Rн = Rэ - Rэyn
(100)
где Rн - содержание
элемента я в наплавленном металле;
Rэ - содержание элемента я в электродном
металле:
y - доля основного металла в составе наплавленного
металла;
n - порядковый номер слоя.
Эта формула
справедлива при условии, что
данная примесь не окисляется
и не восстанавливается при
наплавке и поступает в наплавленный
металл только из электродного
металла.
Для того чтобы
наплавленный металл обладал
высокими служебными свойствами,
недостаточно только того, чтобы
он имел необходимые химический
состав и микроструктуру. Очень важно
также, чтобы в нем не было пор и трещин.
Поры образуются
главным образом вследствие растворения
водорода в жидком металле
в зоне высоких температур
и образования пузырьков водорода,
не успевших всплыть до завершения
кристаллизации наплавленного металла.
Водород, поступающий в зону
плавления, выделяется из влажного
флюса, из ржавчины, оказавшейся
на поверхности восстанавливаемой
детали, и электродной проволоки.
Водород может проникнуть в
зону плавления также и с
воздухом при плохой защите, например
при слишком крупных зернах
флюса. По этой же причине
поры возникают вследствие растворения
и выделения азота.
Чтобы предотвратить
образование пор в наплавленном
металле, применяют ряд мер.
Перед наплавкой
восстанавливаемые детали очищают
от ржавчины, масляных и других
загрязнений. Используют флюсы
неувлажненные и не загрязненные
маслом или другими органическими
веществами. Обеспечивают хорошую
защиту дуги от воздуха. Кроме
того, применяют некоторые специальные
меры. Уменьшая скорости охлаждения
расплавленного металла и скорости
перемещения электрода, облегчают
тем самым удаление газов из
зоны наплавки. Этому же способствует
и широкая, пологая форма ванны
(рис. 40, г), чего нельзя сказать
о более глубокой и узкой
форме ванны (рис. 40, в). Вводя в
дуговое пространство газы, нейтральные
по отношению к металлу, максимально
снижают содержание водорода
и азота.
Одной из действенных
мер, предупреждающих образование
пор в наплавляемом металле,
является создание таких условий,
при которых водород окажется
связанным в прочных химических
соединениях, стойких при 7000-8000°С
и нерастворимых в расплавленном металле.
Такими соединениями является, например,
гидроксил ОН и фтористый водород HF. Фтористый
водород - продукт взаимодействия водорода
с газообразным тетрафторидом кремния
(SiF 4) образующимся в процессе наплавки
при взаимодействии содержащихся в флюсе
фтористого кальция и кремнезема.
Трещины, возникающие
в наплавленном металле, делятся
на горячие и холодные. Горячие
трещины образуются в процессе кристаллизации
наплавленного металла. Склонность
к горячим трещинам при наплавке
деталей из углеродистой стали обусловливается
наличием в ней серы и углерода.
Марганец, образуя сульфиды, более
тугоплавкие, чем сульфиды железа, препятствует
образованию трещин.
Уменьшить опасность
возникновения трещин можно путем
ведения наплавки на малых
токах с минимальным проплавлением
основного металла детали. Другой
способ, позволяющий избежать горячих
трещин, - это предварительный подогрев
детали перед наплавкой. На
рис. 41 дан график, показывающий влияние
предварительного нагрева на
вероятность появления трещин
в зависимости от содержания
углерода в месте наплавки.
Холодные трещины
возникают под действием остаточных
напряжений (главным образом в
процессе охлаждения наплавленной
детали) вследствие низкой пластичности
и малого сопротивления отрыву
остываемого наплавленного металла.
Возникновение
холодных трещин предупреждают
путем сквозного прогрева всей
или большей части детали с
последующим медленным охлаждением.
Охлаждение производят тем медленнее,
чем больше масса восстанавливаемой
детали. Этим достигают плавного
и одновременного сокращения: наплавленного
слоя и детали. К флюсам, используемым
при автоматической наплавке, предъявляются
более жесткие требования в
части формирования наплавленного
металла, устойчивости горения
дуги и отделимости шлаковой
корки, чем к флюсам, применяемым
при автоматической сварке.
Выбор флюса
для наплавочных работ зависит
прежде всего от материала восстанавливаемой
детали. Для наплавки деталей из низко-
и среднеуглеродистой стали применяют
высококремнистые марганцевые флюсы марок
АН-348А и OCЦ-45; из легированной стали с небольшим
содержанием марганца - низкокремнистые
безмарганцевые флюсы марок АН-20 и АН-30;
из легированной стали с повышенным содержанием
марганца - низкокремнистый марганцевый
флюс марки АН-22.
Химический состав
наиболее часто применяемого
флюса АН-348А следующий (в %):
41-43,5 SiO2; 34,5-37,5МnO; 0,1-0,3 Mn2O3; 5,5-7,5 MgO; 3,5-5,5 CaF2;
до 3,0 AI2O3; до 5,5 СаO, до 0,12 Р, до 0,15 S.
Выбор марки
электродной проволоки производят
в зависимости от требований,
предъявляемых к восстанавливаемой
детали.
Состав металла,
наплавленного электродной проволокой
Св-08 и Св-15 (по ГОСТ 1246-54), близок
к составу малоуглеродистой стали.
Твердость этого металла не
превышает 170 нв. Такой металл не обеспечивает
достаточной износостойкости. Его твердость
и износостойкость могут быть заметно
повышены путем цементации и термообработки.
Получение наплавленного
слоя, по составу соответствующего
среднеуглеродистой стали, возможно,
если применяется предварительный
нагрев детали. При наплавке высокоуглеродистой
проволокой твердость наплавленного
металла не превышает 200-230 Нв.
Термообработкой она может быть повышена
до 450 Нв.
Однако при
наплавке такой проволокой возникают
трещины; для их предупреждения
необходимо применить подогрев
детали и облегченные режимы
наплавки; Все это усложняет процесс
восстановления детали. Поэтому
для повышения износостойкости
наплавленного металла лучше
легировать его не углеродом,
а хромом, кремнием, марганцем и
др. Повышенная твердость и износостойкость
получается при наплавке проволокой
марки Св-30ХГСА.
При наплавке
на сталь 45 твердость наплавленного
металла составляет примерно 300 Нв,
структура его сорбитная. Последующей
термообработкой твердость наплавленного
металла может быть повышена до 450-470 Нв.
Рекомендуется
применять электродную проволоку
(в мотках) нормальной точности
диаметром 3; 3,5; 4 и 5 мм. Поверхность
проволоки должна быть чистой,
без окалины, ржавчины, грязи и
масла.
В последнее
время вместо высоколегированных
сортов электродной проволоки,
предназначенных для получения
наплавок, обладающих очень большой
износостойкостью, применяют так
называемую порошковую проволоку.
Порошковая проволока представляет
собой трубчатую оболочку из
мягкой малоуглеродистой стали
08 или 10, плотно заполненную порошковой
шихтой, состоящей из смеси ферросплавов,
железного порошка, графита и
кремнефтористого натрия. Путем
подбора соответствующего состава
шихты можно в наплавленном
слое получить металл требуемых
состава и свойств.
Автоматическая
наплавка изношенных деталей
дает наибольший экономический
эффект в том случае, если она
механизирована.
Для механизированной
наплавки необходимо иметь наплавочный
станок, оснащенный сварочным автоматом,
и источник тока для питания
дуги. Наплавочный станoк для восстановления
цилиндрических деталей должен иметь
конструкцию, обеспечивающую вращение
детали с заданным числом оборотов и продольное
перемещение сварочного автомата, закрепленного
на суппорте станка, с заданной скоростью.
Такой станок может быть изготовлен путем
несложной переделки токарного станка.
На рис. 42, а
приведен общий вид токарного
станка, приспособленного для наплавочных
работ. Станок снабжен понизительным
редуктором 1 (с передаточным отношением
1 : 200) для шпинделя, вертикальным суппортом
2, флюсоприемником 3 и поддоном 4 для флюса.
Сварочная головка 5 (типа подающего механизма
полуавтомата ПШ-5 со снятым гибким шлангом)
укреплена на нижнем суппорте. Полуавтомат
питается постоянным током через сварочный
преобразователь ПС-500 или ПС-300. При восстановлении
цилиндрических деталей на станке металл
наплавляется непрерывно и располагается
по винтовой линии с определенным шагом
между наплавленными валиками. Толщина
наплавляемого металла регулируется путем
изменения режима наплавки и величины
продольной подачи суппорта.
Таким образом,
выбор режима механизированной
наплавки зависит от величины
износа детали. Наиболее эффективно
выполнять наплавку в один
проход. Восстановлению механизированной
наплавкой поддаются детали с
износом не менее 1 мм и диаметром
не менее 40 мм. Детали с меньшим
диаметром наплавлять на станке
трудно из-за стекания расплавленного
металла и шлака.
Цилиндрическая
деталь при непрерывной механизированной
наплавке нагревается равномерно,
поэтому ее деформация незначительна.
Схема процесса
непрерывной механизированной наплавки
плоских деталей показана на
рис. 42, б. Для придания наплавляемому
металлу определенной формы и
удержания флюса по краям восстанавливаемой
детали 1 укрепляют пластины 2 из
красной меди толщиной 5-8 мм. На
наплавляемую поверхность насыпают
слой флюса 3 толщиной 70-80 мм. После
возбуждения дуги электроду 4
придают поперечные возвратно-поступательные
перемещения по схеме, приведенной
на рис. 42, в, а восстанавливаемой
детали - продольное.