Электроконтактная наплавка (стр. 2 из 6)

Сплошной слой металла, как и при наплавке по первым двум схемам, образуется за счет перекрытия по ширине соседних витков спиралевидного валика, что обеспечивается соответствующей скоростью перемещения роликов относительно вращающейся детали.

Двухточечная технологическая схема позволяет повысить производительность наплавки на 70–80%.

Однако при наплавке по этой схеме тепловыделение происходит на небольшом участке металла основы. Поэтому двухточечную технологическую схему целесообразно применять для наплавки массивных деталей, к которым не предъявляется жестких требований по допустимому термическому влиянию, а вероятность температурной деформации мала [7].

Рис. 5. Двухточечная схема наплавки:

1 – прерыватель тока; 2 – трансформатор; 3 – кулачки патрона базового станка; 4 и 4' – наплавляющие ролики; 5 – наплавленный металл; 6–металл основы.

Схема электроконтактной наплавки в высаженную канавку (метод Б. М. Аскинази.). Одним из существенных недостатков всех способов наплавки является снижение усталостной прочности наплавленных деталей вследствие разупрочнения наплавленного металла в месте нахлеста спиралевидных валиков. В этой зоне происходит повторный отжиг при наложении очередного валика металла и снижение твердости металла. Здесь наблюдается наибольшее количество дефектов металлургического происхождения.

Рис. 6. Схема наплавки в высаженную канавку:

а – схема электромеханической высадки: б – схема электроконтактной наплавки; 1 – деталь; 2 –высаженная канавка; 3 – высаживающая пластина; 4 – прерыватель тока; 5 – наплавленный валик присадочного металла; 6 – наплавляющий ролик

Таким образом, при наплавке металла спиралевидными перекрывающимися валиками снижение усталостной прочности неизбежно.

Восстановление размеров изношенной детали (например, увеличение диаметра шейки вала) наплавкой без перекрытия валиков оказалось возможным в сочетании с другим способом восстановления – электромеханической высадкой.

Технология восстановления предусматривает предварительную электромеханическую высадку спиральной канавки на поверхности изношенной шейки вала (рис. 6,а) и последующую наплавку дополнительного металла в образовавшуюся канавку (рис. 6,б) электроконтактным способом. При этом валики присадочного металла разделяются высаженным металлом детали. Наплавлять металл в высаженную канавку целесообразно импульсами тока с модулированным фронтом, так как при наплавке прямоугольными импульсами тока (рис. 7,а) его значение в момент включения равно номинальному, а площадь контакта круглой присадочной проволоки со стенками канавки минимальна.

Затем участок присадочной проволоки, находящейся под наплавляющим роликом, деформируется, заполняя канавку. Соответственно деформации растет площадь контакта присадка – металл основы. Однако при этом значение тока остается постоянным, а следовательно, плотность тока уменьшается пропорционально площади контакта. По такому же закону распределяется и температура по площади контакта, что не обеспечивает одинаковых условий соединения металлов. Цель модуляции фронта импульса – обеспечить постоянную плотность тока в контакте деформирующейся присадочной проволоки со стенками высаженной канавки.

Время нарастания тока до номинального значения t_М (рис. 7,6) примерно равно времени деформации присадочной проволоки до заполнения всего сечения канавки.

Рис. 7. Схема нагрева и деформации присадочной проволоки прямоугольным импульсом тока (а) и импульсом тока с модулированным фронтом (б)

При наплавке высаженной канавки на образце из стали 45 диаметром 50 мм проволокой из стали 45 диаметром 1,8 мм оптимальным является следующий режим: сила тока наплавки 11 кА; давление на наплавляющий электрод 80 кгс; длительность импульса 0,06 с; длительность модуляции 0,04 с; длительность пауз между импульсами 0,24 с; число оборотов детали 9 об/мин. Прочность соединения наплавленного валика с основой в этом случае составляет 55–60 кгс/мм². Технологическая схема электроконтактной наплавки в высаженную канавку обеспечивает технико-экономический эффект, выражающийся в увеличении срока службы восстановленных деталей, работающих в цикличном или знакопеременном режиме нагружения, ввиду незначительного снижения их усталостной прочности [7]. Наиболее слабое место в технологии ЭКН проволоки (рис. 8) – обеспечение удовлетворительного качества соединения боковых поверхностей проволок 1 между собой. Кроме того, в корневой части этого соединения в месте контакта проволок 1 с деталью 2 могут образовываться пустоты, служащие концентраторами напряжений и источниками коррозионного разрушения.

В зависимости от режимов наварки и используемых материалов процесс образования сварного соединения может происходить с расплавлением контактной зоны и образованием литого ядра или без расплавления. В связи с этим и получение сварного соединения может происходить как в жидкой, так и в твердой фазе.

Рис. 8 Формирование соединения при традиционном способе ЭКН проволоки

Рис. 9 Схема пластической деформации ЭКН по способу КПИ

Образование литого ядра обеспечивает надежное соединение однородных материалов с измельчением, растворением и перемешиванием поверхностных оксидов и загрязнений в образованной ванне, но связано с увеличением ЗТВ в металле основы. Поэтому более рациональной представляется схема наварки, предусматривающая получение сварного соединения в твердой фазе.

При наваривании проволоки на цилиндрическую деталь по спирали в месте контакта второго и последующих витков с ранее наваренными, вытесненный предыдущей проволокой металл основы становится препятствием для образования сварного соединения между боковыми поверхностями проволок.. Вытекшие с металлом основы поверхностные оксиды из зоны контакта проволоки и детали остаются между боковыми поверхностями проволок, что значительно снижает качество наваренного слоя. Одним из путей устранения этого недостатка является создание в зоне соединения (рис. 9) таких температурно-деформационных условий, при которых металл основы 2 вытеснялся бы между проволоками 1 на поверхность. Для решения этой проблемы на кафедре электросварочных установок НТУУ «КПИ» был предложен способ ЭКН проволоки и разработано оборудование для его осуществления [1]. Сущность данного способа заключается в одновременной подаче под электрод пакета из нескольких проволок (рис 9), расположенных на некотором расстоянии одна от другой, и приваривания их одним импульсом сварочного тока. При этом сохраняются температурно–деформационные условия системы деталь–присадка, а одновременная приварка нескольких проволок в ряд обеспечивает вытеснение пластичного металла детали между проволоками на их поверхность. Этот способ может рассматриваться как развитие известного способа наварки проволоки в высаженную канавку согласно методу Б. М. Аскинази. Однако способ КПИ предполагает совмещение по времени и энерговложению операций высаживания канавки и приварку проволоки.

Недостатками способа ЭКН сварочной проволокой является ограниченная износостойкость наносимого покрытия, так как не все материалы можно изготовить в виде сплошной проволоки или прутка. Дальнейшее увеличение износостойкости наносимого покрытия при одновременном сокращении расхода легирующих элементов возможно только при широком использовании композиционных порошковых материалов.

Наварка порошковых материалов. Использование свободных порошков позволяет готовить широкую гамму композиций различных технологических и эксплуатационных свойств, имея в наличии небольшую номенклатуру порошков матричных, технологических и упрочняющих материалов. Наварку производят сухими порошками со свободной их подачей под сварочные ролики.

Технологические варианты наплавки

При упрочнении плоских поверхностей длинномерных деталей основной технологической схемой является прокатка порошкового слоя роликовым электродом (рис. 10). Токоподвод может осуществляться либо непосредственно через деталь (рис. 10, а), либо с помощью дополнительного роликового электрода (рис. 10, б). По схеме рис. 10, а может происходить выброс ферромагнитного порошка из зоны припекания, в результате чего покрытие формируется с большим количеством пор, наплывами, а коэффициент использования порошка не превышает 0,8. Выброс порошка и снижение качества покрытия обусловлены влиянием электродинамических сил, возникающих в результате взаимодействия электрического тока, проходящего по детали, и его магнитного поля с током, проходящим через электрод и слой порошка, и его магнитным полем. При осуществлении процесса по схеме рис. 10, б такого явления не наблюдается.

Для уменьшения износа электрода, а также для устранения налипания порошковых материалов на контактную поверхность роликового электрода между последними и порошковым слоем целесообразно вводить технологическую медную или латунную ленту толщиной 0,1–0,2 мм (рис. 10, в). При нанесении твердосплавных металлических порошков, когда требуется приложение к слою значительных давлений (DР>О,7 МН/м), возможен токоподвод непосредственно через технологическую прокладку. Верхний ролик выполняется из жаропрочной стали.