Наплавка в среде углекислого газа

Процесс наплавки в среде защитных газов отличается тем, что в зону горения электрической дуги под давлением подается защитный газ и столб дуги, а также расплавленная сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха (рис. 8.3). Для создания защитной атмосферы используют пищевую углекислоту или сварочный углекислый газ, чистый аргон. Расход газа составляет 0,6 – 0,96 м³/ч.

Рис. 8.3. Дуговая наплавка в защитном газе плавящимся электродом: 1 – электрическая дуга; 2 – газовое сопло; 3– подающие ролики; 4 – электродная проволока; 5 – токоподводящий мундштук; 6 – защитный газ; 7 – основной металл; 8 – капли расплавленного металла; 9 – наплавленный металл

Наиболее распространена наплавка в среде углекислого газа плавящимся электродом (рис. 8.3). Она в 1,2–1,5 раза экономичнее наплавки под слоем флюса, а производительность при этом на 25 – 30 % выше. На­плавка в СО₂ обеспечивает хорошее формирование шва, наплавленный металл получается плотным, зона термического влияния невелика. Благодаря последнему пре­имуществу этот способ применяют для наплавки неже­стких деталей малого диаметра (например, 10 мм).

Питание углекислым газом осуществляют по схеме баллон → подогреватель → осушитель → понижающий редуктор → ротаметр → наплавочный аппарат (горелка). Подогрев и осушение углекислого газа необходимы для предотвращения возможной закупорки льдом от­верстий в редукторе вследствие расширения газа и увеличения влажности. Для снижения давления СО₂, подаваемого в зону дуги, с 5,0 – 5,5 до 0,05 – 0,20 МПа используют понижающий редуктор с манометрами вы­сокого и низкого давления. По шкале ротаметра опре­деляют расход газа.

Рис. 8.4. Принципиальная схема установки для дуговой наплавки в среде углекислого газа: 1 – кассета с проволокой; 2 – подающий механизм, 3 – ротаметр; 4 – редуктор; 5 – баллон с углекислым газом, 6 – наплавочная головка; 7 – рукав, 8 – источник питания дуги, 9 – амперметр, 10 – вольтметр, 11 – наплавляемая деталь, 12 – патрон вращателя, СЦО – система циркуляционного охлаждения

Известны два варианта механизации наплавки. В первом случае механизированы все дета­ли, включая подачу СО₂ и электродной проволоки, относительное перемещение горелки и наплавляемой детали. В другом – механизирована подача СО₂ и электродной проволоки, а относительное перемещение горелки и направляемой детали осуществляют вруч­ную.

Сварку (наплавку) в углекислом газе, как правило, проводят при постоянном токе обратной полярности с жесткой внешней характеристикой источника тока. Под действием высокой температуры дуги углекислый газ диссоциирует на окись углерода и атомарный кис­лород: СО₂ → СО + О. Выделение газообразного веще­ства СО приводит к образованию пор в окисленном, вязком металле сварочной ванны.

Атомарный кислород обладает высокой химической активностью и окисляет зону сварки. Для устранения его вредного влияния необходимо применять раскислители, например кремний, марганец, титан, вводимые в состав электродной проволоки. Они взаимодействуют с оксидами железа по реакциям

2 FeO + Si = SiО 2 + 2 Fe,	(8.2)
FeO + Mn = MnO + Fe.	(8.3)

Оксиды SiО₂ и MnO не растворяются в жидком метал­ле и, взаимодействуя друг с другом, образуют легко­плавкие соединения (шлаки), которые всплывают на поверхность сварочной ванны. Практика показывает, что присутствие в металле электродной проволоки бо­лее 0,2 % кремния и более 0,4 % марганца предупреж­дает образование пор.

Таким образом, при наплавке в среде углекислого газа используют проволоку, содержащую марганец, кремний, титан. В странах СНГ используют, например, проволоку сплошного сечения Св-10ХГ2С, Св-10ГСМТ, Св-10Х13, Св-18ХГСА, Нп-2Х14, Нп-30ХГСА. Приме­няется также порошковая проволока, например ПП-18Т, ПП-19Т, ПП-4Х2В8Т и др. Для наплавки изношенных деталей машин, изготовленных из мало- и среднеуглеродистой стали (за исключением деталей, работающих в абразивной среде), лучшей является проволока марки Нп-30ХГСА.

Основными технологическими параметрами наплавки в среде СО₂являются состав электродного материала, напряжение дуги, сила и полярность тока, скорость наплавки и подачи электродного материала, шаг на­плавки, диаметр и вылет электрода, а также расход защитного газа. Состав электродного материала выби­рают с учетом требуемых физико-механических свойств наплавленного покрытия.

При повышении напряжения увеличивается длина дуги, соответственно возрастает путь капельного пере­носа металла через дуговой промежуток, что способст­вует интенсивности его окисления, разбрызгивания и выгорания марганца и кремния. Низкое напряжение дуги вызывает чрезмерное усиление швов и высокие подрезы. Основные технологические параметры рас­сматриваемого процесса и наплавки под флюсом почти не различаются.

На ряде предприятий для восстановления деталей машин используют автоматическую наплавку в среде углекислого газа с направленным охлаждением. Сущность способа заключается в том, что на наплавленный в среде углекислого газа металл (температура его долж­на быть равна или выше температуры закалки) пода­ется охлаждающая жидкость (5%-ный раствор кальцини­рованной соды в воде), которая обеспечивает закалку нанесенного слоя. Изменяя место подвода охлаждающей жидкости в зависимости от химического состава электродной проволоки, можно регулировать твердость наплавленного металла в пределах 27 – 51,5 HRC(без дополнительной термообработки).

Наплавка в среде углекислого газа занимает ведущее место среди других способов наплавки. Это объясняется ее существенными преимуществами: хорошее формирование шва (наплавленный металл плотный); интенсивный отвод тепла из зоны сварки (деталь на­гревается незначительно, что обеспечивает возможность наплавки тонкостенных и нежестких изделий без деформации и разрушения); высокая производительность процесса в связи с отсутствием потерь тепла на плав­ление флюса (на 25 – 30 % выше, чем при наплавке под флюсом); экономичность, простота конструкции оборудования; отсутствие необходимости удаления шлаковой корки, дестабилизирующей горение дуги.

Недостатками технологии наплавки в среде СО₂ яв­ляются разбрызгивание металла, сравнительно низкие твердость и износостойкость наплавки, так как леги­рование наплавляемого металла через флюс не имеет места; окисляющее действие CO₂ требует применения специальной проволоки, легированной кремнием и марганцем; необходимость транспортировки баллона с СО₂; необходимость защиты сварщика от излучения электрической дуги.

Дата добавления: 2015-05-06