Сущность индукционной наплавки. Центробежная наплавка деталей цилиндрической формы. Гальванические методы восстановления и цели их применения. Технологии наплавки лазером. Расплавление порошковой шихты, нанесенной на наплавляемую поверхность детали.
При низкой оригинальности работы "Восстановление деталей гальваническим способом и методом наплавки", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
-Рассмотреть виды восстановления деталей наплавкой Наплавкой называется процесс нанесения одного расплавленного металла (называемого присадочным) на поверхность другого (называемого основным). Применяются различные способы наплавки металла - электродуговая, электрошлаковая, индукционная, плазменная, лазерная, вибродуговая, порошковая наплавки. В случае ремонта деталей с большим износом, перед наплавкой твердыми сплавами делают предварительную наплавку электродами из малоуглеродистой стали. Наряду с наплавкой покрытыми электродами, можно осуществлять и наплавку в среде защитных газов - методом MIG/MAG (с автоматизированной подачей проволоки) или TIG (вольфрамовым электродом) с присадочными прутками.К основным способам восстановления деталей относятся следующие: хромирование, осталивание (железнение) наплавка электродами и в среде защитных газов. Помимо восстановления деталей гальваническими покрытиями или восстановлением наплавкой, появляются более современные технологии ремонта, такие как , покрытие полимерами, например «смазочное покрытие» «МС 2000» представляющий собой суспензию дисульфида молибдена в полимерной основе, покрытие способно лишь улучшить геометрию изношенной поверхности и то это не основная ее задача, однако успешно применятся в ремонте деталей машин и мотоциклов, поскольку не требует сложного оборудования и больших затрат.
Введение
Со временем, детали машин изнашиваются или повреждаются, могут возникать трещины, износ и. тд.
Ремонт деталей пластической деформацией - один из наиболее распространенных методов ремонта деталей, основанный на пластической деформации изношенных деталей с последующей механической обработкой. Метод используют для выправления вмятин, погнутости, скручивания, изменения посадочных размеров изношенных мест деталей (увеличения диаметра изношенных шеек осей, валов, уменьшения диаметра изношенных поверхностей втулок), повышения прочности деталей (дробеструйный наклеп) и снижения шероховатости механической обработки (накатка роликами шеек валов вместо их шлифования). Так же детали можно восстановить при помощи гальванических покрытий или придать им определенные свойства, повысить прочность хромированием.
В настоящее время гальванические покрытия и методы наплавки играют большую роль в автомобилестроении и различных отраслях промышленности , находят широкое применение защитные гальванические покрытия металлами и сплавами, которые обладают повышенной коррозионной стойкостью , твердостью, декоративными качествами , жаропрочными свойствами и др. Альтернативных покрытий на данный момент крайне мало. Восстановление деталей является актуальной темой, поскольку, востребовано в промышленности и автомобилестроении.
Объект исследования- методы восстановления деталей
Целью работы - является изучение способов восстановления деталей гальваническим способом и методом наплавки.
-Рассмотреть виды гальванических покрытий
-Рассмотреть виды восстановления деталей наплавкой
-Проанализировать технологии восстановления деталей
Логика исследования обусловила структуру работы, состоящей из введения, двух основных глав, заключения и списка использованной литературы. В первой части рассматривается восстановление деталей, методом наплавки, во втором восстановление деталей гальваническим способом.
1. Восстановление деталей наплавкой индукционный наплавка деталь лазер
Наплавкой называется процесс нанесения одного расплавленного металла (называемого присадочным) на поверхность другого (называемого основным). При этом основной металл также расплавляется на небольшую глубину. Цель наплавки может быть различной: восстановление утраченной геометрии детали или придание ей новой формы, образование поверхностного слоя с заданными физико-механическими свойствами (такими как повышенная твердость, износостойкость, антифрикционность, коррозионная стойкость, жаростойкость и пр.), упрочнение наплавкой.
Наплавку можно производить на любые поверхности плоские, конические, цилиндрические, сферические. В больших пределах может меняться и ее толщина от нескольких долей миллиметра до сантиметра и более.
В основных своих моментах технология наплавки сходна с технологией сварки. Перед ней стоят те же задачи, что и перед сваркой - защита наплавляемого металла от газов, содержащихся в воздухе, получение плотного, без пор, трещин и посторонних включений металла шва. . При наплавке следует соблюдать основные принципы, заключающиеся в ряде требований: · Необходимо стремиться к минимальному проплавлению основного металла. Это достигается путем наклона электрода в сторону, обратную ходу наплавки.
· Должно быть как можно меньшее перемешивание наплавленного металла с основным.
· Нужно стараться достичь минимальных остаточных напряжений и деформаций в детали. Это требование во многом обеспечивается соблюдением двух предшествующих.
· Необходимо снижать до приемлемых значений припуски на последующую обработку детали. Говоря другими словами, нужно наплавлять металла ровно столько, сколько необходимо, и не больше.
Применяются различные способы наплавки металла - электродуговая, электрошлаковая, индукционная, плазменная, лазерная, вибродуговая, порошковая наплавки. Наибольшее распространение получила дуговая наплавка.
При выборе способа, технологии наплавки и присадочных материалов необходимо руководствоваться следующими требованиями: глубина проплавления должна быть наименьшей; дефекты наплавленного металла (поры, макро- и микротрещины) исключаются; предпочтение следует отдавать наплавке постоянным током; наплавленный металл должен быть технологичным - поддаваться механической обработке без потери режущего инструмента.
Материалы для наплавки существуют в различных формах. Это могут быть присадочные прутки, порошкообразные смеси, наплавочные покрытые электроды, порошковая и цельностержневая проволока. В электродуговой наплавке применяются в основном покрытые электроды, присадочные прутки и проволока (таблица 1).
Таблица 1
Ип Марка Область применения
Э42А УОНИ-13/45 Заварка трещин в рамах тележек, вварка вставок, наплавка изношенных мест в рамах, заварка трещин в остовах электрических машин
Э50А УОНИ-13/55 Сварочные работы на рамах кузова, тележек, приварка наличников букс и буксовых направляющих из стали 65Г Сварочные работы на опорах кузова, его конструкциях, колесных центрах, остовах электрических машин, наплавка изношенных мест базовых деталей механической части
Э42А УОНИ-13/45; АНО-7; ОЗС-2
Э46 ОЗЛ-6 Приварка наличников букс и буксовых направляющих из стали ЭИ256
034-1;ЦЧ-4;МНЧ-1 Сварка чугунных деталей горячим и холодным способом, заварка трещин, раковин в чугунных крышках и цилиндрах
Таблица 2. Проволоки для дуговой механизированной сварки и наплавки
Марка проволоки Область применения
Св-08 Исправление мелких дефектов крыши и боковых стенок кузова
Св-10ГА Наплавка вытертых мест рамы кузова, вентиляционных окон остовов двигателей
Св-08Г2С Вварка вставок в дефектные места крыши, боковых стеной кузова в среде углекислого газа Наплавка деталей механизма автосцепки, заплавка отверстий под резьбу в деталях механической части, наплавка вытертых мест рамы (НВ 170-230)
Нп-45
Нп-80 Наплавка изношенных валиков рессорного подвешивания, тормозной рычажной передачи, изношенных мест корпуса автосцепки (НВ 260-340)
Наплавка покрытыми наплавочными электродами относится к основным способам, применяемым как в промышленности, так и в быту, в силу ее простоты, удобства, отсутствия необходимости в специальном оборудовании. Выпускается большое количество марок электродов, создающих наплавочный слой с различными характеристиками, обеспечивающими требуемые качества изделий для работы в тех или иных условиях.
Наплавка требует определенных навыков в работе. При минимальном токе и напряжении, чтобы не увеличивать долю основного металла в наплавленном, оплавить оба компонента. Состав металла будет определять тип электрода, а толщину и форму - диаметр электрода. Существует большое количество электродов, проволоки, порошков, для различный металлов и целей (таблица 3-4).
Таблица 3. Электроды для ручной и механизарованной наплавки
Ип Марка Область применения
Э42А УОНИ-13/45 Заварка трещин в рамах тележек, вварка вставок, наплавка изношенных мест в рамах, заварка трещин в остовах электрических машин
Э50А УОНИ-13/55 Сварочные работы на рамах кузова, тележек, приварка наличников букс и буксовых направляющих из стали 65Г Сварочные работы на опорах кузова, его конструкциях, колесных центрах, остовах электрических машин, наплавка изношенных мест базовых деталей механической части
Э42А УОНИ-13/45;АНО-7;ОЗС-2
Э46 ОЗЛ-6 Приварка наличников букс и буксовых направляющих из стали ЭИ256
034-1; ЦЧ-4; МНЧ-1 Сварка чугунных деталей горячим и холодным способом, заварка трещин, раковин в чугунных крышках и цилиндрах
Таблица 4. Проволоки для дуговой механизированной сварки и наплавки
Марка проволоки Область применения
Св-08 Исправление мелких дефектов крыши и боковых стенок кузова
Св-10ГА Наплавка вытертых мест рамы кузова, вентиляционных окон остовов двигателей
Св-08Г2С Вварка вставок в дефектные места крыши, боковых стеной кузова в среде углекислого газа Наплавка деталей механизма автосцепки, заплавка отверстий под резьбу в деталях механической части, наплавка вытертых мест рамы (НВ 170-230)
Нп-45
Нп-80 Наплавка изношенных валиков рессорного подвешивания, тормозной рычажной передачи, изношенных мест корпуса автосцепки (НВ 260-340)
Напряжение дуги определяет форму наплавленного валика, при его повышении увеличивается ширина и уменьшается высота валика, возрастает длина дуги и окисляемость легирующих примесей, особенно углерода. В связи с этим стремятся к минимальному напряжению, которое должно согласовываться с током дуги.
Наплавка деталей из стали осуществляется, как правило, постоянным током обратной полярности (на электроде "плюс") в нижнем положении (рис 1)
Рис 1. Прямая (слева) и обратная (справа) полярности подключения электрода
Детали из низкоуглеродистых и низколегированных сталей наплавляют обычно без предварительно нагрева. Но нередко требуется предварительный подогрев и последующая термообработка с целью снятия внутренних напряжений. Более детальные требования к наплавке сообщаются в документации на применяемые наплавочные электроды. Например, для электрода ОЗИ-3 приводятся следующие технологические особенности: "Наплавку производят в один-четыре слоя с предварительным подогревом до температуры 300-600°С. После наплавки рекомендуется медленное охлаждение. Возможна наплавка ванным способом на повышенных режимах. Прокалка перед наплавкой: 350°С, 1 ч."
Поверхность детали перед наплавкой очищается от масла, ржавчины и других загрязнений.
Применяются различные схемы расположения наплавочных швов. В случае плоских поверхностей различают два основных вида наплавки - использование узких валиков с перекрытием друг друга на 0,3-0,4 их ширины, и широких, полученных увеличенными поперечными движениями электрода относительно направления прохода.
Рис 2. Наплавка металла узкими валиками
Другой способ - укладка узких валиков на некотором расстоянии один от другого. При этом шлак удаляют после наложения нескольких валиков. После этого валики наплавляются и в промежутках.
Во избежание коробления деталей, наплавление рекомендуется проводить отдельными участками, "вразброс", а укладку каждого последующего валика начинать с противоположной стороны по отношению к предыдущему, либо погружать деталь в воду оставляя открытой только ремонтируемую часть.
Наплавка цилиндрической поверхности выполняется тремя способами - валиками вдоль образующей цилиндра, валиками по замкнутым окружностям и по винтовой линии. Последний вариант (по винтовой линии) является особенно удобным в случае механизированной наплавки, при которой детали в процессе наплавки придается равномерное вращение.
Рис 3. Схема наплавки металла на цилиндр
Для восстановления и повышения срока службы режущего, штампового и измерительного инструмента, а также деталей механизмов, работающих при интенсивном износе, применяется наплавка рабочих поверхностей твердыми сплавами, представляющими собой соединения таких металлов, как титан, вольфрам, тантал, марганец, хром и других с бором, углеродом, кобальтом, железом, никелем и пр.
При изготовлении новых инструментов и деталей с твердосплавной наплавкой, в качестве заготовок (оснований) применяются детали из углеродистых или легированных сталей. В случае ремонта деталей с большим износом, перед наплавкой твердыми сплавами делают предварительную наплавку электродами из малоуглеродистой стали.
Для получения более качественной наплавки, предупреждения образования трещин и снижения напряжений, во многих случаях целесообразен подогрев заготовок до температуры 300°C и выше.
1.2 Наплавка в среде защитных газов
Рис 4. Наплавка в среде защитного газа
Наряду с наплавкой покрытыми электродами, можно осуществлять и наплавку в среде защитных газов - методом MIG/MAG (с автоматизированной подачей проволоки) или TIG (вольфрамовым электродом) с присадочными прутками. Для защиты можно применять различные газы: аргон, углекислый газ, гелий, азот - в зависимости от того, какой наплавляется металл.
При восстановлении наплавкой деталей из углеродистых сталей можно использовать более дешевый углекислый газ. Учитывая тот факт, что CO2 окисляет расплавленный металл, наплавочная проволока в этом случае должна иметь раскислители (марганец, кремний и пр.).
Наплавку меди и ее сплавов можно производить в азоте, который нейтрален по отношению к меди.
Высоколегированные стали, сплавы на магниевой и алюминиевой основе наплавляются в аргоне, гелии или их смеси.
Наплавку неплавящимся вольфрамовым электродом осуществляют в аргоне и гелии. Инертные газы, особенно, аргон, являются универсальными, подходящими для сварки и наплавки практически любого металла.
В качестве материалов для наплавки полуавтоматами углеродистых и низколегированных сталей применяются сварочные проволоки сплошного сечения (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС), и специальные наплавочные (Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА). Для наплавки нержавейки применяют проволоку из нержавеющей стали. Может осуществляться наплавка и порошковой проволокой, позволяющей получить наплавленный слой с особыми свойствами.
Таблица 5. Проволоки для наплавки и сварки деталей из цветных металлов газовым способом
Марка проволоки Область применения
МО; Ml; М2 Наплавка поверхностей контактов электропневматических и электромагнитных контакторов, заварка трещин в медных контактодержателях, наплавка ножей разъединителей, литых сегментов
ЛК65-0.5 Наплавка изношенных поверхностей латунных ножей, заплавка выработки ножей подвижного и неподвижного контактов главного выключателя
Л060-1 Заварка разработанных отверстий в корпусах щеткодержателей, сварочные работы на деталях аппаратов из чугуна, заварка трещин в корпусе основания контроллера
Л62 Приварка концов дугогасительных катушек, заварка трещин а обрывов медных и стальных воздухоподводных трубок, заварка трещин, наплавка подгаров в кронштейнах электропневматических контакторов, дугогасительных рогах, приварка выводных клемм пуско-тормозных резисторов
ЛК80-ЗЛ Наплавка сегментов аппаратов, заплавка подгаров и раковин на контактных поверхностях
АЛ2; АК Заплавка дефектных мест алюминиевых деталей аппаратов и электрических машин
Св-АК5 Сварка и наплавка в среде аргона при ремонте алюминиевых деталей
ОЗА-2 Сварка и наплавка деталей из алюминиевокремнистых сплавов АЛ-4; АЛ-5; АЛ-9: АЛ-11
При восстановлении деталей наплавкой методом MIG/MAG применяют как и в случае MMA постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий меньшее проплавление основного металла. При использовании вольфрамового электрода (метод TIG) используют прямую полярность, исключающую оплавление вольфрамового электрода. Наплавку нужно стараться вести как можно более короткой дугой - во избежание разбрызгивания металла.
1.3 Лазерная наплавка
Лазерная наплавка - метод нанесения материала при помощи лазерного луча использующегося для плавления и перемешивания присадочного материала с поверхностью.
Рис 5. Принцип лазерной наплавки
Лазерная наплавка получила широкое распространение в промышленности. Наиболее известные применения это - восстановление поврежденных поверхностей различных деталей машин, прессформ и фильер. Второе применение это - модификация поверхностности. Присадочные материалы могут отличаться по химическому составу от основы и иметь другие свойства. Таким образом упрочняют износившиеся кромки штампов, наплавляя более твердый материал. Более новое применение это прототипирование деталей. Например, 3d принтер, печатающий металлическим порошком, по сути сплавляет между собой слои порошка.
Существуют две основные технологии наплавки лазером
1. Наплавка импульсным лазером
2. Наплавка непрерывным лазером
Импульсный лазер отличается большой пиковой мощностью, работа по наплавке идет вручную, оператор наплавки подает присадочную проволоку в пятно воздействия лазерного луча, наблюдая процесс под микроскопом с увеличением 10-16 крат. В окуляре микроскопа находится перекрестие, по которому выставляется лазерный луч, поэтому оператор всегда знает куда попадет следующий импульс. Используемые диаметры сфокусированного луча лазера варьируется в пределах от 0,2 - 2,5 мм, в зависимости от диаметра подаваемой присадки (d пятна должен быть в 1,5-2 раза больше диаметра присадки, для перемешивания присадки с наплавляемой поверхностью), что позволяет минимизировать объемы расплава и соответственно уменьшить тепловложения в обрабатываемый материал. В зону наплавки, обычно, подается инертный газ. Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл имеет хорошее сцепление с основой и в случае необходимости может быть применен сплав другого типа, например для увеличения износостойкости конкретного участка можно наплавить более твердый сплав, технология наплавки может отличаться, и в зависимости от материалов, для избежания растрескивания, применяют демпфирующие промежуточные слои, которые выбирают имеющиеся напряжения, не позволяя отваливаться наплавленному металлу. В основном процесс наплавки выполняется вручную с визуальным контролем через микроскоп с защитным затвором. Чаще всего используется для восстановления поврежденных деталей машин и прессформ. Поскольку процесс по сути является сваркой с присадкой наплавка идет во время сварки некоторых деталей. Роботы наплавляющие присадочной проволокой распространения не получили в силу сложности контроля натяжения проволоки и уникальности дефектов которые нужно исправлять, что требует огромной работы программиста.
Непрерывный лазер наплавляет материал при помощи порошка подающегося в среде инертного газа, порошок разогревается лазером и прибивается к поверхности металла. Наплавку ведет робот по заданной программе, при этом у метода высокая производительность (от десятков до сотен грамм в час), но метод существенно нагревает деталь и дает большую пористость чем ручная наплавка на импульсном лазере. пользоваться как порошки так и проволоки.
· дозируемая энергия;
· возможность локальной обработки поверхности;
· отсутствие термических поводок, минимизация зоны термического влияния;
· возможность обработки деталей больших габаритов с большим расходом наплавляемого вещества;
· быстрый нагрев и остывание наплавляемого материала;
· Возможность модификации поверхности;
· Высокая степень адгезии наплавляемого материала при небольшом перемешивании с основой.
1.4 Плазменная наплавка
Рис 6. Принцип плазменной наплавки
Плазменная наплавка (Plasma transfer Arc, PTA) является современным способом нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность при изготовлении и восстановлении изношенных деталей машин.
Плазменная наплавка широко применяется для защиты от высокотемпературного износа формокомплектов стекольной промышленности, для защиты от коррозии и износа деталей запорной и запорно-регулирующей арматуры , для упрочнения поверхности деталей, работающих при высоких нагрузках.
Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 …3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах . Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.
В зависимости от компоновки различают: 1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий.
2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т. к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков.
3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги. Схема используется при наплавке порошком.
Плазменную наплавку металла можно реализовать двумя способами: 1. Струя газа захватывает и подает порошок на поверхность детали;
2. В плазменную струю вводится присадочный материал в виде проволоки, прутка, ленты.
В качестве плазмообразующих газов можно использовать аргон , гелий , азот , кислород , пар , водород и воздух . Наилучшие результаты наплавки получаются с аргоном и гелием.
Достоинствами плазменной наплавки являются: 1. Высокая концентрация тепловой мощности и минимальная ширина зоны термического влияния.
2. Возможность получения толщины наплавляемого слоя от 0,1 мм до нескольких миллиметров.
3. Возможность наплавления различных износостойких материалов (медь, латунь, пластмасса) на стальную деталь.
4. Возможность выполнения плазменной закалки поверхности детали.
5. Относительно высокий КПД дуги (0.2 …0.45).
6. Малое (по сравнению с другими видами наплавки) перемешивание наплавляемого материала с основой, что позволяет достичь необходимых характеристик покрытий.
Поверхность детали необходимо готовить к наплавке более тщательно, чем при обычной электродуговой или газовой сварке, т. к. посторонние включения уменьшают прочность наплавленного слоя. Для этого производится механическая обработка поверхности (проточка, шлифование, пескоструйная обработка..), иногда обезжиривание. Мощность электрической дуги подбирают такой, чтобы сильно не нагревалась деталь, и чтобы основной металл был на грани расплавления.
Плазменно-порошковая наплавка
Плазменно-порошковая наплавка - это способ по восстановлению поверхности детали. По сути, это процесс, в котором источником тепла выступает плазменная дуга, а материалом выступает металлический порошок. Порошок подается в плазмотрон специальным транспортным газом, при помощи питателя. Такой способ наплавки обеспечивает высокую производительность при очень низком проплавлении основного слоя металла. Это позволяет добиться нужной твердости и химического состава металла наплавки в 0,3…0,5мм от места сплавления. Такие возможности обеспечиваются возможностями регулирования мощности плазменной дуги и силы подачи присадочного материала. Плазменно-порошковая наплавка дает возможность ограничиться одним слоем наплавки, вместо трех - четырех при электродуговом способе.
Область применения ППН имеет широчайший спектр. Чаще всего этот способ используют для восстановления ножей горячей резки металлов, деталей типа шестерней, клапанов двигателей, лопаток турбин, валов полиграфических машин, плунжерных насосов, прокатных станов. Плазменно-порошковая наплавка дает возможность восстанавливать бронзой конические и цилиндрические втулки, подпятники к дробилкам, коленчатые валы, ролики, головки блока, шаровые детали. При этом, после восстановления детали соответствуют всем стандартам качества и не уступают в надежности оригинальным новым запчастям.
ППН обеспечивает высокую работоспособность деталей за счет отличного качества наплавленного металла, его однородности, а также благоприятной структуры, определяемой специфическими условиями кристаллизации металла сварочной ванны.
Основные преимущества ППН: высокая производительность (до 10 кг/ч);
высокое качество наплавленного металла;
малая глубина проплавления основного металла (до 5%) минимальные потери присадочного материала;
возможность наплавки относительно тонких слоев (0,5-5,0 мм);
В наплавочных плазмотронах можно использовать три схемы ввода порошка в дугу: распределенный через кольцевую щель между соплами (см.рис сверху);
локальный боковой через канал в торце сопла;
аксиальный через полый электрод.
Для ППН применяют порошки сталей и сплавов на основе Ni, Co, Fe и Cu. Производят порошки преимущественно методом распыления струи жидкого металла инертным газом, что обеспечивает им отличные сварочно-технологические свойства - хорошую сыпучесть, низкое содержание кислорода (0,02-0,10 %) и др.
1.5 Электрошлаковая наплавка
Рис 7. Принцип электрошлаковой наплавки
Электрошлаковая наплавка (ЭШН) - разновидность электрошлакового процесса ; технология, основанная на нанесении расплавленного металла на рабочую поверхность изделия, при которой оплавление основного и расплавление присадочного металлов происходит за счет тепла, выделяющегося в шлаковой ванне при протекании через нее электрического тока. Ванна жидкого шлака , имея меньшую, чем у расплавленного металла, плотность, постоянно находится над поверхностью металлического расплава, защищая его от воздействия воздуха. Капли присадочного металла, проходя через шлак, подвергаются металлургической обработке и очищаются от вредных примесей. Направление конвекции шлака зависит от диаметра электрода: при наплавке тонким электродом преобладает вынужденная электромагнитная конвекция, шлак опускается у электрода и поднимается по краям шлаковой ванны, при использовании толстого электрода преобладает свободная тепловая конвекция, шлак опускается по краям шлаковой ванны и поднимается вблизи электрода. При электрошлаковой наплавке почти полностью отсутствуют потери на газообразование и разбрызгивание. Качество наплавленного металла высокое отсутствуют поры, трещины и другие дефекты.
Различают наплавку с принудительным (ЭШН в водоохлаждаемых кристаллизаторах и формирующих устройствах) и свободным (ЭШН лентами) формированием наплавляемого слоя. По начальной стадии электрошлакового процесса различают «твердый» старт (наведение шлаковой ванны происходит непосредственно в зоне наплавки) и «жидкий» старт (в полость кристаллизатора заливают заранее приготовленный шлак).
Сущность ЭШН с принудительным формированием наплавляемого слоя заключается в следующем. В шлаковую ванну, находящуюся в полости, образованной наплавляемой поверхностью и водоохлаждаемым кристаллизатором, подается электродный присадочный материал. Ток, проходя между электродом и наплавленным металлом через жидкий шлак, разогревает его до высокой температуры, достаточной для расплавления подаваемого присадочного материала (от 1650 до более, чем 2000 градусов цельсия) и оплавления поверхности изделия. Расплавленный металл опускается на дно шлаковой ванны и, кристаллизуясь, образует наплавленный слой.
В качестве присадочного материала используются один или несколько электродов из сплошных или порошковых проволок, ленты, пластинчатые электроды большого сечения, плавящиеся мундштуки и композиционные проволоки . При использовании неплавящихся (графитовых, вольфрамовых) электродов возможно применение электронейтральных некомпактных присадочных материалов: дроби, жидкого металла.
При ЭШН композитных покрытий в шлаковую ванну сыпят сверху гранулированный твердый сплав, температура плавления которого выше температуры плавления металла-связки , необходимость применения которого обусловлена недопустимостью вторичного расплавления некоторых твердых сплавов, изза чего наплавка монопокрытий из таких материалов невозможна. Твердость и износостойкость обеспечивается частицами твердого сплава, а металл-связка держит их на поверхности детали.
1.6 Индукционная наплавка
Сущность индукционной наплавки заключается в следующем. Наплавляемую деталь помещают в электромагнитное поле индуктора, который питается переменным током высокой частоты (ТВЧ). В массе металла детали или компактной присадки индуктируются вторичные переменные токи той же частоты, распределяющиеся в поверхностном слое металла и нагревающие этот слой. Чем выше частота тока, тем тоньше нагреваемый слой металла. Для стальных деталей преимущественный нагрев токами высокой частоты поверхностных слоев металла сохраняется вплоть до точки Кюри (768 °С). После того, как металл нагреется выше точки Кюри, глубина проникновения индуктированных токов увеличивается в 10...20 раз (в зависимости от частоты), благодаря чему распределение температуры в нагреваемом металле становится более равномерным. Детали или компактные присадки нагревают до плавления металла и соединяют. Для предохранения от окисления и улучшения сплавления основного и наплавленного металлов применяют флюсы.
В наиболее распространенных способах индукционной наплавки в качестве присадочного материала применяют не компактные материалы, а шихту, состоящую из металлических порошков и флюсовых добавок.
Рис 8. Индукционная наплавка
Металлические гранулы изолированы друг от друга частицами флюса, вследствие чего электропроводность порошкового слоя и выделение в нем энергии малы. По этой причине нагрев и расплавление порошковой шихты идет в основном за счет теплопередачи от нагреваемого ТВЧ основного металла. Индукционный нагрев ТВЧ в настоящее время применяют при следующих способах наплавки: · армировании расплавленного поверхностного слоя основного металла тугоплавкой и трудно-растворимой присадкой;
· заливке жидкого присадочного металла на подогретый основной металл;
· расплавлении брикетированного или монолитного материала на основном металле;
· погружении подогретой детали в форму-тигель с расплавленным сплавом;
· расплавлении порошковой шихты, нанесенной на наплавляемую поверхность детали.
Армирование расплавленного поверхностного слоя основного металла тугоплавкой и трудно-растворимой присадкой. При использовании этого способа в качестве присадки применяют зерновой релит (карбид вольфрама) или крупку измельченных металлокерамических сплавов. Присадку вместе с флюсом (борная кислота) наносят на наплавляемую поверхность детали. Затем деталь вводят в индуктор, в котором поверхностный слой разогревается до температуры плавления и оплавляется. Зерна присадочного материала при этом не расплавляются и погружаются в оплавленный поверхностный слой. Закрепление зерен релита в матрице происходит за счет их частичного растворения и смачивания расплавом.
Армированный поверхностный слой представляет собой литую стальную матрицу с вплавленными в нее зернами тугоплавкого компонента. Как показывают исследования, тугоплавкие частицы практически не изменяют при таком способе наплавки свою структуру и твердость.
Способ отличается простотой и обеспечивает высокие эксплуатационные свойства наплавленных деталей. Он нашел применение для упрочнения шарошек буровых долот.
Заливка жидкого присадочного металла на подогретый основной металл. Принципиальная схема процесса показана на рис. 1. Наплавляемую поверхность детали 1 покрывают слоем флюса и помещают в индуктор 2, поверхность которого защищена огнеупорным составом 3. После нагрева детали до нужной температуры напряжение отключают и снизу к индуктору подводят медное водоохлаждаемое кольцо 4. В образовавшуюся своеобразную форму из ковша заливают порции металла 5, расплавленного в индукционной печи или в другом плавильном агрегате. Метод наплавки жидким присадочным материалом достаточно широко используют для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания: опорных катков тракторов, бил углеразмольных мельниц, пальцев ковшовых цепей экскаваторов и др.
Расплавление брикетированного или монолитного материала на основном металле. Метод можно проиллюстрировать на примере наплавки клапанов двигателей внутреннего сгорания (рис. 2). Присадочным материалом в этом случае служит литое кольцо 3 из жаростойкого сплава, которое укладывают в выточку на опорной поверхности клапана 1. Нагрев и плавление сплава производят в кольцевом индукторе 2, охватывающем наплавляемый участок. Через индуктор подается защитный газ 5. Температура нагрева на 50... 100 °С превышает температуру плавления сплава. Существенной особенностью является то, что в конце процесса поверхность клапана, противоположная наплавляемой, обрызгивается водой из спрейера 4, что обеспечивает направленную кристаллизацию сплава и его повышенные эксплуатационные свойства.
Рис 9. Индукционная наплавка клапана двигателя внутреннего сгорания
Погружение подогретой детали в форму-тигель с расплавленным сплавом. По этому способу подогретую в индукторе деталь погружают в керамическую форму с расплавленным металлом. Керамическая форма повторяет контуры упрочняемой поверхности. Для раскисления расплава, предохранения его от угара легирующих элементов и улучшения сплавления с основным металлом на поверхности ванны может находиться жидкий шлак. Расплавление присадочного материала производится индуктором. В этом случае не имеет значения соотношение температур плавления основного и присадочного металлов. Способ нашел ограниченное применение, несмотря на внешнюю простоту.
Центробежная наплавка деталей цилиндрической формы. Наибольшее распространение этот способ получил при изготовлении различных биметаллических втулок. Известны два варианта этого способа наплавки (рис. 3), отличающиеся применяемым присадочным материалом. Можно использовать присадочный материал в твердом состоянии в виде металлических порошков, стружки и др. В этом случае плавление присадки идет за счет теплопередачи от нагреваемого ТВЧ основного металла. По второму варианту присадочный металл плавят в отдельной емкости и заливают в расплавленном состоянии внутрь вращающегося наплавляемого цилиндра.
Особенностью является формирование наплавленного металла под действием центробежных сил, которые, с одной стороны, способствуют более равномерному распределению расплава на основном металле и удалению вредных примесей, а с другой - усугубляют ликвационные явления. Поэтому при наплавке сильно ликвирующих сплавов необходимо применять специальные технологические меры: регламентировать количество заливаемого металла, температуру и продолжительность нагрева, число оборотов центробежной машины, скорость охлаждения металла и др. Примерами реализации этого способа является центробежная наплавка гильз автомобильных двигателей, гильз гидроцилиндров и червячных машин.
Рис 10. Принципиальные схемы центробежной наплавки с использованием: а) твердого б)жидкого присадочного материала 1-шпиндель центробежной машины 2-наплавляемая деталь 3-индуктор 4-прокладка 5-крышка 6-шихта 7-керамический желоб 8-расплавленный металл 9-тигель 10-индуктор плавильного агрегата
Расплавление порошковой шихты, нанесенной на наплавляемую поверхность детали. Способ основан на использовании ТВЧ для нагрева основного металла и расплавления расположенной на нем порошковой шихты. Он нашел наибольшее распространение в промышленности. В массовом производстве освоена индукционная наплавка этим способом лемехов плугов, лап культиваторов, ножей-ботворезов, рештаков угольных конвейеров и других деталей (рис. 4). Производительность наплавки достигает 10 кг/ч. Возможно получение наплавленных слоев толщиной 0,4 мм и более.
Шихту - смесь порошка сормайта с флюсом (бурой, борным ангидридом, силикокальцием, фтористым кальцием и др.) - наносят на наплавляемую поверхность и с помощью специального приспособления вводят в индуктор. Конструкция индуктора и расположение в нем детали зависят от конфигурации упрочняемого участка. Источником питания, как правило, служат ламповые высок
Вывод
К основным способам восстановления деталей относятся следующие: хромирование, осталивание (железнение) наплавка электродами и в среде защитных газов.
Все эти основные способы, хотя и не являются равнозначными, все же используются в ремонтном производстве в большей или меньшей мере в зависимости от его объема, оснащенности и прочего.
В большинстве случаев, восстанавливаются дорогостоящие детали промышленных машин либо их узлов, в автомобилестроении ,особенно на легковых автомобилях, используется не часто, ввиду не доступности способа восстановления, сложности либо высокой цене.
Тема «восстановление деталей» является довольно важной, но на данный момент, это не самый востребованный способ, изношенную деталь зачастую проще заменить, чем отремонтировать.
Помимо восстановления деталей гальваническими покрытиями или восстановлением наплавкой, появляются более современные технологии ремонта, такие как , покрытие полимерами, например «смазочное покрытие» «МС 2000» представляющий собой суспензию дисульфида молибдена в полимерной основе, покрытие способно лишь улучшить геометрию изношенной поверхности и то это не основная ее задача, однако успешно применятся в ремонте деталей машин и мотоциклов, поскольку не требует сложного оборудования и больших затрат.
Из этого следует сделать вывод, что вполне возможно, что на смену гальванике придут полимерные покрытия, более дешевые и не требующие специального оборудования.
Чтобы завоевать позиции на рынке товаров, восстановительное производство должно достичь и поддерживать нормативный уровень качества выпускаемых деталей, а для большей эффективности своей работы непрерывно уменьшать удельный расход производственных ресурсов, обеспечивается путем повышения технического уровня производства, а счет совершенствования средств восстановления деталей при их полной загрузке, внедрения новых ТП и передовой организации труда.
Список литературы
1. Воловик Е. Л. Справочник по восстановлению деталей / Е. Л. Воловик. М.: Колос 2012. - 351 с.
2. Гамбург Ю.Д. «Теория и практика электроосаждения металлов» / Ю.Д. Гамбург, Дж. Зангари ; пер. с англ. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. 438 с.
3. Лебедева А.П. Восстановление деталей машин/ А.П. Лебедева Т.Н. Погорелова .-СПБ: Наука, 2014.- 672с.
4. Лукьянов В.Ф. Восстановление деталей сваркой и наплавкой / В.Ф. Лукьянов Ю.Г. Людмирский Н.Г. Дюргеров .- учебное пособие ДГТУ:Ростов на Дону,2012.-210с.
5. Мамаев В.И., Кудрявцев В.Н. Никелирование : учебное пособие под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева. - М.: РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2014. - 198 с.
6. С.А. Клименко Обработка и упрочнение поверхностей при изготовлении и восстановлении деталей / С.А. Клименко В.И. Бородавко В.С. Ивашко М.Л. Хейфец.- СПБ: Лань ,2013.-463с.
Размещено на .ur
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
