Разработка процесса востановления коленчатого вала Ваз 2108-09

      Покрытие  наносят ручными аппаратами ЭМ-3, ЭМ-9 и ЭМ-14 и станочными ЭМ-6, МЭС-1, ЭМ-12. Проволока подается в зону горения воздушной турбинкой в ручных аппаратах или электродвигателем в станочных.

      

      Рис. 2.6. Схема электродугового напыления:

      1 – деталь; 2 – поток расплавленных  частиц металла проволок; 3 – проволока.

      Помимо недостатков описанных  выше способов напыления данный способ (рис.2.6) не дает  высокой прочности сцепления покрытия с деталью. Наблюдается также  выгорание легирующих элементов напыляемого металла. Однако в отличие от предыдущих способов здесь  может быть использована проволока из легированных сталей, т.е. покрытие по своему составу не будет сильно отличаться от материала детали. 

      Дуговая наплавка под слоем  флюса.

      Суть  наплавки заключена в переносе металла  проволоки на восстанавливаемую  деталь при горении электрической дуги.

      Дуговая наплавка под слоем флюса значительно  более сложная как по подготовке поверхности, так и по самой технологии наплавки. Сущность наплавки заключается  в защите электрической дуги и  расплавленного металла от вредного влияния атмосферного воздуха слоем сварочного флюса.

      Сварочная дуга при дуговой наплавке под  флюсом (рис. 2.7) горит между электродом и деталью в газовом пузыре в оболочке из расплавленного флюса.

      

      Рис. 2.7. Схема дуговой наплавки под  слоем флюса:

      1 – флюс; 2 – электрод (проволока); 3 – деталь;

      Сварочная проволока, основной металл и  флюс  плавятся одновременно. Часть легирующих элементов при плавлении выгорает. Использование флюса уменьшает  разбрызгивание и угар металла, позволяет  применять токи большей плотности,  чем при ручной наплавке покрытыми электродами, замедляет процесс затвердевания металла, создает благоприятные условия для выхода газов из шва, уменьшает потери   тепла   сварочной дуги на     излучение и на нагрев потоков окружающего  воздуха.

      Флюсы применяют в процессе наплавки в виде зерен. Расплавленные флюсы взаимодействуют с оксидными пленками, обволакивают зону наплавки и изолируют ее от кислорода и азота  воздуха. Флюсы действуют как химические реагенты, образуя с оксидами легкие химические    соединения с низкой температурой плавления. Образовавшиеся шлаки всплывают на поверхность расплавленного металла.

      Различают виды наплавки под слоем флюса:

        Однослойная наплавка под флюсом.

     Для наплавки применяли проволоку разных марок, в том числе пружинную 2 класса ГОСТ 1071-81, ОВС, НП-ЗОХГСА, Св-08, Св-10Х13, Св-12ГС ГОСТ 792-67 и другие. Наплавку производили под флюсами

АН-348А, ОСЦ-45, АН-15, АН-20 ГОСТ 9087-81 без примешивания и с примешиванием к флюсу графита, феррохрома, ферромарганца, ферромолибдена, алюминиевого порошка и других компонентов для получения наплавленного металла мартенситной структуры с твердостью HCR 56-62 без пор и трещин. Наплавку производили при разном шаге, прямой и обратной полярности, разных напряжений дуги и индуктивности сварочной цепи, скорости подачи электродной проволоки и вращения детали. Все разновидности однослойной наплавки под флюсом не дали положительных результатов. Наплавленный металл имел неоднородную структуру и твердость, содержал поры, трещины и шлаковые включения.

      Двухслойная наплавка проволокой Св-08 под легирующим слоем флюса

      Лучшие  результаты из многочисленных вариантов двухслойной наплавки получаются при использовании малоуглеродистой проволоки Св-08 диаметром 1,6 мм и легирующего флюса АН-348А (2,5 части графита, 2 части феррохрома №6 и 0,25 частей жидкого стекла). Металл первого слоя имеет аустенитное строение и твердость HRC 35-38. Второй слой имеет мартенситное строение и твердость HRC 56-62 и содержит небольшое количество пор.

      Недостатком этого способа наплавки является образование большого количества трещин в наплавленном слое, вызывающих повышенный износ сопряженных вкладышей. Усталостная прочность чугунных коленчатых валов двигателей, восстановленных двухслойной наплавкой под легирующим флюсом, снижается на 26-28 %. Сильный нагрев вала также является существенным недостатком данного способа, практически не позволяющем использовать его для валов двигателей. 

Вибродуговая  наплавка.

      Устранить перегрев вала позволяет вибродуговая наплавка. Она отличается тем, что электродная проволока совершает колебания относительно детали с частотой 50…100 Гц и амплитудой 1…3 мм

с периодическим  касанием наплавляемой поверхности. В  зону наплавки подают охлаждающую жидкость.

      Вибрация  электродной проволоки обеспечивает чередование короткого замыкания, горение дуги и холостого хода. Электрод и деталь оплавляются за счет дугового разряда. Перенос металла, образующегося в виде капли на конце электрода в период горения дуги, Происходит преимущественно во время короткого замыкания. Возникновение дугового разряда при разрыве сварочной цепи способствует использование энергии электродвижущей силы самоиндукции, которая совпадает по направлению с напряжением источника тока.

      

      На (рис. 2.8) показана принципиальная схема  вибродуговой установки с электромеханическим вибратором.

      Рис. 2.8. Схема установки для вибродуговой наплавки:

      1 – насос; 2 – бак; 3 – деталь; 4 –  мундштук; 5 – механизм подачи; 6 –  кассета; 7 – вибратор; 8 – реостат; 9 – дроссель.

      Деталь 3, подлежащая наплавке, устанавливается в центрах токарного станка. На суппорте станка монтируется наплавочная головка (ОКС-6569 или ОКС-1252), состоящая из механизма 5 подачи проволоки с кассетой 6, электромагнитного вибратора 7 с мундштуком 4. Для питания дуги используют источники постоянного тока с жесткой внешней характеристикой (генераторы АНД-500/250, выпрямители ВС-300 и ВС-600, преобразователи ПД-305 и ПСГ-500).

      К наплавляемой поверхности детали, которая  вращается в центрах токарного  станка, роликами подающего механизма  из кассеты через вибрирующий мундштук подается электродная проволока. Из-за колебаний мундштука, вызываемых эксцентриковым механизмом, проволока периодически прикасается к поверхности детали и расплавляется под действием импульсных электрических разрядов, поступающих от генератора. Вибратор создает колебания конца электрода с частотой 110 Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8-3,2 мм), обеспечивая размыкание и замыкание сварочной цепи. При периодическом замыкании электродной проволоки и детали происходит перенос металла с электрода на деталь. Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность процесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подачи электродной проволоки небольшими порциями,  что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков.

      Электроснабжение  установки осуществляется от источника  тока напряжением 24 В. Последовательно  с ним включен дроссель 9 низкой частоты, который стабилизирует  силу сварочного тока. Реостат 8 служит для регулировки силы тока в цепи. В зону наплавки при помощи насоса 1 из бака 2 подается охлаждающая жидкость (4…6%-ный раствор кальцинированной соды в воде), которая защищает металл от окисления.

      Качество  соединения наплавляемого металла  с основным зависит от полярности тока, шага наплавки, угла подвода электрода к детали, качества очистки и  подготовки поверхности, подлежащей наплавлению, толщины слоя наплавки и др.

      Высокое качество наплавки получают при токе обратной полярности («+» на электроде, «-« на детали), шаге наплавки 2,3…2,8 мм/об и угле подвода проволоки к детали 15…30⁰. Скорость подачи проволоки не должна превышать 1,65 м/мин, а скорость наплавки – 0,5…0,65 м/мин.

      Структура и твердость наплавленного слоя зависят от химического состава  электродной проволоки и количества охлаждающей жидкости.  Если при наплавке используется проволока Нп-80, то валик в охлаждающей жидкости закаляется до высокой твердости (26…55 HRC).

      Вибродуговая  наплавка под слоем флюса имеет  ряд преимуществ: дает возможность  наплавлять металл только на изношенную часть, что уменьшает трудоемкость последующей механической обработки; получать наплавленный слой без пор и трещин.

      Для вибродуговой наплавки под слоем  флюса можно применять проволоки  марки Нп-80 и флюса АН-348А твердость  наплавленного слоя составляет  36-38 HRC. Для увеличения твердости наплавленного слоя до 52-54 HRC к флюсу добавляют по 2% феррохрома и серебристого графита.

      Недостатком вибродуговой наплавки является  уменьшение  до 30% сопротивление усталости наплавленных деталей. Этот показатель можно улучшить термообработкой. При нагреве детали до 150-200⁰С усадка уменьшается на 15-20% и на столько же повышается сопротивление усталости. Термообработка повышает сопротивление усталости до 80% (по сравнению с сопротивлением усталости новой детали). 

      Наплавка порошковой проволокой.

      Дуговая наплавка проводится порошковой проволокой (рис. 2.9), содержащей легирующие добавки, обеспечивающие с одной стороны,

Рис. 2.9. Схема наплавки порошковой проволокой:

2 – электрод  проволока; 3 – деталь; 5 – ролики  подачи проволоки.

высокие механические свойства покрытия (твердость  и прочность сцепления), а с  другой защиту металла от окисления  при наплавке.

Используют  два типа порошковой проволоки: для  наплавки под флюсом и для наплавки открытой дугой без дополнительной защиты. Режимы наплавки принимаются в зависимости от марки проволоки и диаметра детали. Разбрызгивание электродного материала во время наплавки порошковой проволокой уменьшается при применение постоянного тока низкого напряжения (20-21 В) от источника питания с жесткой внешней характеристикой.

      Порошковые  проволоки марок ПП-АН122 и ПП-АН128 при наплавке открытой дугой имеют  по физико-механическим свойствам наплавленного  металла и технологичности некоторые  преимущества перед другими материалами: можно увеличить силу тока, т.е. производительность процесса в два раза и более; отпадает операция отделения шлаковой корки от детали после наплавки; наплавленный металл имеет структуру мартенсита и твердость HRC 56-60.

      Существенным  недостатком этого способа наплавки является сильный нагрев и деформация вала, образование пор, раковин и трещин в наплавленном слое. Износостойкость наплавленных шеек находится на уровне не наплавленных. Усталостная прочность восстановленных чугунных коленчатых валов снижается на 44%. В связи с выше перечисленными недостатками этот способ восстановления чугунных коленчатых валов рекомендовать нельзя. 

     Наплавка  в среде углекислого  газа.

     Этот  способ восстановления деталей отличается от наплавки под флюсом тем, что в  качестве защитной среды используется углекислый газ.

     Сущность  способа наплавки в среде углекислого  газа (рис. 2.10) заключается в том, что электродная проволока из кассеты непрерывно подается в зону сварки. Ток к электродной проволоки  подводится через мундштук и наконечник, расположенной внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл электрода и детали перемещается.

     

     Рис. 2.10. Схема наплавки в среде углекислого  газа:

     1 – мундштук; 2 – электродная проволока; 3 – горелка; 4 – наконечник; 5 –  сопло горелки; 6 – электрическая  дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный металл; 9 – наплавляемая деталь.

     В зону горения дуги под давлением 0,05...0,2 Мпа по трубке подается углекислый газ, который, вытесняя воздух, защищает расплавленный металл от вредного воздействия  кислорода и азота воздуха.

     К достоинствам способа относятся  – меньший нагрев детали; возможность  наплавки при любом пространственном положении детали; возможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм;

     К недостаткам способа можно отнести  – повышенное разбрызгивание металла (5...10 %), необходимость применения легированной проволоки для получения наплавленного металла с требуемыми свойствами, открытое световое излучение дуги. 

      Плазменная   наплавка. 

      Характеризуется использованием высокотемпературной  плазменной струи (рис. 2.11.). Наплавляемый материал подают в плазменную струю. Плазменная струя представляет собой частично или полностью ионизированный газ, обладающая свойствами электропроводности и имеющая высокую температуру.