Износостойкие наплавочные материалы Lincoln electric - классификация, характеристики, применение

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Общие сведения об износостойкой наплавке

Из-за износа деталей ежегодные убытки в промышленности всех стран мира составляют многие миллиарды долларов, поскольку при остановках оборудования (связанных с его ремонтом) выпуск продукции на предприятии снижается. В процессе эксплуатации изделия подвергаются следующим видам износа:

1.1. Износ типа «металл по металлу» - при трении качения и скольжения деталей относительно друг друга с недостаточным количеством смазки или совсем без нее.

1.2. Ударный износ - при воздействии ударных или сжимающих нагрузок, приводящих к смятию и растрескиванию рабочих поверхностей.

1.3. Совместный ударно-абразивный износ - при воздействии ударных нагрузок и режущего действия скользящих по инструменту твердых частиц, что приводит к выкрашиванию, растрескиванию и стачиванию рабочих поверхностей.

1.4. Интенсивный абразивный износ - в результате воздействия сыпучих материалов, приводящего к стачиванию и эрозии рабочей поверхности. Его разновидностью является износ типа «металл по земле», встречающийся у оборудования, используемого при землеройных работах. Также разновидностью его можно считать эрозионный износ при воздействии на рабочую поверхность запыленного газового потока.

1.5. Коррозионный износ - в результате коррозионного воздействия окружающей среды, а также вследствие окисления при повышенных температурах.

1.6. Кавитационный износ - имеет место в гидравлических системах.

На практике обычно реальный износ является результатом комбинированного воздействия нескольких указанных выше видов износа, причем почти всегда один из них превалирует. Для противостояния износу рабочие поверхности необходимо упрочнять. Один из наиболее эффективных способов упрочнения - электродуговая наплавка. Это недорогой метод продления срока службы металлических изделий нанесением на их поверхность защитного слоя. Он применяется не только для ремонта изношенных элементов конструкции, но и для придания особых свойств поверхностям новых изделий перед вводом их в эксплуатацию. Помимо увеличения срока эксплуатации изделий, метод наплавки имеет и другие достоинства:

* Сокращается количество запасных частей эксплуатируемого оборудования.

* Увеличивается эффективность эксплуатации оборудования в связи с сокращением времени его простоя.

* Основная часть (основа) детали может быть выполнена из дешевой низколегированной стали.

* Снижаются расходы на обслуживание оборудования.

2. Классификация процессов наплавки

Ручная наплавка штучными электродами.

Рекомендуется для наплавки на единичные изделия сложной формы. К достоинствам относится возможность наплавки практически любого состава. Кроме того, наплавка может проводиться во всех пространственных положениях, а используемое оборудование относительно несложное и недорогое. Последние два обстоятельства позволяют осуществлять наплавку даже в полевых условиях без трудоемкой разборки и последующей сборки сложных и громоздких агрегатов.

К недостаткам относится низкая производительность (2 - 4 кг/час) и вследствие этого повышенная стоимость работ. Количество работы в значительной степени зависит от квалификации сварщика.

Автоматическая наплавка проволокой под флюсом.

По этому процессу наплавка выполняется либо порошковой проволокой под нейтральным флюсом, либо проволокой сплошного сечения под легирующим флюсом. Второй способ менее распространен и здесь рассматриваться не будет.

Рекомендуется для массового использования наплавленных изделий простой формы. Преимуществами являются отсутствие излучения и разбрызгивания, большая производительность (до 15 кг/час), автоматический контроль и вследствие этого высокое качество (не зависящее от квалификации рабочего).

Недостатком является сложное и дорогое оборудование, ограниченный выбор наплавочных материалов.

Полуавтоматическая наплавка самозащитной порошковой проволокой.

Производительность, относительно небольшая стоимость работ, возможность наплавки практически любого сплава во всех пространственных положениях, несложное, недорогое и компактное оборудование, позволяющее проводить наплавку «по месту».

По сравнению с ручной наплавкой она имеет ряд преимуществ. Так, рабочее время используется эффективнее, поскольку отсутствуют перерывы на замену штучных электродов. При этом наплавщик способен выполнить один непрерывный шов вместо последовательности коротких. Увеличивается коэффициент наплавки (проволока расходуется практически полностью, а 5 - 10 см длины каждого ручного электрода выбрасывается).

Поэтому полуавтоматический процесс наплавки примерно в четыре раза производительнее ручного и на 30 - 50 % дешевле.

3. Восстановление изношенных поверхностей и наплавка слоев с особыми свойствами

Восстановление изношенных элементов оборудования, а также изготовление новых деталей с прочным поверхностным слоем часто разделят на три основных этапа:

3.1. Наплавка на поверхность изделия промежуточного слоя - для снижения содержания углерода и легирующих элементов в поверхностных слоях основного металла (применяется не всегда).

3.2. Восстановление первоначальных размеров изношенного изделия (достройка) - с использованием пластичных трещиностойких материалов, позволяющих наплавлять неограниченное число слоев. Если изделие эксплуатируется не в экстремальных условиях, этот этап наплавки становится завершающим. Если предполагается дальнейшая наплавка износостойкого материала, достройка выполняется до размеров, меньших первоначальным на толщину конечного слоя.

3.3. Наплавка слоев с особыми свойствами - для придания специальных свойств рабочим поверхностям изделия с целью увеличения срока его службы. Применяется как для реставрации изношенных, так и для изготовления новых деталей. Обычно осуществляется в один - два, реже в три и более слоя.

Износостойкая наплавка обычно осуществляется на изделия из:

* Углеродистых и низколегированных сталей.

* Марганцовистых аустенитных сталей.

Рекомендации по наплавке на такие стали прямо противоположны. При наплавке на углеродистые и низколегированные стали, как правило, нужен предварительный нагрев изделия и медленное охлаждение. Иногда после наплавки применяется термообработка. Параметры этих процессов зависят от содержания углерода и легирующих элементов в металле основы и наплавляемого материала, габаритов изделия. Наплавка на марганцовистые аустенитные стали, наоборот, должна производиться без предварительного подогрева и последующей термообработки. Нагрев изделия при наплавке должен быть минимальным; если его температура превысит 260 °С, изделие может стать хрупким.

Углеродистые и низколегированные стали магнитны, а марганцовистые аустенитные немагнитны, поэтому их можно легко отличить с помощью магнита.

4. Общая характеристика наплавочных материалов

полуавтоматический наплавочный изношенный проволока

Материалы для износостойкой наплавки разделяются на ряд групп в соответствии с их характеристиками, свойствами и стойкостью к различным видам износа. Они могут быть сгруппированы следующим образом:

* Сплавы на основе железа (мартенситные, аустенитные и карбидосодержащие);

* Сплавы на основе никеля и кобальта.

С позиций металловедения мартенсит является структурой, образующейся при быстром охлаждении (закалке) углеродистых сталей; аустенит - твердый раствор углерода в железе. Карбидосодержащие сплавы обычно содержат карбиды хрома, иногда (довольно редко) карбиды вольфрама.

Свойства, а, следовательно, и области применения, этих материалов различны. Сопоставление их эксплуатационных характеристик только по критерию твердости без учета структуры может быть ошибочным. Например, твердость 50 - 55 единиц по Роквеллу имеют и мартенсит, и аустенит (после наклепа), и сплавы с карбидами хрома. Однако они показывают хорошую стойкость к совершенно разным видам износа. Мартенситные материалы успешно противостоят износу типа «металл по металлу», аустенитные (после наклепа) - ударному, железохромоуглеродистые - абразивному.

Современные наплавочные материалы на основе железа содержат от 0, 1 до 74 % легирующих элементов. При минимальном содержании углерода материалы лучше всего противостоят износу типа «металл по металлу». При увеличении его содержания сплав становится стойким преимущественно к ударному износу. Максимальное содержание углерода в материале способствует хорошей абразивной стойкости. Увеличение содержания легирующих элементов (при неизменном количестве углерода) в принципе не изменяет эксплуатационные свойства, но улучшает их. Например, материал с высоким содержанием углерода прежде всего имеет хорошую стойкость к абразивному износу. Дополнительное легирование позволяет сохранить это свойство при высоких температурах. С другой стороны, следует помнить, что дополнительное легирование увеличивает стоимость наплавочных материалов.

Сплавы на основе никеля и кобальта противостоят большинству видов износа, сохраняя эксплуатационные свойства при высоких температурах (главное их достоинство). Однако они очень дороги и применение их оправдывается только в тех случаях, когда им нет удовлетворительной замены.

При выборе наплавляемого металла нужно учитывать следующее:

1) Большинство высокоуглеродистых материалов после наплавки образуют сеть трещин. Дефектом это не является. Наоборот, это явление положительное, потому что снимает напряжение на границе наплавленного металла и металла основы, предотвращая растрескивание последнего. Если известно, что поверхность с сеткой трещин будет подвергаться при эксплуатации тяжелым ударам, рекомендуется предварительная наплавка на металл основы пластичного буферного слоя.

2) Многие износостойкие сплавы имеют высокую твердость (свыше 50 единиц облегчается тем, что иногда детали (например, зубья ковшей) можно эксплуатировать сразу после наплавки, без обработки наплавленной поверхности.

Одной из важных отраслей современной сварочной техники является наплавка - нанесение расплавленного металла на поверхность детали, нагретую до оплавления. Металл наплавки образует одно целое с основным металлом, связан с ним прочно и надежно.

Наплавка по объему выполняемых работ является одной из важнейших составных частей ремонтного производства. О масштабах применения ее в России можно судить по следующим данным: при восстановлении изношенных и изготовлении новых деталей различных машин и оборудования в течение года было наплавлено 76,1 тыс.т металла. Из общего объема сварочных материалов, выпускаемых в стране, на наплавку расходуется примерно 6,5% электродов, 8,6% проволоки сплошного сечения, до 30% порошковой проволок.

Сегодня наплавка - один из важнейших методов ремонта автотракторной, сельскохозяйственной и строительно-дорожной техники, металлургического и горного оборудования. Восстановление изношенных деталей с помощью наплавки широко используется на железнодорожном транспорте, в судоремонте и других отраслях. В общей сложности в промышленности и в строительстве с целью ремонта выполняется около 68% наплавочных работ (по массе наплавленного металла).

Наплавкой на поверхности детали образуют сплав с повышенными качествами для увеличения износостойкости наиболее нагруженных поверхностей и восстановления изношенных деталей. На практике применяют и повторное восстановление деталей. Вес наплавляемого слоя обычно не превышает нескольких процентов от общего веса детали. Наплавка сокращает расход дорогих и дефицитных металлов и дает большую экономию.

Для наплавки могут быть использованы многие «сварочные» процессы. Наибольшее применение получила дуговая, наплавка под флюсом, плавящимся электродам. Растет применение наплавки в среде защитных газов. При небольшом объеме наплавляемого металла с успехом используются электроимпульсные методы наплавки.

Изготовительная наплавка быстроизнашивающихся или наиболее тяжело нагруженных деталей позволяет многократно увеличить их срок службы, избавить промышленность от необходимости производить большое количество запасных частей, повысить надежность и работоспособность машин и механизмов, сократить расходы на их эксплуатацию.

Изобретение относится к области восстановления рабочих поверхностей деталей, работающих в условиях абразивного износа, методом наплавки плавящимся лежащим электродом под флюсом и может быть использовано при восстановлении беговых дорожек звеньев и грунтозацепов башмаков гусеничных тракторов типа D9N и экскаваторов типа EX-400. Наносят слой флюса на наплавляемую поверхность, который является изолирующим материалом. Затем на него укладывают электрод. Участок поверхности в зоне расположения конца электрода очищают от флюса. На этот участок и электрод наносят слой металлической присадки. Затем последовательно насыпают упрочнитель и слой сварочного флюса. Возбуждают дугу и выполняют наплавку.

Изобретение относится к области восстановления рабочих поверхностей деталей, работающих в условиях абразивного износа, методом наплавки, плавящимся лежачим электродом под флюсом, и, в частности, к способам восстановления беговых дорожек звеньев и грунтозацепов башмаков гусеничных тракторов типа D9N и экскаваторов типа ЕХ-400.

Известен способ восстановления изношенной детали, предусматривающий наварку заготовки, предварительно изготовленной, на подлежащий восстановлению участок детали. Однако известный способ, основанный на использовании в качестве заготовки прутка, не обеспечивает эффективное восстановление деталей со значительно изношенной поверхностью.

Наиболее близким к изобретению по назначению и совокупности существенных признаков является способ дуговой сварки и наплавки лежащим плавящимся электродом под флюсом. Заключающийся в том, что используют сварочный флюс, изолирующий материал и металлическую присадку, и слои указанных ингредиентов по отношению к электроду и поверхности восстанавливаемой детали располагают своеобразным образом.

Ближайший аналог обладает тем недостатком, что заявленный положительный эффект основывается на допущении возможности перебрасывания анодного пятна дуги от сварочного электрода на находящийся на нем слой присадочного материала, в случае отсутствия изоляции между ними. Однако, такое перебрасывание анодного пятна возможно лишь в случае, если потенциал слоя присадочного материала выше потенциала сварочного электрода или слой присадочного материала расположен ближе к катоду (к наплавляемой поверхности изделия), что в рассматриваемых случаях исключено. По этой же причине исключается "шунтирование" тока, протекающего по сварочному электроду, током, протекающим по слою присадочного материала, при общем катодном пятне и большей удаленности слоя присадочного материала от катода.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков, повышение качества наплавки и экономия энергозатрат.

Указанная техническая задача решается тем, что в способе наплавки лежащим плавящимся электродом, включающим нанесение слоев сварочного флюса, изолирующего материала и металлической присадки и установку электрода. Слой изолирующего материала наносят на наплавляемую поверхность детали, электрод укладывают на слой изолирующего материала, слой металлической присадки наносят на электрод и на очищенный от изолирующего материала участок наплавляемой поверхности детали, насыпают упрочнитель на слой металлической присадки, на который наносят слой сварочного флюса.

Пример реализации способа наплавки лежащим плавящимся электродом грунтозацепа башмака гусеничного трактора типа D9N (Caterpillar).

Зачищают поверхность наплавки и место подсоединения башмака к источнику сварочного тока.

Устанавливают флюсоудерживающее приспособление.

Флюсоудерживающее приспособление засыпают изолирующим материалом на 3-5 мм выше уровня наплавляемой поверхности; в качестве изолирующего материала используют флюс общего назначения марки АН-348А.

На наплавляемой поверхности располагают два мерных прутка (не показаны) диаметром 3 мм и на них устанавливают плавящийся электрод, который затем закрепляют на электрододержателе.

Удаляют мерные прутки из-под электрода.

Поверхность электрода и в конце него небольшой участок наплавляемой поверхности очищают от изолирующего материала.

Насыпают на электрод и участок наплавляемой поверхности у конца электрода слой металлической присадки с тем, чтобы создать условия для первичного возникновения сварочной электрической дуги и последующего ее перемещения вдоль наплавляемой поверхности.

В качестве металлической присадки, дополнительно к материалу плавящегося электрода, используют частицы рубленой проволоки (крупку) из низкоуглеродистой стали марки Св-08ГА или стали легированной марки Св-08Г2С диаметром 1-2,0 мм.

Длина частицы крупки равна ее диаметру. Крупка или порошковый металл очищены от ржавчины, грязи и масел.

На слой металлической присадки насыпают слой упрочнителя, в качестве которого применяют высоколегированный порошок марки ПГ-С27 производства НПО "Тулачермет".

Присоединяют сварочный электрод и корпус башмака к источнику сварочного тока, и наплавку производят на постоянном токе с обратной полярностью напряжения.

С учетом того, что за один проход наплавляют слой толщиной не более 5,0 мм, послойная наплавка повторяется до полного восстановления изношенной поверхности.

Восстановление грунтозацепа башмака с наплавляемой поверхностью длиной более 500 мм целесообразно производить двумя последовательно расположенными электродами. Это позволяет исключить перегрев электрода и необходимость в более точном соблюдении толщины слоя изолирующего материала между наплавляемой поверхностью и электродом.

Изобретение позволяет снизить энергозатраты на 10-15%, повысить твердость наплавляемого металла, что составляет порядка 49-52 HRC.

Формула изобретения.

Способ наплавки плавящимся лежащим электродом, включающий нанесение слоев сварочного флюса, изолирующего материала и металлической присадки, установку электрода и зажигание дуги, отличающийся тем, что слой изолирующего материала наносят на наплавляемую поверхность детали. Электрод укладывают на слой изолирующего материала, очищают участок наплавляемой поверхности от изолирующего материала в зоне расположения конца электрода, слой металлической присадки наносят на электрод и на очищенный от изолирующего материала участок, затем насыпают упрочнитель на слой металлической присадки и на него наносят слой сварочного флюса.

Способ может быть использован для восстановления изношенных и упрочнения новых деталей. Изделие вращают с одновременнным продольным перемещением. Производят наплавку слоя покрытия по винтовой многозаходной спирали путем последовательной наплавки спиральных валиков. Каждый последующий валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего валика со смещением относительно него. Шаг спирали кратен двум или более шагам наплавки. Способ обеспечивает улучшение качества наплавленного покрытия.

Изобретение относится к способам электродуговой наплавки под слоем флюса при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей.

Известен способ электродуговой наплавки изделий, при котором ручной электродуговой сваркой штучными электродами из различных материалов на плоскую поверхность изделия поочередно наплавляют продольные валики.

Данное покрытие, выполненное из металлов с различными механическими свойствами, используется в качестве промежуточного слоя при наплавке высокопрочного покрытия.

Однако известный способ имеет ряд недостатков. Так как электрод имеет конечную длину, то в любом случае процесс наплавки будет прерывистым, а следовательно, непроизводительным. Прерывистый процесс наплавки превышает вероятность возникновения дефектов в основном металле и в покрытии в местах возбуждения и гашения дуги. Кроме того, наплавка таким способом металла внутри отверстий весьма затруднительна, а иногда и невозможна, так как длина электрода ограничена. При наплавке же тел вращения по наружному диаметру (либо детали малого диаметра, либо детали с тонкой стенкой), которые при наплавке очень быстро нагреваются и шлак не успевает отделиться за один оборот детали. Наплавка ручной дуговой сваркой практически неприменима, так как сложно выдержать постоянными параметры режима наплавки: шаг наплавки и линейную скорость наплавки.

Известен также способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку. Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату.

При использовании известного способа наплавку отдельного слоя металла на поверхность изделия осуществляют по однозаходной спирали, путем наплавки одного спирального валика (шва), причем для получения сплошного покрытия отдельные витки (валики) указанного спирального валика (шва) перекрывают друг друга. При автоматической наплавке изделий малых размеров или изделий, при автоматической наплавке которых отвод тепла затруднен (например внутренняя поверхность трубы или наружная поверхность тонкостенного изделия), шлак за время нанесения одного витка не успевает отделиться от наплавленного металла и попадает в зону наплавки последующего валика, что приводит к нарушению нормального ведения процесса наплавки. В наплавленном металле появляются раковины, неметаллические включения за счет попадания шлака с предыдущего валика в сварочную ванну последующего и наплавленный металл, в конечном счете, приобретает неисправимые дефекты, в результате чего наплавляемая деталь выбраковывается. Все вышеизложенное относится также и к наплавке плоских поверхностей, при автоматической наплавке которых одним непрерывным спиральным валиком возникают такие же трудноисправимые, а иногда и неисправимые дефекты, при наличии которых техническая эксплуатация наплавленных деталей становится невозможной.

Изобретение направлено на достижение технического результата - повышение качества наплавляемого покрытия путем улучшения формирования наплавляемых валиков металла и исключения возникновения шлаковых включений в покрытии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой. По меньшей мере, одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного направления спиральных валиков. Каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия.

При этом можно выбирать такой шаг спирали (спирального валика), при котором шлак с предыдущего витка спирали (витка спирального валика) не попадает на ее последующий виток. Величину указанного шага спирали можно выбрать известным образом, путем расчета или пробной наплавки изделий. Удаление шлаковой корки с указанного спирального валика позволяет исключить ее попадание в металл последующего спирального валика, аналогичного предыдущему упомянутому спиральному валику.

Чтобы предотвратить возникновение дефектов в начале и в конце наплавки, на торцы изделия предварительно привариваются кольца, шириной не менее полторы ширины одного наплавляемого спирального валика.

Кроме того, благодаря тому что в способе автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, а наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика. А в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика вдоль оси вращения наплавляемого изделия, наплавку валиков производят по такой спирали, шаг которой кратен двум или более шагам наплавки, достигается технический результат - обеспечение равномерности толщины слоя покрытия после наплавки.

Формула изобретения.

Способ автоматической электродуговой наплавки под слоем флюса изделий, при котором осуществляют наплавку по спирали наплавляемого непрерывной дугой по меньшей мере одного валика одного слоя наплавляемого металла и удаляют с поверхности валика шлаковую корку, отличающийся тем, что наплавку отдельного слоя осуществляют по многозаходной спирали путем последовательного наплавления спиральных валиков, каждый из которых образует один из заходов спирали, причем каждый последующий спиральный валик наплавляют после удаления шлаковой корки с предыдущего, ранее наплавленного валика, а в течение всего процесса наплавки каждый последующий спиральный валик наплавляют со смещением относительно предыдущего валика, при этом шаг спирали кратен двум или более шагам наплавки.

Размещено на Allbest.ru