Материалы для наплавки
В данной статье будут рассмотрены материалы для наплавки применяемые при сварочных работах.
Легирование наплавленного металла
При наплавке под флюсом существует несколько способов получения легированного металла заданного химического состава, обладающего требуемым комплексом свойств., рис. 32.
Кроме приведенных способов, металла можно укладкой на поверхность изделия легированного присадочного прутка, насыпкой порошка, нанесением паст. Процесс наплавки можно вести по слою легированной шихты, которая через специальные дозаторы подается впереди дуги.
Для этих целей разработана специальная аппаратура, подробную характеристику которой можно найти в соответствующих каталогах по сварочному оборудованию.
На рис. 33 показана схема проведения процесса, которая позволяет в широких пределах изменять состав наплавляемого металла, производить наплавку высоколегированных материалов на низкоуглеродистый и аустенитный подслой с дополнительной присадкой специальных карбидов. Этот способ легирования может осуществляться и ленточными электродами в виде цельнокатаной, металлокерамической и порошковой лент.
При сварке в среде защитных газов химический состав наплавляемого металла регулируется изменением легирующих элементов в электродном металле.
Большими возможностями легирования обладает процесс наплавки металлокерамическими и порошковыми лентами. Применение таких материалов позволяет практически получить наплавленный металл любого химического состава при более широком диапазоне режимов.
Диапазоны режимов для способов, показанных на рис 32, приведены на рис 34.
Способы, показанные на рис 32 а и б, обеспечивают широкий диапазон режимов рис 34 а и б, поэтому случайные колебания силы тока и напряжения дуги, неизбежные при наплавке в производственных условиях, незначительно влияют на химический состав наплавленного металла. Способ показанный на рис 32 в, обеспечивает узкий диапазон допустимых режимов; случайные отклонения от заданного состава здесь вероятней, чем при использовании легированной проволоки.
Наплавка по слою легирующих примесей рис 32 г, позволяет получить заданный состав только в очень узком значении диапазоне режимов. Наибольшие отклонения силы тока и напряжения от требуемых величин неизбежно приводит к недопустимым отклонениям состава наплавленного металла.
Материалы для наплавки — электродная проволока
В настоящее время для сварки и наплавки применяют стандартные холоднокатаные ленты из низкоуглеродистой, инструментальной, пружинной и коррозионно-стойкой стали, ленты из никеля, никонеля, монель-металла, меди, бронзы, а также металлокерамические и порошковые ленты. Для получения наплавленного металла высокой твердости с содержанием до 0,35% С и до 14% Сr используют твердосплавные материалы, спеченные металлокерамические и порошковые ленты.
В зависимости от требуемой твердости и других свойств наплавленного металла можно применять холоднокатаные ленты из сталей 40, 50, 50Г, 65Г, 50ХФА, 10Х13, 20Х13 и др.
Для восстановления деталей из углеродистых сталей наиболее часто применяют стальную холоднокатаную ленту из низкоуглеродистой стали )* кп (ГОСТ 503-81 если нет более свежего выпуска). Лента поставляется промышленностью у рулонах, максимальная ширина которых равнв 400 мм; толщина ленты может быть разной.
Химический состав некоторых холоднокатаных лент из углеродистых сталей приведен в табл 14, ГОСТ 1050-74 (если нет более свежего выпуска).
Наплавку коррозионно-стойких сплавов осуществляют лентами из стали аустенитного, ферритного, аустенитно-мартенситного и мартенситного классов. Химический состав применяемых для наплавки холоднокатаных лент из коррозионно-стойких сталей приведен в табл. 15.
Размеры и условия поставки лент из коррозионно-стойких сталей такие-же, как и лент из стали 08 кп.
Вследствие высоких антикоррозионных свойств никелевых сплавов в сварочной технике применяют ленты из чистого никеля и сплавов монеля и инконеля.
Химический состав никеля и никелевых сплавов приведен в табл. 16.
Для наплавки цветных сплавов применяют ленты из безоловянных бронз , табл 17, оловянных бронз , табл 18., а также из меди и алюминия.
Для наплавки используют холоднокатаные ленты шириной 20-100 мм. Применение узких лент не обеспечивает высокой производительности, а очень широкие ленты образуют большую сварочную ванну, причем поверхность наплавки при этом получается, как правило, неровной. Наиболее часто применяют ленту шириной 60 мм.
Металлокерамические ленты, предназначенные для высокопроизводительной механизированной наплавки под флюсом теплостойких, износостойких и коррозионно- стойких сплавов, изготовляют прокаткой порошкообразной шихты соответствующего состава с последующим ее спеканием. Применение лент из прессованных порошков позволяет получить для наплавки электродный материала практически любого химического состава. Спеченная таким образом электродная лента обладает высокой прочностью и достаточной гибкостью.
Применение металлокерамических лент экономически целесообразно, особенно для наплавки труднодеформируемых и высоколегированных сталей и сплавов. Значительно повышается долговечность быстроизнашиваемых деталей (прокатных валков, плунжеров гидропрессов, деталей грузовых автомобилей и нефтехимического оборудования).
Химический состав наплавленного металла некоторых металлокерамических лент приведен в табл. 19 (ТУ ИЭС им. Е.О. Патона).
Для наплавки износостойких сплавов применяют ленты 70Х3НМ и 5Х4В3ФС, для антикоррозионно-стойких наплавок сплавы монель-металл, инконель 606; инконель -718, хромоникелевую ленту ОЗХ21Н9Т, особостойкую к межкристаллической коррозии О6Х21Н9Т, а также стали 20Х10Г10, 10Х10Г10Т, 25Х25Н16Г7Т, 1Х14Н3, 1Х12Н2В2Ф и др.
Ширина выпускаемых промышленностью металлокерамических лент 30-80 мм(через 5 мм), толщина 0,8-1,2 мм. Лента поставляется в рулонах массой до 50 кг.
Материалы для наплавки — порошковая проволока
Вместо сплошной проволоки сложного химического состава применяют порошковую, изготовленную из низкоуглеродистой стальной ленты, свернутой в трубку, внутрь которой помещают шихту – порошкообразный сердечник, состоящий из смеси ферросплавов, железного порошка, графита и других компонентов.
Обычно применяют ленту размерами 15х0,8; 15х0,5; 18х0,5;18х0,8; 12х0,6;10х0,6; 9х0,4 мм. Для расчета состава шихты порошковых проволок следует пользоваться существующими и хорошо зарекомендовавшими себя методиками, разработанными институтом электросварки им. Е.О. Патона и кафедрой сварки Уральского политехнического института им. С.М. Кирова.
Химический состав наплавленного металла зависит от состава шихты и соотношения количества шихты и ленты в проволоке. Составы некоторых порошковых проволок приведены в табл. 20.
Материалы для наплавки — порошковая электродная лента
Для широкослойной наплавки все большее применение находит порошковая электродная лента рис 35. , состоящая из двух или одной тонких (0,3-0,5 мм) стальных (сталь 08кп) лент и засыпанной между ними шихты. Шихту дляленты получают так же, как и для порошковой проволоки. Изготовляют порошковую ленту на специальных станках.
Порошковая лента состоит из оболочки из мягкой холоднокатаной ленты и сердцевины из смеси порошков графита, ферросплавов, чистых металлов и других компонентов. Порошковую ленту изготовляют из отдельных секций шириной 12-14 мм на специальном станке, азатем собирают в широкую ленту.
Широкое применение в промышленности находят порошковые ленты ИЭС им. Е.О. Патона. Ленты выпускаются шириной 30-60мм и толщиной 1,5-3,0 мм. Широкая порошковая лента, состоящая из одной секции, не всегда обеспечивает необходимую однородность наплавленного металла, так как при ее изготовлении трудно обеспечивать равномерное распределение материалов шихты по всему сечению ленты. Поэтому для наплавки преимущественно применяют ленту небольшой ширины (до 30 мм).
Наиболее часто используют порошковые ленты ПЛ-У30Х30Г3ТЮ, ПЛ-АН101 (ПЛ-У300Х25Н3С3), ПЛ-АН102 (ПЛ-30Х25Н4С4) и др.
Ленту марки ПЛ-У30Х30Г3ТЮ применяют для износостойких наплавок режущих органов землеройных машин, деталей строительных машин.
Механизированная наплавка пояса конуса и чаш засыпных аппаратов производится лентой ПЛ-У300Х25Н3С3-11, ПЛ-30Х25Н4С4. Этой лентой наплавляют режущие кромки грейферов, лопастей бетоносмесительных машин, катков тракторов, зубьев и ковшей погрузчиков и др.
Важным преимуществом этих порошковых лент является возможность их использования без применения флюсов или защитных газов. Это достигнуто за счет введения в ленту кроме легирующих элементов веществ, обеспечивающих хорошее раскисление сварочной ванны и связывание азота воздуха в стойкие нитриды. При наплавке лентой ПЛ-АН101 достигается минимальное разбрызгивание электродного металла и высокая однородность химического состава наплавленного металла.
Концентрация вредных выделений при наплавке лентой ПЛ-АН101 ниже, чем при наплавке другими порошковыми лентами. Составы некоторых порошковых лент приведены в табл. 21
и 23.
Флюсы для наплавки
Наибольшее применение имеют плавленые флюсы по ГОСТ 9087-81 (если нет более позднего выпуска). По строению частиц плавленые флюсы могут быть стекловидными и пемзовидными. Состав легирующих керамических флюсов приведен в табл. 22.
Классификация наплавочных сплавов
Состав наплавленного металла, обладающего полным комплексом физико-механических и технологических свойств, выбрать довольно сложно. Применяются две основные группы наплавочных материалов.
Первая группа- материалы, имеющие высокие физико-механические свойства, не изменяющиеся при работе или сохраняющиеся продолжительное время. К этой группе материалов относятся стали мартенситного, ледебуритного и аустенитного классов, высоколегированные чугуны, сплавы на основе кобальта и никеля.
Вторая группа – материалы, изменяющие свои свойства при приложении рабочих нагрузок. Это материалы нестабильного, мартенситно-стареющего и дисперсионно-твердеющего классов. В результате воздействия рабочих нагрузок в этих материалах протекают фазовые превращения, которые повышают физико-механические характеристики и снижают уровень остаточных напряжений, возникающих при наплавке и последующем охлаждении. В таких материалах фазовые превращения возникают, как правило, под действием пластических деформаций, которые нарушают стабильность структуры, вызывая появление новообразований.
В мартенситно-стареющих и дисперсионно-твердеющих сплавах процесс новообразований (выделение интерметаллидных фаз и др.) связан с изменением рабочей температуры. Повышение ее до определенных значений вызывает изменения в структуре материала.
Намечается тенденция к созданию композиционных износостойких сплавов, основу которых составляют карбиды тугоплавких металлов, заключенные в связке из никеля или тройных сплавов, например медь-никель-марганец.
Современная сварочная техника использует для наплавки сплавы весьма разнообразного состава. Они различаются по химическому составу, назначению и свойствам. Для классификации наплавленного металла принята стандартная система маркировки и разбивки на группы по химическому составу, безотносительно к назначению или способу наплавки.
