Вибродуговая наплавка – все тонкости технологии наплавки деталей

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.

1. 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..
2. Вибратор отрывает электрод от заготовки, и на ней остаётся часть электрода.
3. Возникающая дуга расплавляет эту каплю.
4. 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.