливаемой поверхности;
- за счет подачи жидкости происходит закалка наплавляемого слоя;
- метод применим для малоизношенных поверхностей, которые нельзя наплавить обычной сваркой, устраняется люфт механизма.
Сварка короткой дугой
Для соединения тонкого металла во всех пространственных положениях находит применение сварка в защитных газах короткой дугой электродной проволокой диаметром 0,7—1,2 мм при силе тока 50—175 А и напряжении дуги 12—18 В. Характерной особенностью процесса, обусловленной малым напряжением дуги, являются периодические (с частотой 20—200 раз в секунду) замыкания дугового промежутка, во время которых происходит перенос электродного металла в сварочную ванну. Процесс, несмотря на малую мощность дуги, весьма устойчив и обеспечивает равномерное проплавление основного металла.
Для сварки короткой дугой необходимы специальные источники питания с постепенным нарастанием тока короткого замыкания, обеспечивающие устойчивое возбуждение дуги. Если это условие не соблюдено, то происходит взрыв жидкой перемычки и дуга повторно не возбуждается. Наилучшие результаты для защиты дуги дает применение смеси из нескольких газов (аргона и гелия, углекислого газа и аргона и др.). Сварка в чистом углекислом газе затруднена из-за нестабильного повторного возбуждения дуги и разбрызгивания металла.
Вибродуговая наплавка – тонкости технологии
Восстановление деталей по данной методике ведется на обратной полярности (постоянный ток) при напряжении от 17 до 20 В, которое среди специалистов считается оптимальным. Охлаждение изделий, необходимое для повышения твердости наплавленной поверхности, защиты деталей от коробления и уменьшения зоны термического воздействия, осуществляется посредством использования одного из двух растворов:
- технического глицерина (10–20-процентного);
- кальцинированной соды (3-4-процентной).
При подаче охлаждающего состава необходимо следить за тем, чтобы его струя не нарушала наплавочную операцию, попадая в столб сварочной дуги. Регулирование объема подаваемой жидкости для охлаждения в область выполнения работ осуществляется при помощи краника, который обычно монтируется непосредственно на наплавочной головке. Заметим отдельно – охлаждающий раствор дополнительно выполняет функцию «защитника» расплавленного материала от азотирования и процессов окисления.
О том, что операция наплавки идет стабильно и без технологических сбоев, свидетельствует равномерность звука от сварочной установки, а также данные, которые сварщик получает с амперметра. Стрелка этого прибора практически не колеблется в тех случаях, когда восстановление деталей проходит в адекватном режиме.
Если же стрелка амперметра «дергается», а плавление сварочной проволоки сопровождается неприятным треском, опытный специалист сразу понимает, что наплавка проходит нестабильно. Ее результаты будут совсем не такими, как ожидалось – прерывистый шов, низкое качество наплавленной поверхности и прочие дефекты обработки гарантированы.
Толщина наплавляемого покрытия зависит от двух показателей:
- от скорости (окружной), с которой происходит вращение заготовки;
- от скорости, с которой осуществляется подача сварочной проволоки.
Более узкий и тонкий валик наплавленного металла получается тогда, когда окружная скорость увеличивается. А вот при снижении этой скорости и одновременном повышении темпа подачи проволоки наплавленный слой всегда получается более толстым. Еще один нюанс операции заключается в том, что для получения толстого слоя наплавки необходимо применять большую по сечению проволоку, а для получения тонкого – меньшую.
Величина окружной скорости, кроме того, оказывает влияние на качество получаемой поверхности. Обычно повышение этой скорости приводит к формированию в наплавленном слое раковин (причем в немалых количествах).
Отметим, что некачественная подготовка сварочной проволоки и поверхности наплавляемого изделия (в частности, их плохая очистка) приводит к повышенной пористости полученного слоя. Такое явления также может свидетельствовать о том, что состав, используемый для охлаждения, имеет высокий уровень загрязненности.
Подготовка деталей
Поверхность, подлежащая наплавке, должна быть зачищена до металлического блеска.
Зачистку делают непосредственно перед наплавкой при помощи шлифовальной шкурки при тех же частотах вращения детали, что и при ее наплавке. Биение наплавляемой поверхности не должно превышать 0,5 мм. При большем изгибе детали ее перед наплавкой необходимо выправить либо обработать на станке. Поврежденные резьбовые отверстия перед наплавкой необходимо обработать до полного удаления старой резьбы.
Сварка под слоем флюса
В последние годы все большее применение в ремонтном деле получает восстановление изношенных деталей вибродуговой наплавкой, представляющей собой разновидность автоматической электродуговой наплавки металлическим электродом.
Сущность этого способа состоит в том, что деталь, вращающаяся в центрах токарного станка, наплавляется с помощью специальной головки. Головка обеспечивает подачу на деталь и вибрацию электродной проволоки диаметром 1,0—3,0 мм. К детали и проволоке подводится напряжение от источника питания. Для уменьшения зоны термического влияния и коробления наплавляемых деталей, а также увеличения твердости наплавленного слоя в зону дуги и на деталь подается охлаждающая жидкость — водный раствор кальцинированной соды. Охлаждающая жидкость защищает также расплавленный металл от окисления и азотирования.
Вибрация электрода осуществляется с помощью электромагнитного вибратора, включенного в цепь переменного тока с частотой 50 пер/сек., или с помощью механического вибратора. Частота вибрации электрода при использовании электромагнитного вибратора составляет 100 гц. Механические вибраторы в зависимости от их конструкций могут обеспечивать различную частоту вибрации.
В результате вибрации электрода в процессе наплавки происходит чередование периодов горения дуги и короткого замыкания.
Основная часть тепла (98—99,5%), идущая на расплавление электродной проволоки и детали, выделяется при горении дуги. Во время горения дуги на конце электрода образуются капли расплавленного металла, которые переходят на деталь преимущественно при коротких замыканиях. Таким образом, вибрация электрода способствует переносу электродного металла на деталь в виде мелких порций, облегчающих формирование тонких наплавленных слоев. Кроме того, вибрация способствует стабилизации процесса путем частых возбуждений дуговых разрядов, происходящих в каждый момент размыкания цепи (отрыва электрода от детали).
Вибродуговая наплавка обладает существенными преимуществами по сравнению с другими способами восстановления изношеиных деталей. К числу таких преимуществ относятся: незначительные деформации наплавляемых деталей, малая глубина зоны термического влияния, получение наплавленных слоев повышенной твердости без дополнительной термической обработки, возможность наплавки тонких слоев (от 0,5—0,7 мм до 2—3 мм). Эти преимущества обусловили широкое применение описываемого способа для восстановления изношенных деталей, в частности для восстановления автомобильных и тракторных деталей, деталей сельхозмашин, электродвигателей, различного промышленного и горнорудного оборудования, деталей судовых механизмов и машин.
На фиг. 85 показана принципиальная схема процесса вибродуговой наплавки, а на фиг. 86 — общий вид вибродуговой головки ВДГ-5, разработанной Челябинским политехническим институтом и Челябинским автомеханическим заводом.
Для питания дуги используются различные сварочные преобразователи, низковольтные генераторы типа НД 500/250, сварочные выпрямители типа ВС-200, выпрямители ВСГ-ЗМ и другие источники постоянного тока.
Для наплавки в зависимости от требуемой твердости применяются сварочная проволока Св-08, Св-08А, Св-18ХГСА и других марок, а также проволока из конструкционных и инструментальных углеродистых сталей с содержанием углерода до 0,8%. В большинстве случаев проволока берется диаметром 1,8—2,5 мм.
Основные параметры процесса вибродуговой наплавки: скорость подачи электродной проволоки 60—75 м/час, размах вибраций конца электрода 1,5—2 мм, среднее напряжение на дуге 15—23 в, расход охлаждающей жидкости 0,5—2,5 л/мин.
Вибродуговой процесс иногда применяется для сварки металла небольшой толщины.
Вибродуговая наплавка и сварка может осуществляться не только в среде жидкости, но также в среде защитных газов и под слоем флюса.
Сварка лежачим и наклонным электродом
В последнее время достаточно широкое применение нашли давно известные, но мало используемые ранее способы сварки наклонным (гравитационная сварка, рис. 3-10) и лежачим электродом. Интерес к этим способам обусловлен усовершенствованием оборудования и улучшением качества электродов. Это позволяет одному рабочему обслуживать три-четыре поста, что обеспечивает повышение производительности труда даже по сравнению с полуавтоматической сваркой.
Электроды, применяемые для сварки лежачим электродом, состоят из внутреннего стержня, нанесенного на него слоя покрытия и наружной оболочки круглой или другой формы, имеющей продольный паз. Наличие лаза приводит к концентрации дуги на противоположной ему поверхности электрода и стабилизации процесса сварки. Ток подводится к внутреннему стержню и наружной оболочке. При сварке наклонным и лежачим электродами обеспечивается хорошее формирование шва.
Наплавка в среде защитного газа
При этом способе наплавки, схема которого дана на рис. 18, зона горения электрической дуги и расплавленного металла защищается от кислорода и азота воздуха струей нейтрального (защитного) газа. В качестве защитных газов применяются углекислый газ, аргон, гелий и смеси газов. Углекислый газ надежно изолирует зону наплавки от окружающей среды и обеспечивает получение наплавленного металла высокого качества с минимальным количеством пор и окислов. Расход газа при сварке составляет 8—15 л/мин и наплавке — 10—16 л/мин.
Режимы наплавки деталей в среде углекислого газа СО2
Диаметр, мм | Скорость подачи проволоки, м/ч |
Напряжение, В | Сила тока, А | Скорость наплавки, м/ч | Толщина слоя, мм | |
детали | электродной проволоки | |||||
10 | 0,8 | 175 | 17—18 | 75—130 | 40—45 | 0,8 |
40 | 1,0 | 200—235 | 18—19 | 150—180 | 80—100 | 1,0 |
Рис. 18. Схема установки для полуавтоматической наплавки в среде защитного газа:
1 — баллон с газом CO2; 2 — осушитель; 3 — подогреватель; 4 — редуктор; 5 — аппаратный ящик; 6 — расходомер; 7 — регулятор давления; 8 — электромагнитный клапан; 9 — механизм подачи проволоки; 10 — наплавочная головка; 11 —восстанавливаемая деталь; 12 — водяной насос с регулятором давления; 13 — электрод; 14 — сварочная ванна; 15 — слой защитного газа (СО2); 16 — источник сварочного тока (сварочный генератор)
Режимы наплавки деталей в среде углекислого газа представлены в табл. 5.
Наплавка деталей в среде углекислого газа имеет следующие преимущества: высокое качество наплавленных швов, возможность наблюдения за ходом наплавки, возможность наплавки деталей любых диаметров.
К недостаткам наплавки деталей в среде углекислого газа относятся повышение разбрызгивания металла (до 10—12%), органическое изменение состава наплавляемого металла, понижение износостойкости наплавленного слоя, снижение усталостной прочности деталей на 10—50 %.
Наплавкой в среде защитных газов восстанавливаются детали трансмиссии и ходовой части автомобилей.
Электродная проволока
Для восстановления деталей вибродуговой наплавкой применяют следующие марки проволоки: Св-08А, Св-18ХГСА, Св-15; Нп-50, Нп-65Г, Нп-30ХГСА; пружинную проволоку 2-го класса. Марка проволоки выбирается в зависимости от требуемых свойств наплавленного металла (в основном твердости). Стальные детали, требующие высокой твердости, наплавляют пружинной проволокой 2-го класса, другой высоко-углеродистой проволокой. Этими же проволоками наплавляют чугунные детали. Кроме того, чугунные детали, требующие высокую твердость поверхностного слоя, наплавляют проволокой Св-15. Для наплавки деталей двигателя применяют в основном проволоку диаметром 1,4-1,8 мм.
Расходные материалы для наращивания металла
Это в первую очередь проволока для наплавки. Используют два её основных типа:
- СВ-15 для наплавки металла на изделия из чугуна (придаёт поверхности особую твёрдость при определённой хрупкости)
- Св-08А Св-18ХГСА, Нп-50 (65Г), Нп-30ХГСА – для наплавки стальных слоёв.
- Проволока пружинного типа по ГОСТу 9389–75.
Осталивание (железнение)
Электролитическое осаждение железа возможно вести в ваннах с горячим и холодным электролитами (горячее и холодное осталивание) при постоянном и переменном асимметричном токе. Формы постоянного и переменного асимметричного тока показаны на рис. 26.
Рис. 26. Формы тока, применяемые при осталивании (железнении) деталей:
а — при постоянном токе; б — при переменном (асимметричном) токе
Рис. 27. Схема комплексного анода для осаждения электролитического железа (осталивание):
1 — штуцер подвода электролита; 2, 5 — полукольца анода; 3, 7 — электроконтакты; 4 — шейка вала; 6 — текстолитовый корпус анода; 8 — замок; 9 — прокладка; 10 — полость, заполненная электролитом
Холодное осталивание асимметричным током представляет собой процесс нанесения металлопокрытия на изношенные поверхности деталей с применением управляемого асимметричного тока. При этом виде осталивания получается наиболее прочное покрытие.
Процесс электролиза под давлением повышает твердость осажденного электролитического железа с HRC 45—48 до 60—63 при существенном улучшении качества покрытия.
Осаждение металла на круглую деталь в проточном электролите под давлением 0,15—0,20 МПа осуществляется внутри комплексного анода, показанного на рис. 27.
Холодное осталивание производится в электролите следующего состава: хлористое железо — 400—500 г/л; йодистый калий — 5—10 г/л; серная кислота — 1 мл/л; содержание соляной кислоты определяется по плотности рН, которая должна быть не более 1,5.
Дополнительные технические условия
Чтобы не возникало перегрева ремонтируемой заготовки и, как следствие, её деформации, наплавляемую поверхность охлаждают следующими составами:
- 10-20% раствор технического глицерина,
- 3-4% водный раствор кальцинированной соды.
Может быть также охлаждение потоками холодного воздуха.
Восстановление изношенных в результате долгой эксплуатации деталей имеет под собой вполне оправданную экономическую подоплёку. Дело в том, что восстанавливают обычно старые, незаменимые части изделий (чаще всего уникальные по характеристикам валы вращения), которые давно сняты с производства и не выпускаются в виде запасных частей.
Охлаждения деталей растворами или воздушной струёй направленного действия выглядит в этих условиях не только оправданной, но и остро необходимой мерой, предохраняющей поверхность изделий и от деформаций и оберегая их габариты.
Точка подачи охлаждающих растворов не должна совпадать с местом горения дуги, иначе может пострадать качество наплавки. Для этого одновременно с вибраторами устанавливают магистраль, по которой подаётся охлаждение, с регулировочными механизмами подачи глицериновой или водной смеси, или воздушный вентиль. Но у охлаждающего раствора есть ещё одна функция — предохранение навариваемого металла от процессов азотирования, от которого он сделается чрезмерно хрупким, и кислородного окисления.
Финишная антифрикционная безабразивная обработка (ФАБО)
В настоящее время для повышения износостойкости поверхности деталей получил распространение способ нанесения на них тонкого антифрикционного слоя металла только за счет трения наносимого металла о деталь. Такая обработка получила название финишной антифрикционной безабразивной обработки деталей (ФАБО).
Сущность способа ФАБО состоит в том, что в активизирующем растворе на рабочую поверхность детали наносится тонкий слой цветного металла за счет трения о деталь стержня, изготовленного из бронзы, латуни или меди.
Толщина покрытия слоя цветного металла составляет 25 мкм.
Режимы финишной антифрикционной безабразивной обработки деталей представлены в табл. 7.
Технологический процесс нанесения покрытий в результате механического трения включает следующие операции: механическую обработку рабочей поверхности; обезжиривание детали; удаление окисной пленки с рабочей поверхности детали; обработку поверхности детали активизирующим раствором; финишную антифрикционную обработку рабочей поверхности детали; промывку теплой водой, сушку.
Рис. 28. Схема финишной антифрикционной безабразивной обработки цилиндрических поверхностей деталей:
а — внутренних; б — наружных; 1 — деталь; 2 — инструмент (наносимый цветной металл) 3 — электромотор; 4 — шпиндель; 5 — прижимное устройство инструмента к детали; 6 — патрон станка
Режимы финишной антифрикционной безабразивной обработки (ФАБО)
Материал детали | Состав активизирующего раствора | Число проходов | Скорость скольжения прутка, м/с |
Сталь | Глицерин технический — 2 м.ч.; водный раствор хлористого цинка — 1 м.ч. | 1—2 | 0,15—0,2 |
Чугун | Глицерин технический — 1 м.ч.; 10%-й раствор соляной кислоты НСl — 3 м.ч. | 2—3 | 0,1-0,2 |
Режим обработки
Материал детали | Давление прутка, МПа | Продольная подача, мм/об | Частота вращения прутка, мин | Диаметр прутка, мм | Толщина покрытия, мкм |
Сталь | 0,60—0,80 | 0,1—0,15 | 200—250 | 4—8 | 2—5 |
Чугун | 0,60—0,80 | 0,1—0,2 | 200—250 | 4—6 | 3—5 |
Схема финишной антифрикционной безабразивной обработки деталей показана на рис. 28.
Финишная антифрикционная безабразивная обработка деталей повышает износостойкость рабочей поверхности детали в 2 раза.
- https://tutmet.ru/avtomaticheskaja-vibrodugovaja-naplavka-vosstanovlenie-detalej-oborudovanie.html
- https://pressadv.ru/samodelkinu/vibrodugovaya-svarka.html
- https://LedModa.ru/samodelki/vibrodugovaya-naplavka.html
- http://AutoCarta.ru/vosstanovlenie-detaley/mexanizirovannaja-naplavka/vibrodugovaja-naplavka.html
- https://martensit.ru/termoobrabotka/vibrodugovaya-naplavka/