Ремонт деталей способом вибродуговой наплавки.

Вибродуговая наплавка является разновидностью наращивания поверхности с использованием тепла от электрического тока. В этом случае возбуждение дуги происходит вибрирующим электро­дом под струей охлаждающей жидкости или защитного газа. Ос­новное достоинство этого процесса наплавки — небольшой нагрев детали, малая зона термического влияния и возможность получе­ния наплавленного металла с требуемыми твердостью и износо­стойкостью без термообработки после наплавки. Кристаллизация и охлаждение наплавленного металла при вибродуговой наплавке происходят почти моментально, поэтому восстановленная поверх­ность может иметь множество микротрещин, в результате чего зна­чительно снижается предел усталостной прочности детали.

Вибродуговая наплавка менее производительный процесс, чем наплавка под флюсом, ее следует применять только в тех случаях, когда использование наплавки под флюсом затруднено. Этим спо­собом целесообразно наплавлять детали малых диаметров (до 40 мм), термообработанные детали, наносить тонкие слои метал­ла (0,3—1 мм) и др.

Структура и твердость наплавленного металла зависят от ко­личества подаваемой в зону наплавки охлаждающей жидкости и от места ее подачи. При подаче жидкости на некотором расстоя­нии от зоны наплавки, а также при использовании подогретой жидкости структурная неоднородность, а также разброс значений твердости наплавленного слоя, меньше. Однако при этом наплав­ленный металл обладает меньшей твердостью, что способствует снижению его износостойкости.

Ограничение количества охлаждающей жидкости и подача ее на деталь на некотором расстоянии от зоны наплавки позволяют во многих случаях предупредить образование трещин в наплавленном металле. При вибродуговой наплавке под флюсом или в среде за­щитных газов деталь можно подвергать предварительному подо­греву и этим повышать качество наплавленного металла. Есте­ственно, что в этом случае наплавленный металл будет обладать более низкой твердостью. Схема вибродуговой наплавки приведе­на на рис.62. Для наплавки применяются электродные проволоки Св-08, Св-08ГА, Св-ЮГ2, Св-18ХГСА, Св-18XMA, Нп-ЗОХГСА, а также проволоки из конструкционной стали марок 40, 50, 70, 65Г, пружинной углеродистой стали марок ОВС, ВС, П-1, ПК-1 и др. Наиболее часто используют проволоку диаметром 2,0—2,4 мм.

Рис. 62. Схема вибродуговой наплавки: 1 — электродвигатель; 2 — насос; 3 -наплавляемая деталь; 4 — вибрирующий мундштук; 5 - механизм подачи про­волоки; 6— кассета; 7— вибратор; 8 — индуктивное сопротивление: 9 - ванна для охлаждающей жидкости

Твердость наплавленного металла зависит от химического со­става и скорости охлаждения. Химический состав определяется преимущественно составом электродной проволоки, а скорость охлаждения зависит от среды, в которой выполняется наплавка, от количества и места подвода охлаждающей жидкости, режима наплавки и прочих условий.

В табл. 21приведены сведения о твердости наплавленного металла в зависимости от марки электродной проволоки и приме­няемой при вибродуговой наплавке защитной среды.

Табл.21. Твердость наплавленного металла в зависимости от марки электродной проволоки и защитной среды при вибродуговой наплавке

Получение наплавленного металла без трещин, пор и других де­фектов, усталостная прочность восстановленной детали, толщина и твердость наплавленного слоя, а также производительность процес­са определяются преимущественно режимом и условиями наплавки.

При вибродуговой наплавке, кроме силы тока, напряжения дуги, скорости наплавки, шага наплавки и смещения электрода с зенита, важнейшими параметрами режима являются: частота и ам­плитуда колебаний электрода, количество подаваемой жидкости, угол подвода электродной проволоки к детали, сила тока коротко­го замыкания, индуктивность контура сварочной цепи и длитель­ность электрических разрядов между электродом и изделием.

При наплавке на постоянном токе необходима обратная по­лярность, так как при наплавке на прямой полярности резко уве­личиваются потери металла на разбрызгивание, а также возни­кает опасность несплавления наплавляемого слоя с основным металлом.

При вибродуговой наплавке в среде жидкости применяют на­пряжение дуги 12—22 В. При более низком напряжении дуги мо­гут образоваться непровары и другие дефекты, а при более высо­ком заметно увеличивается разбрызгивание электродного метал­ла. Если вибродуговая наплавка производится с использованием флюса, то напряжение дуги должно составлять 25—30 В.

С повышением силы тока увеличиваются потери электродного металла на угар и разбрызгивание и ухудшается чистота поверх­ности наплавленного слоя, поэтому наплавку выполняют на токе не более 200 А. Величины тока изменяются в зависимости от ско­рости подачи электродной проволоки.

При наплавке цилиндрической детали проволока может под­водиться к детали сбоку или в верхней точке, немного смещенной с зенита, как это показано на рис.63.При этом колебания элек­трода должны быть направлены перпендикулярно касательной в точке А, т.е. в месте подвода проволоки к детали. При несоблюде­нии этого условия происходит «размазывание» дуги и ухудшение чистоты наплавленного слоя. При наплавке слоя толщиной 1,5— 3 мм угол между осевыми линиями детали и электрода должен со­ставлять 65—75°, при меньшей толщине слоя 75—90°; вылет электрода за контактные поверхности мундштука — 8—12 мм.

Рис.63. Схема бокового (а) и верхнего (б) подвода проволоки к детали: 1 — деталь, 2 — электрод

Наиболее производительной является наплавка в один слой с минимальным припуском на механическую обработку.

При расчете требуемой толщины наплавленного слоя необхо­димо учитывать, что припуск на механическую обработку должен составлять от 0,6 до 1,2 мм.

Обычно величину шага наплавки при напряжении 10—12 В принимают равной 1,2—1,5 диаметра используемой электродной проволоки, при напряжении 15—22 В — 1,2—2,0 диаметра элект­родной проволоки.

В качестве охлаждающей жидкости наиболее часто применяют 3—5 %-ный водный раствор кальцинированной соды. Иногда к этому раствору добавляют немного машинного масла и технического глицерина или применяют 20—25 %-ный раствор техничес­кого глицерина.

Средняя величина тока при диаметре проволоки от 1,4 до 1,8 мм составляет от 100 до 200 А. При наплавке проволокой мар­ки ОВС можно применять напряжение 12—14 В, а малоуглероди­стой проволокой — 16—18 В.

Рекомендуемые режимы вибродуговой наплавки приведены в табл.22

Табл.22. Ориентировочные режимы вибродуговой автоматической на­плавки в струе жидкости (4 %-ный водный раствор кальцинированной соды)

Ремонт деталей машин методом наращивания поверхности металли­зацией, электролитическим наращиванием.

Электролитическое осаждение металлов основано на явлении электролиза. При прохождении тока через электролит из него вы­деляются положительно заряженные атомы хрома, меди или нике­ля, которые ровным слоем осаждаются на детали (катоде). В каче­стве анодов используют свинцовые, угольные, платиновые или железные и медные пластины. Силу тока при гальванических по­крытиях устанавливают в зависимости от площади покрываемых деталей и объема электролита. Плотность тока (сила тока, отне­сенная к площади покрываемой детали) 3—70 А/дм². Концентра­ция тока ванны (сила тока, отнесенная к объему электролита) для хромовой ванны 3,5 А/л, для медной ванны 0,1 А/л, для никелевой ванны 0,08 А/л. Теоретическое количество вещества, г, выделяю­щегося при электролизе на катоде, согласно закону Фарадея опре­деляется по формуле:

, (82)

где с — электрохимический эквивалент, г/(А·ч); I — сила тока, А; Т — время протекания электрического тока через электролит, ч.

Фактическая масса осажденного металла G_ф всегда меньше те­оретической, так как в электролите одновременно протекают дру­гие процессы, на что расходуется часть энергии. Отношение фак­тической массы осажденного металла к теоретической называется выходом по току. Оно характеризует коэффициент полезного дей­ствия ванны:

, (83)

При хромировании выход по току составляет 12—18 %, для других процессов гальванического наращивания — 60-—90 %. Среднюю толщину слоя металла, мм, осажденного на катоде, оп­ределяют по формуле:

, (84)

где — плотность осаждаемого металла, г/дм³; a — выход по току, %; — плотность тока, А/дм³ (F— плотность покры­ваемой детали).

Электрохимические эквиваленты для некоторых металлов при­ведены в табл. 23.

Табл.23. Электрохимические эквиваленты и выход по току некото­рых металлов при электролизе

Технологический процесс восстановления деталей нанесением покрытий включает три этапа: подготовка поверхностей деталей; осаждение покрытий; обработка нанесенного покрытия.