Наплавка металла: виды и способы
- Особенности технологии наплавки
- Методы наплавки металла
- Виды наплавки металла по деталям
- Применяемое оборудование
- Расход материалов
- Электроды для наплавки
Наплавка металла электродом - что это такое? Это одна из наиболее часто применяемых на практике технологий обработки заготовок. Сегодня мы обратим на нее внимание. Рассмотрим, какими способами проводится, что за детали можно восстанавливать теми или иными ее методами. Информация нужна, чтобы вы понимали важность станков, ее выполняющих, и могли выбрать оборудование, лучше всего подходящее для решения конкретно ваших задач.
Сразу отметим, зачем нужна такая работа:
- для возврата исходного качества уже изношенной поверхности;
- для утолщения и упрочнения рабочих плоскостей;
- для создания биметаллических структур – пар с медью, чугуном, бронзой или с хромом, кобальтом, никелем.
При правильном подборе материалов и строгом соблюдении техпроцесса удается обеспечить готовому изделию необходимые физико-химические характеристики.
По своей сути, наплавка – это разновидность сварки, потому что принципы их проведения во многом сходны. Отличие в используемых инструментах и решаемых задачах. Если в первом случае, как правило, нужно добиться прочного сцепления двух соединяемых деталей или устранить повреждение, то во втором зачастую еще и необходимо определенным образом изменить состав основного слоя, придать ему новые свойства.
При этом оба вида работ настолько актуальны, что для их проведения создают и совершенствуют специальные станки. Передовые мобильные наплавочные станки представлены у целого ряда производителей, например, у ижевского завода «Сармат»: НК450 и НК750, а также у расточных комплексов РНК и РНК-2. Они отличаются надежностью, удобной скоростью подачи, широким диапазоном регулировки. Также они мобильны, что расширяет сферу их применения.
Особенности технологии наплавки
Как процесс, она представляет собой нанесение предварительно расплавленного металла на поверхность элемента – равномерно, узкими полосками, так, чтобы два материала надежно сцепились в сплошной слой. Толщина последнего зависит от того, для чего предназначено покрытие: защитное может быть тонким и составлять десятые доли мм, а восстанавливающее – доходить до 10 мм. Важно, чтобы сохранялся запас, достаточный для последующей расточки или фрезерования заготовки.
Также необходимо соблюдать следующие требования:
- как можно меньше проплавлять саму деталь;
- минимизировать деформации и остаточные напряжения на участке стыка;
- по максимуму понижать припуски, оставляя их приемлемыми.
Методы наплавки металла
Важно выбрать способ, который будет достаточно простым, быстрым и безопасным в реализации и при этом обеспечит качество соединения, предотвращая возможную деформацию. Понимая это, мы предлагаем вашему вниманию только актуальные варианты с экономичным расходом материала, энергии, трудовых затрат. Большинство из них предназначены для работы со стальными деталями, на поверхность которых необходимо нанести покрытие из цветмета. Рассмотрим каждый – с его характерными особенностями, преимуществами, недостатками (если они есть), применяемым оборудованием – чтобы вы могли сделать выбор.
Электродуговая наплавка
Может быть двух видов:
- Ручная – используются обычные инверторы и выпрямители, минус которых заведен на заготовку, а плюс – на электрод. Такая сборка, несмотря на свою простоту, эффективно снижает общий нагрев и неглубоко проплавляет основной слой. При добавлении смеси-присадки можно равномерно упрочнить обрабатываемую поверхность.
- Механизированная. Работа производится с помощью сварочных полуавтоматов, подающих сплошную или порошковую проволоку, позволяя работать под флюсом. Среди достоинств – высокая производительность и отличное качество стыка: если аккуратно зачистить участок прямошлифовальной машинкой и подогреть его, шов получится идеально ровным.
Вибродуговой метод наплавления с применением проволоки
Позволяет наносить цветные металлы тонким слоем (до 1 мм), практически не нагревая при этом основное покрытие. В течение непрерывного процесса электрод с амплитудой 0,3-3 мм и частотой до 100 Гц совершает колебания по направлению к оси. Таким образом он создает дугу на протяжении 1/5 от общего времени технологического цикла и переносящую на рабочую поверхность малый объем цветмета. Результат – качественный стык без глубокого провара и негативного теплового воздействия.
Выполняется полуавтоматами, снабженными электромеханикой с прерывистой подачей проволоки диаметром 1,6-2 мм. Проводить работы необходимо в защитной среде, состоящей из водного раствора, безопасного газа или пены.
Газопламенная (газовая) наплавка
Наиболее простой, а значит и традиционно используемый, доступный метод обработки, обладающий следующими особенностями:
- пропан-бутановая смесь или горящий ацетилен в качестве источника тепла;
- проволока или прутки (подаваемые вручную или механизированным путем) в роли присадки;
- смесь на базе борной кислоты или буры для флюсов.
При этом мелкие детали приваривают сразу, а крупные – предварительно разогревают до температуры 500 0С и выше. Также полезными добавками могут быть порошковые смеси, их тоже допустимо вводить, направляя в струю пламени, чтобы они мелкими каплями оседали на рабочей поверхности.
Выполняется на плазмотронах – специальных аппаратах для сварки, оборудованных мощной горелкой, активное вещество в которой достигает нескольких тысяч градусов по Цельсию.
Естественно, в таком случае нужно обезопаситься от любых контактов, поэтому присадки подаются только механизированным путем. В их роли, кстати, могут выступать как гранулированные, так и более традиционные порошковые составы.
Объективные преимущества – неглубокий провар и однородная структура получающегося стыковочного слоя. Минусом можно считать относительную дороговизну плазмы и тот факт, что она разогревается до таких серьезных температур.
Электрошлаковая наплавка
Представляет собой термический процесс, в ходе которого:
- полезная добавка доходит до нужной вязкости в шлаковой ванне – емкости с катализатором, передвигаемой вдоль заготовки;
- в этот резервуар помещается электрод или гранулированный присадочный состав;
- осуществляется повышение температуры, причем под флюсом и шлаком, которые становятся своеобразным защитным слоем, предохраняющим рабочий участок от вредного воздействия газа.
Ванна расположена вертикально – чтобы воздушные пузырьки сразу всплывали и не образовывали пор. Разбрызгивания и потерь тепла тоже нет (из-за образующегося на третьем шаге буфера) – это очень экономичный вариант. Единственный минус в том, что он сравнительно трудоемок и слабо подходит для деталей со сложной конфигурацией и/или малым размером.
Лазерная наплавка поверхности металла
У этого способа тот же принцип, что и у плазменного или газового. Состав присадки тот же, есть порошок и флюс, разница только в доведении ее до нужной вязкости – это осуществляется при помощи узконаправленного излучения. Его испускает специальная головка, у которой также есть:
- сопло – в нем нагревается поток газа;
- инжектор – он впрыскивает полезную добавку.
Это вариант с максимальной точностью результата, отличающийся стабильным качеством получаемого покрытия, но он и наиболее дорог в использовании, поэтому актуален в самых ответственных случаях, например, при производстве функциональных узлов прецизионного оборудования.
Индукционный метод наплавления
Реализуется по следующей схеме:
- цветмет вместе с флюсом наносится на рабочий участок;
- над ними располагают медную трубку в несколько витков – индуктор – и напряжение с высокой частотой;
- возникают вихревые токи, сваривающие основу и присадку в единое целое.
Налицо впечатляющая производительность при достаточно небольшом нагреве.
Электроискровая наплавка
Технология основана на воздействии кратковременных разрядов тока и позволяет наносить ультратонкие покрытия (толщиной буквально в несколько мкм). Претворяется в жизнь на специальной установке с осциллятором. Заготовку в ней заводят на минус, электрод – на плюс. При разрядах частицы материала вырываются и свариваются в плотный мелкопористый шов.
Вариант сравнительно недорогой и удобен тем, что нагрев поверхности практически отсутствует – изменения структуры или деформации попросту нет, даже окисления не наблюдается. Это максимизирует срок службы обработанного изделия.
Виды наплавки металла по деталям
Есть настолько распространенные части механизмов, что унифицированным стал не только их выпуск, но даже ремонт. Специфику их восстановления мы и рассмотрим ниже.
Шестерня зубьев
Актуальна, когда ломается не больше 2 подряд идущих резцов. В этом случае нужно:
- вырезать дефективные элементы;
- просверлить пару отверстий в получившемся зазоре и сделать резьбу;
- изготовить шпильки и ввернуть их в посадочные места;
- наплавить электросваркой металл и сформировать из него зуб.
Также допустимо использовать специальные электроды – ОЗН-300 или их аналоги. Важно хорошо очистить шестеренку перед выполнением работ.
Если из строя вышло сразу несколько резцов, можно попытаться восстановить их изношенные стороны с помощью Сормайта, приварив его с применением ЦС-1 или ЦС-2. Место стыка затем нужно отшлифовать. Еще один вариант – сталинит, размягчать который следует при постоянном обратном токе, а наносить – с бурой в роли флюса, слоем в 3-4 мм. Если необходимо отремонтировать торцы зубьев, сделать это лучше автоматическим путем, с порошковой проволокой в качестве присадки.
Рельсовые концы
Элементы железнодорожного полотна неизбежно деформируются под воздействием ударных нагрузок от ЖД-транспорта. Поэтому им требуется возвращать исходную геометрию, и сделать это можно несколькими способами:
- Вручную, дуговой сваркой – с использованием штучных К-2-55 или ОЗН-330, с наложением валиков поперек, вдоль или диагонально. Ширина стыка зависит от силы тока, сечения стержня и других сопутствующих факторов.
- Полуавтоматически, электродуговым методом: в данном случае наплавленный металл – это порошковая самозащитная проволока. Это самый производительный и стабильный вариант из трех, но требующий наличия определенного оборудования.
- Пучком – начиная с торца, с отступом, возбуждая дугу по внутренней стороне. Кратер заделывается при стыковке концов валиков (с перекрытием в 15-20% ширины).
Что бы вы ни выбрали, нужно провести обработку правильно, то есть измерить дефект, подготовить станок, зашлифовать место и подогреть его, выполнить основную работу, дождаться естественного остывания и зачистить абразивом для достижения необходимой гладкости.
Цилиндры и плоскости
Восстановление деталей наплавкой в этом случае можно выполнять одним из двух способов:
- Электродами с обмазкой – валиками, либо продольно, либо вкруговую, либо по винтовой линии. Первый вариант подходит для длинных, но малых в диаметре элементов, второй подразумевает постоянные повороты заготовки, третий – ее равномерное вращение.
- Автоматически под флюсом – таким образом получается прочное покрытие, особенно если использовать качественную порошковую проволоку или ленту. Наносить присадку можно как по оси, так и по спирали.
Под плоскостями подразумеваются простые поверхности большой площади. Их ремонтируют при помощи узких валиков, располагая каждый так, чтобы он перекрывал предыдущий на 30-40% ширины и своевременно удалял шлак. Еще один вариант – напайка в несколько слоев, с сообщением электродному пучку (ленте) нужного размаха поперечных колебаний. Во втором случае нет корки.
Металлорежущий инструмент и штампы
Здесь актуальна дуговая сварка:
- ручная – с применением ОЗИ-3, 5 или 6, или ЦИ-1М, или ЦС-1;
- полуавтоматическая или полностью механизированная – с использованием легированной проволоки, паст, флюсов.
Детали, работающие на истирание как под ударными нагрузками, так и без них
Если какое-то изделие эксплуатируется очень интенсивно и испытывает значительные физические воздействия, рекомендуется использовать следующие электроды:
- ОМГ-Н – полностью соответствует ГОСТам;
- ОЗН (7М, 300М, 400М) – поверхность будет отличаться твердостью, стойкостью к износу и трещинам;
- ЦНИИН-4 – доступный, популярный, недорогой;
- Т-590, Т-620 – дают повышенную прочность, покрывая особым ферро-слоем.
Нержавеющая сталь
В данном случае лучшие материалы для наплавки – стержни из высоколегированной проволоки серии ЦН (6Л или 12М-67). Полученный благодаря им стык обладает антикоррозионными свойствами и не станет собирать задиры – очень удобное решение для арматуры. Возможно, придется проводить предварительный прогрев и дальнейшую термообработку.
Чугун и его сплавы
Здесь популярны следующие варианты электродов:
- ОЗЧ-2 – для серых и ковких сортов;
- ЦЧ-4 – легко зажигаются, стабильно горят, обеспечивают малое разбрызгивание;
- ОЗЖН (1 и 2) – для высокопрочных марок;
- МНЧ-2 – делают стык плотным и аккуратным после чистовой обработки.
Медь и ее сплавы (бронза)
В этом случае актуальны прутки, состав которых сходен с основным материалом, или стержни серии Комсомолец-100. Рекомендован нагрев до 300-500 градусов Цельсия и проковка, если температура превысит этот показатель.
При использовании бронзы хорошо себя показывают ОЗБ-2М: они дают высокую износостойкость. Работу нужно проводить под постоянным током с обратной полярностью.
Алюминий и материалы на его основе
Наиболее востребован дуговой способ наплавки металла – электродами ОЗА (дают антикоррозионные свойства), УАНА или ОЗАНА (не позволяют образоваться оксидной пленке).
Чтобы упростить регулировку структуры, берут порошковые стержни, потому что они повышают практические характеристики готового покрытия.
Применяемое оборудование
Эту нишу занимают станки, которые отличаются от сварочных установок наличием дополнительных устройств, подающих и распределяющих присадки. Они могут обеспечивать нанесение прутками, проволокой, через сопло, поддерживать функцию центробежного распределения или спиральной укладки.
В качестве примера можно привести модели ижевского производителя «Сармат»: НК450 и НК750 осуществляют восстановление отверстий наплавкой, подходят как для плоских заготовок, так и для сложных форм или тел вращения. Отличаются мобильностью, высокой производительностью и точностью, возможностью регулировки скорости.
Расход материалов
Его нужно уметь рассчитывать, чтобы определить стоимость готовой детали (или партии). Зная, сколько расходников понадобится, вы сможете обеспечить непрерывный производственный процесс.
При сварке этот показатель берется на 1 м шва. Следует воспользоваться формулой:
G = F x L x y, где:
- F – площадь сечения стыка, мм2;
- L – длина созданного покрытия;
- y – удельная масса выбранной присадки, г/см3.
Расход стержней тоже необходимо учитывать, но сделать это проще, ведь этот показатель для каждой марки стабилен и составляет 1,4-1,8 кг на 1 кг присадки.
Электроды для наплавки
Сегодня, в силу актуальности, существует огромное их разнообразие как от российских заводов-изготовителей, так и от зарубежных брендов. В числе наиболее ходовых вариантов: серии ЛЭЗ, СЗСМ, СпецЭлекторд (Москва, Волгодонск), Lincoln Electric ESAB и другие. Можно без труда выбрать наиболее подходящие стержни для создания нужного покрытия.
Теперь вы знаете, чем дуговая сварка отличается от плазменной или газопламенной, и в каких случаях стоит отдать предпочтение первой, второй или третьей. Также мы постарались как можно более подробно осветить вопросы восстановления деталей, наплавки металла электродами, технологии создания прочных стыков на стали, чугуне, алюминии. Мы позаботились о том, чтобы у вас была вся информация для работы на качественных станках вроде НК450 и НК750 от завода «Сармат».
