1.6 Механізовані способи наплавлення зношених деталей

Механізовані способи наплавлення застосовуються для відновлення зношених деталей класу валу. Вибір способу наплавлення проводиться за такими показниками: застосованості, продуктивності, вартості відновлення, довговічності відновлених деталей.

Наплавлення деталей класу «вали» здійснюється на спеціальних установках, в яких механізовані процеси обертання деталей, подачі зварювального дроту, переміщення зварювальних головок щодо деталей.

Зазвичай, такі установки вмонтовуються на токарно-гвинторізних верстатах, переобладнаних стосовно певного виду наплавлення. Для зниження швидкості обертання між електромотором і коробкою передач верстата встановлюється додатковий редуктор, на супорті верстата вмонтовується пристосування для кріплення зварювальної головки, на передній бабці - щиток приладів.

Кожен з видів наплавлення має свої особливості.

Наплавлення деталей підшаром флюсу застосовується для відновлення відповідальних деталей. Цим видом наплавлення, наприклад, відновлюються колінчасті вали, напівосі, вилки карданних шарнірів і інші деталі.

Дуга горить в зоні, захищеній рідким шлаком розплавленого флюсу і газами, що перешкоджає освіті оксидних і нітридних з’єднань в металі, що наплавляється; сприяє формуванню якісних швів; попереджає розбризкування металу, що наплавляється; забезпечує протікання структурних змін; покращує умови роботи зварювачів. Наплавлення під шаром флюсу дозволяє набувати необхідних властивостей покриттів за рахунок підбору електродного дроту і флюсу. Висока продуктивність процесу порівняно з іншими видами наплавлення забезпечується за рахунок застосування великої щільності струму, кращого використання присадних матеріалів і електричної енергії.

Наплавлення деталей під шаром флюсу виконується електродним дротом мазкий Св-08; Св-08Г2С, Св-12Г2Х, Св-15, Св-18ХГСА,                       Св-18ХМА, СВ-ЗОХГСА (ГОСТ 2246-70); пружинними проволоками (ГОСТ 9389-60), проволоками із сталей 45, 60, 75 (ГОСТ 1050—60), порошковими проволоками Пп-х12, Пл-х12вф, ПП-25Х5ФМС-0, Пп-у25х17т і ін.

Захист зони горіння дуги проводиться безмарганцевистими, середньомарганцевистими і високомарганцевистими плавленими і керамічними флюсами. Для наплавлення відповідальних деталей автомобілів найбільше застосування знайшли високомарганцевисті плавлені флюси мазкий АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45 і керамічні АНК-18, ЖСН-1 з легуючими добавками. При наплавленні колінчастих валів використовують флюс АН-348А з добавкою 2,5% графіту і 2% ферохрому.

На якість наплавлювальних робіт великий вплив мають параметри електричного струму (напруга і сила струму), швидкість наплавлення і швидкість подачі дроту, її хімічний склад, діаметр і положення щодо деталі.

Якість формування валів при наплавленні залежить від щільності струму і швидкості наплавлення. Малі і великі швидкості наплавлення приводять до непровару і поганої якості наплавлених швів. Оптимальні швидкості наплавлення залежать від діаметру електродного дроту, конструкції і розмірів деталей. При відновленні деталей автомобілів застосовують електродний дріт діаметром від 0,8 до 3,2 мм. При цьому зміну сили зварювального струму залежно від діаметру електродного дроту можна виразити формулою:

,

де  і  – постійні коефіцієнти; , ;

 – діаметр електродного дроту, мм.

На формування валів при наплавленні здійснює вплив виліт електродного дроту. Збільшення вильоту електроду призводить до втрати тепла і погіршення умов для формування валів. Зазвичай, величина вильоту   визначається за емпіричною залежністю:

.

Для утримання флюсу і розплавленого металу при наплавленні циліндрових деталей електродний дріт зміщують убік, зворотний напряму обертання деталі. Величина зсуву вибирається експериментально залежно від швидкості наплавлення, діаметру деталі і форми мундштука. Для автомобільних деталей вона дорівнює 5- 8 мм.

Крок наплавлення залежить від способу (у один, два проходи) наплавлення, діаметру деталі, діаметру електродного дроту, швидкості подачі дроту. Величина кроку наплавлення коливається в межах від 3 до 12 мм/об. При виборі кроку наплавлення слід забезпечувати таке накладення валів, при якому кожен подальший вал повинен перекривати попередній на 1/3 його ширину. Для попередніх розрахунків режимів наплавлення можна приймати крок наплавлення рівним .

Швидкість подачі дроту залежить від діаметру деталі, сили зварювального струму, діаметру електроду. Для деталей діаметром 50- 150 мм при наплавленні електродним дротом діаметром 1,6- 2,6 мм швидкість подачі дроту  можна розраховувати за формулою:

, м/год.,

де D - діаметр деталі, мм.

Швидкість наплавлення циліндрових деталей залежить від тих самих параметрів, що і швидкість подачі дроту. Для деталей діаметром 50- 150 мм при наплавленні електродним дротом 1,6- 2,6 мм швидкість наплавлення можна розраховувати за емпіричною залежністю.

Розраховані і вибрані при проектуванні технологічних процесів режими підлягають коригуванню у виробництві.

Наплавленням під шаром флюсу не можна відновлювати деталі малого діаметру (менше 50 мм) і великої довжини, оскільки відбувається їх сильний нагрів і викривлення. Наплавлення під шаром флюсу ведеться постійним струмом зворотної полярності.

Джерела струму вибираються з падаючою характеристикою типу ПСО-500, ПСОВІ-500.

Для подачі дроту використовуються механізми ПШ-54, ПДШМ-500, автомати А-580м, АДФ-500, АБС, А-384н і ін.

Наплавлення і зварка деталей в середовищі захисних газів застосовується для відновлення деталей з тонколистової сталі 10 і 20, середньовуглецевих сталей 40 і 45 і ін. Цим способом відновлюють зношені розподільні вали, вилки карданних шарнірів, посадочні поверхні валів трансмісії.

Як захисне середовище використовуються вуглекислий газ, азот, аргон, суміші газів. Найбільшого поширення при відновленні деталей набули зварка і наплавлення в середовищі вуглекислого газу і зварка неплавким електродом в середовищі аргону. Застосування як захисне середовище вуглекислого газу призводить до окислення металу шва. Щоб нейтралізувати окислювальну дію вуглекислого газу, застосовують електродні дроти з підвищеним вмістом марганцю і кремнію Св-08ГС, Св-10ХГ2С, Св-18ХГСА та інші по ГОСТ 2246-70, наплавлювальні дроти Нп-4Х13, НП-ЗОХГСА. Захисний газ в зону горіння дуги подається концентрично електроду або збоку. Установки для наплавлення деталей в середовищі СО2 складаються з токарного верстата, джерела струму, шафи управління, механізму подачі дроту, газової апаратури.

Для наплавлення в середовищі СО2 використовуються джерела струму з жорсткою або зростаючою зовнішньою характеристикою і високими динамічними властивостями. Таким вимогам задовольняють випрямлячі ВС-300, ІПП-300П, КПП-300; перетворювачі ПСОВІ-500, ПСГ-500, АЗД-7,5/30 і ін.

Подача дроту в зону дуги здійснюється напівавтоматами А-547, А-547-р, А-537, ПРМ-2, ПДПГ-300-5, ПТПГ-1, ОСН-1М, ПДГ-301, ПДГ-302, ПДПГ-500, Р-912 і ін.

До складу газової апаратури входять балони з вуглекислотою, що знижують редуктори типу РК.-53К, підігрівачі газу, осушувачі газу, вимірники витрати газу типу РС-5.

Формування валів при наплавленні в середовищі СО2 залежить від напруги дуги, сили зварювального струму, матеріалу і діаметру дроту, швидкості її подачі, вильоту електроду, швидкості наплавлення, витрати газу.

Для наплавлення в середовищі СО2 використовується постійний струм (direct current) зворотної полярності. Напруга  і сила зварювального струму  залежать від діаметру електродного дроту і розраховуються за формулами:

;

.

   мм.

Збільшення напруги дуги веде до розбризкування рідкого металу і утворення пор. Стійкість горіння дуги поліпшується із зменшенням діаметру електродного дроту, із збільшенням вмісту в ній кремнію і марганцю. Швидкість подачі дроту розраховується за формулою:

 при  мм.

Виліт електроду приймають рівним 6- 12 мм, а швидкість наплавлення – 60-80 м/год. Для забезпечення захисту зони горіння дуги від дії атмосфери витрата вуглекислого газу повинна складати 6-10 л/хв. при тиску 1,2-1,5 кгс/см2.

Підвищення напруги дуги, сили зварювального струму, вильоту електроду вимагає відповідного збільшення витрати СО2.

Вібродугове наплавлення в середовищі рідини застосовується для відновлення деталей машин, що працюють при незначних динамічних навантаженнях. Спосіб дозволяє наплавляти зносостійкі тверді покриття завтовшки 1- 2 мм, має високу продуктивність, не робить термічного впливу на основний метал. Недоліком способу є значне зниження втомної міцності відновлених деталей (до 40-60%).

При цьому виді наплавлення електрод разом з поступальною ходою вібрує із заданою частотою і амплітудою. Процес горіння дуги супроводжується періодичними перервами. У зону зіткнення електроду і деталей подається рідина, яка охолоджує деталь і іонізує дугу. Як охолоджуючі рідини використовують розчини кальцинованої соди з добавкою 0,5% мінерального масла або 15%-ні водні розчини гліцерину. Подача дроту і її вібрація здійснюються спеціальними механізмами типу УАНЖ, ГМВК, КУМА-5М, ВДГ і ін. Джерела струму повинні мати жорстку характеристику.

Наплавлення ведеться зварювальним дротом СВ-ЗОХГС, Св-18ХГСА, ОВС, ВС, ПК-1, СВ-ЮГС діаметром 1,2- 2,0 мм. Швидкість подачі дроту 60-90 м/год., сила струму 120-180 А, крок наплавлення , амплітуда коливань електроду 1,5- 2 мм, а їх виліт 5- 8 мм. Швидкість наплавлення коливається в межах 30-60 м/год.

Наплавлення в середовищі водної пари застосовується при відновленні невідповідальних деталей з середньовуглецевих сталей. Конструкція установки для цього виду наплавлення включає пароутворювач. Наплавлення ведеться зварювальними проволоками Св-08Г2С, Нп-40, Нп-60 на постійному струмі зворотної полярності.

Напруга дуги 28-32 В, сила струму (100-120) А, швидкість подачі дроту 120-160 м/год., швидкість наплавлення 30-40 м/год., тиск пари 1,05 кгс/см2. Дріт в зону дуги подається так само, як і в інших видах механізованого наплавлення деталей.