Проектирование Кузнечно-термический участка

Шлаковая корка  неэлектропроводная и не расплавляется электрической дугой, поэтому ее необходимо удалять. В противном случае в наплавленном металле остаются шлаковые включения, которые истирают сопряженный металл. Отделимость шлаковой корки ухудшается с увеличением температуры детали, и при определенной температуре ее удалить невозможно. При наплавке под флюсом деталей диаметром менее 50 мм шлаковая корка перестает отделяться после наплавки 3...4 валиков, поэтому для деталей диаметром менее 50 мм применяют вибродуговую наплавку в жидкости или наплавку в среде защитных газов.

Рис. 2. Схема электродуговой наплавки деталей под флюсом:

1 — наплавочный аппарат; 2 — кассета с проволокой; 3 — бункер с флюсом; 4 — проволока электродная; 5 — деталь; 6 — наплавленный металл; 7— корка шлаковая; 8 — флюс; 9 — сварочная дуга; 10 — расплавленный металл

При наплавке под  флюсом деталей, регулируя частоту оборотов детали, шаг наплавки, скорость подачи проволоки, можно за один проход наплавлять от 0,5 до 5 мм на сторону.

Используя легирующий флюс, легированную или порошковую проволоку, можно получить металл любой структуры и твердости от HRC 30 до HRC 64. В частности, применяя для наплавки стальных коленчатых валов пружинную проволоку Нп-65Г и легирующий

флюс, состоящий  из феррохрома, флюса АН-348А и графита, можно получить наплавленный металл со структурой мартенсита и твердостью HRC 64 без термической обработки.

Химический состав флюса, кроме защиты от воздуха, должен обеспечить стабильность горения дуги в процессе наплавки, получение заданного химического состава наплавленного металла, получение швов без видимых трещин и с минимальным (допустимым) числом шлаковых включений и пор.

Для наплавки деталей  из углеродистых и малолегированных сталей разработаны и изготавливаются  различные составы и марки флюсов, в том числе АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, ФЦ-9, АН-51. Наилучшие результаты при наплавке деталей диаметром от 50 до 80 мм получаются при использовании флюса АН-348А, который имеет следующий химический состав: окись кремния Si0₂ 41 ...44%; окись марганца МnО 34...38%; фтористый кальций CaF₂ 3,5...4,5% и некоторые другие элементы.

Режимы наплавки существенно влияют на формирование наплавленного слоя. С уменьшением смещения электрода с зенита глубина проплавления увеличивается. С увеличением напряжения дуги глубина проплавления не изменяется, ширина валика возрастает. С увеличением шага наплавки уменьшается перекрытие валиков и возрастает глубина проплавления. Хорошее формирование слоя обеспечивается, если последующий валик перекрывает предыдущий на 1/3, при этом шаг наплавки равен 2/3 ширины валика.

С ростом тока глубина  проплавления увеличивается. На автоматических установках значение тока зависит от скорости подачи и диаметра проволоки. С их увеличением ток возрастает и наоборот. Скорость подачи проволоки и ее диаметр выбирают исходя из требуемой толщины наплавляемого металла и диаметра детали.

Наплавку деталей  из углеродистой стали 30, 40, 45 производят углеродистыми проволоками марок Нп-30, Нп-40, Нп-50, Нп-65, Нп-80, легированной Нп-30ХГСА. Наплавленный этими проволоками под флюсом АН-348А металл по своему химическому составу мало отличается от химического состава основного металла.

При наплавке деталей, изготовленных из стали 35 и 45, в качестве электродного материала рекомендуется применять проволоку марок Нп-40 и Нп-50, которые позволяют получить наплавленный металл по своему химическому составу, соответствующий стали 35 и 40. Твердость наплавленного металла получается в пределах НВ 187... 192.

Наплавка закаленных сталей производится с последующей их закалкой током высокой частоты (ТВЧ), что обеспечивает получение наплавленного металла с твердостью до HRC 45.

Детали, изготовленные  из малоуглеродистой стали 20, наплавляют электродной проволокой Нп-30 или Св-08 под слоем флюса. Флюс перед употреблением необходимо высушить при температуре 350...400°С, чтобы удалить из него влагу, которая, испаряясь при наплавке, способствует образованию пор.

При наплавке цилиндрических гладких и резьбовых поверхностей по винтовой линии первый валик наплавляют вкруговую, а следующие по винтовой линии. При наплавке необходимо устанавливать электродную проволоку по отношению к зениту цилиндрической поверхности с некоторым смещением в сторону, противоположную направлению вращения детали, обеспечив смещение электрода от зенита.

При неправильной установке электродной проволоки (в зените или при смещении по ходу вращения) расплавленный металл и шлак стекают с поверхности детали, так как металл в ванне не успевает затвердеть, что приводит к ухудшению условий формирования шва.

Смещение электродной  проволоки от зенита изменяют в зависимости от диаметра детали, с увеличением которого смещение электрода возрастает.

Наплавку шлицев под флюсом производят в продольном направлении в процессе заплавки впадин. Конец электродной проволоки при этом должен устанавливаться на середине впадины между шлицами. Смещение электродной проволоки к одной из боковых сторон шлица сопровождается оплавлением его боковой поверхности, чго приводит к нарушению правильного заполнения впадины металлом и увеличивает неровность поверхности наплавленного металла.

Параметры среднего режима наплавки под флюсом следующие: частота вращения наплавляемой детали 2,5...4,0 об/мин; шаг наплавки 3,5...4,0 мм/об, диаметр электродной проволоки 1,6... 1,8 мм; скорость подачи электродной проволоки 1,7...2,0 м/мин, сила тока 160... 180 А; напряжение дуги 24...26 В.

Способы легирования  наплавленного металла при наплавке под флюсом. От химического состава наплавленного металла зависит возможность закалки, износостойкость, прочность, ударная вязкость и другие свойства. Для получения требуемого химического состава применяются различные способы легирования, в том числе:

применение легированной сплошной электродной проволоки  или ленты и обычного флюса;

применение порошковой проволоки с требуемым составом шихты и обычного флюса;

применение обычной  проволоки или ленты и легирующего  флюса, изготовленного в процессе добавления к обычному стандартному плавленому или металлокерамическому флюсу легирующих элементов — феррохрома, ферромарганца, графита и т.д.;

нанесение легирующих примесей на поверхность детали и  наплавка электродной проволокой под обычным флюсом с полным расплавлением легирующих материалов, к этому способу можно отнести обертывание детали легированной лентой, укладку легированного прутка, насыпку порошка, намазывание паст.

Первый способ легирования имеет ограниченное применение вследствие того, что в  процессе наплавки электродный металл, взаимодействуя со шлаком, в значительной мере изменяется по своему химическому составу.

Второй способ легирования является перспективным, так как шихту проволоки можно  подбирать любого требуемого состава с учетом взаимодействия металла и шлака при данном составе флюса и определенных режимах наплавки. Наплавка металла порошковой проволокой позволяет получить металл однородного и требуемого свойства.

Третий способ легирования широко применяется  в ремонтном производстве при  восстановлении коленчатых валов. Для  устранения возможной сепарации феррохрома и графита, примешиваемых к флюсу АН-348А, их после тщательного перемешивания склеивают с флюсом жидким стеклом. При этом способе легирования особенно тщательно должен соблюдаться режим наплавки, потому что от него в основном зависит изменение относительной массы шлака, а следовательно, и изменение поступления легирующих элементов в наплавленный металл.

Четвертый способ легирования применяется в двух вариантах: нанесение на наплавляемую поверхность пасты с легирующими элементами и расплавление этой пасты лучом лазера; прихватка к наплавляемой поверхности легированной ленты и приварка к поверхности точечной сваркой с охлаждением водой. Оба варианта применяются в ремонтном производстве.

Дуговая наплавка под флюсом. Способ широко применяется доя восстановления цилиндрических и плоских поверхностей деталей. Это механизированный способ наплавки, при котором совмещены два основных движения электрода —. это его подача по мере оплавления к детали и перемещение вдоль сварочного шва.

Сущность способа наплавки под флюсом (рис. 3) заключается в том, что в зону горения дуги автоматически подаются сыпучий флюс и электродная проволока. Под действием высокой температуры образуется газовый пузырь, в котором существует дуга, расплавляющая металл. Часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку из жидкого флюса, которая защищает расплавленный металл от окисления, уменьшает разбрызгивание и угар. При кристализации расплавленного металла образуется сварочный шов.

Преимуществ ас пособа:

возможность получения  покрытия заданного состава, т. е. легирования металла через проволоку и флюс и равномерного по химическому составу и свойствам;

защита сварочной  дуги и ванны жидкого металла  от вредного влияния кислорода и азота воздуха;

выделение растворенных газов и шлаковых включений из сварочной ванны в результате медленной кристализации жидкого металла под флюсом;

возможность использования  повышенных сварочных токов, которые позволяют увеличить скорость сварки, что способствует повышению производительности труда в 6...8 раз;

экономичность в отношении расхода электроэнергии и электродного металла;

отсутствие разбрызгивания металла благодаря статическому давлению флюса; возможность получения слоя наплавленного металла большой толщины (1,5 ...5 мм и более);

независимость качества наплавленного металла от квалификации исполнителя;

лучшие условия  труда сварщиков ввиду отсутствия ультрафиолетового излучения; возможность автоматизации технологического процесса.

Рис. 3. Схема автоматической дуговой наплавки цилиндрических деталей под флюсом:

1 – патрон; 2 – кассета; 3 – бункер; 4 – флюс; 5 – деталь.

Недостатки способа: значительный нагрев детали; невозможность  наплавки в верхнем положении  шва и деталей диаметром менее 40 мм из-за стекания наплавленного металла и трудности удержания флюса на поверхности детали;

сложность применения для деталей сложной конструкции, необходимость и определенная трудность удаления шлаковой корки; возможность возникновения трещин и образования пор в наплавленном металле.

Режим наплавки определяется силой тока, напряжением, скоростью наплавки, материалом электродной проволоки, ее диаметром и скоростью подачи, маркой флюса и перемещением электрода, шагом наплавки.

Силу тока определяют по таблицам или по формуле:

где d_э — диаметр электрода, мм.

При наплавке сварку обычно ведут постоянным током обратной полярности. Напряжение сварочной дуги задают в пределах 25...35 В, скорость наплавки составляет 20...25 м/ч, подачи проволоки — 75... 180 м/ч. Вылет электрода и шаг наплавки зависят от диаметра проволоки и определяются по формулам:

где — вылет электрода, мм;

        S — шаг наплавки, мм.

Схема дуговой  наплавки под флюсом цилиндрических деталей приведена на рис. 3. Деталь 5 устанавливают в патроне или центрах специально переоборудованного токарного станка, а наплавочный аппарат на его суппорте. Электродная проволока подается из кассеты 2 роликами подающего механизма наплавочного аппарата в зону горения электрической дуги. Движение электрода вдоль сварочного шва обеспечивается вращением детали, а по длине наплавленной поверхности продольным движением суппорта станка. Наплавка производится винтовыми валиками с взаимным их перекрытием примерно на 1/3. Сыпучий флюс 4, состоящий из отдельных мелких крупиц, в зону горения дуги поступает из бункера 3. Под воздействием высокой температуры часть флюса плавится (рис. 4), образуя вокруг дуги эластичную оболочку, которая надежно защищает расплавленный металл от действия кислорода и азота. После того как дуга переместилась, жидкий металл твердеет вместе с флюсом, образуя на наплавленной поверхности ломкую шлаковую корку. Флюс, который не расплавился, может быть снова использован. Электродная проволока подается с некоторым смещением от зенита «е» наплавляемой поверхности в сторону, противоположную вращению детали. Это предотвращает отекание жидкого металла сварочной ванны. Режимы наплавки устанавливаются в зависимости от диаметра наплавляемой поверхности детали и приведены в табл. 4