Восстановление деталей наплавкой: методы, технологии, оборудование

Наплавкой называют процесс нанесения на изношенную поверхность изделия слоя расплавленного присадочного металла методами электрической дуговой сварки (открытой дугой, под слоем флюса, в защитной атмосфере углекислого газа), газовой сварки или термитной наплавки для восстановления размеров изношенных поверхностей. Разновидностью наплавки является заварка отверстий трещин в деталях. Методы наплавки широко используют при ремонте деталей различных узлов подвижного состава: рам тележек и кузова, деталей тормозной рычажной передачи, рессорного подвешивания и др. В последнее время разработана технология наплавки деталей также и неметаллическими материалами (пластмассами).

Технологический процесс наплавки состоит из трех групп операций: подготовки к наплавке, собственно наплавки и обработки после наплавки.

Подготовка деталей к наплавке включает в себя:
1) их очистку в местах наплавки абразивными кругами, пескоструением или металлическими щетками от грязи и ржавчины;
2) разделку кромок трещин.

Необходимость в тщательной очистке мест наплавки связана с тем, что грязь ухудшает режим горения дуги и снижает качество сварного шва. Газы, образующиеся при разложении ржавчины, грязи, масла и влаги внутри сварочной ванны под действием высокой температуры дуги, являются причиной получения некачественной пористой наплавки. Разделка трещин необходима для их полной проплавки и предупреждения распространения. Когда износ поверхности не превышает 1 мм, подготовку к наплавке выполняют механической обработкой. Это связано с тем, что при небольшом износе рабочая поверхность наплавленной детали может оказаться после окончательной механической обработки в переходном слое основного и наплавленного металла, что нежелательно, так как этот слой, имеет пониженные механические свойства.

Непосредственно перед наплавкой детали из высокоуглеродистых и легированных сталей прогревают пламенем газовой горелки или в печах до температуры 150—400° С. Предварительный нагрев снижает скорость охлаждения наплавленного металла, что предупреждает его чрезмерную хрупкость. Эта температура нагрева поддерживается и в процессе наплавки или сохраняется за счет теплоемкости самих деталей при наплавке крупных деталей.

Крупным недостатком наплавки является нарушение электрической дугой поверхности основного металла. Взаимные внедрения металла в переходном слое от наплавленного к основному эквивалентны надрезу и представляют собой многочисленные очаги концентрации напряжений. По этой причине детали, работающие под переменной нагрузкой, восстанавливать наплавкой не всегда возможно по причине снижения усталостной прочности. Максимальное снижение усталостной прочности наблюдается у деталей из высокоуглеродистой и легированных сталей. Для снижения вредной концентрации напряжений такие детали после наплавки подвергают отжигу при температуре 220—700° С в зависимости от необходимой твердости или проковывают. Эта обработка уменьшает также температурные напряжения в наплавленном металле и облегчает его последующую механическую обработку.

Основные приемы электронаплавки показаны на рис. XII.8. При наплавке поверхности вначале по всей ее длине накладывают первый валик шириной b (рис. XII.8, а). После зачистки его от окалины и шлака наплавляют второй валик с перекрытием первого на 1/2—1/3 его ширины (b = 2-4 диаметра электрода). Так же наплавляют и последующие валики. Обычно поверхности наплавляют одно- и реже многослойными швами. Толщина слоя наплавки обычно не превышает 3-6 мм, так как при большей толщине прочность его сцепления с основным металлом уменьшается.

Рис. XII.8. Методы наплавки изношенных деталей: а - последовательность наложения сварных швов с перекрытием; б — наплавка вала способом продольного прохода; в — наплавка способом кругового прохода; г — последовательность наложения швов при наплавке торцовых поверхностей; д — последовательность наложения швов при сварке стыковых соединений; е — последовательность заварки отверстия

Поверхности вращения наплавляют способами продольной (рис. XII.8, б) и круговой (рис. XII.8, в) наплавки. Валы малых диаметров и большой длины рекомендуют наплавлять способом круговой наплавки, так как он дает меньшее коробление деталей. При круговой наплавке деталь устанавливают в специальном приспособлении и равномерно поворачивают в течение всего процесса наплавки. Так производят наплавку реборд бандажей. Для уменьшения коробления деталей при продольном способе наплавки вести ее рекомендуют в последовательности, указанной на рис. ХII.8, б цифрами. Достоинством этого метода является то, что он обеспечивает меньшее снижение предела усталости металла.

Наплавку торцовых поверхностей валов, пятников и других деталей следует начинать от центра и валики присадочного металла накладывать концентрично или спиралью (рис. XII.8, г).

Последовательность наложения швов при заварке трещин показана на рис. ХII.8, д. При заварке отверстий небольших диаметров наплавка ведется по периметру до заполнения всего отверстия (рис. ХII.8, е) с подваркой с обратной стороны. Накладки, как правило, приваривают внахлестку (см. рис. ХII.4).

Обработку деталей после наплавки ведут обычными методами — чаще всего шлифовальным кругом, фрезерованием, обтачиванием и другими приемами.

Наплавка методом газовой сварки по существу ничем не отличается от наплавки методами электросварки неплавящимся электродом. Установка для газовой кислородно-ацетиленовой сварки и наплавки показана на рис. XII.9. Она состоит из баллона 1 с кислородом, ацетиленового генератора 3, редукционного клапана (редуктора) 2 и горелки 5. В баллоне 1 кислород находится под давлением 15 Мн/м² (150 кГ/см²), редуктор снижает его до 0,06—0,3 Мн/м² (0,6—3 кГ/см²).

Рис. XII.9. Установка для газовой кислородноацетиленовой сварки и наплавки

Кислород, поступая в горелку 5, смешивается с ацетиленом из генератора 3 и поддерживает его горение, создавая температуру до 3000° С. Это пламя плавит поверхность восстанавливаемой детали 4 и присадочный металл 6. Газовой сваркой наплавляют главным образом детали из цветных металлов и сплавов. В целом же этот метод наплавки применяют значительно реже по сравнению с методом электронаплавки.

Методы термитной наплавки при ремонте подвижного состава практически не применяют.

Сведения об авторах и источнике:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта