Наплавка металла электродом ручная дуговая и прочая: зубьев шестерни, рельсовых концов, порошки, расход

Виды наплавки металла

В настоящее время в промышленной и производственных сферах используется большое количество способов наплавки. Далее мы рассмотрим различные виды наплавления в зависимости от типа используемого наплавочного материала.

Ручная дуговая наплавка покрытыми электродами

Наплавка электродами с покрытием является наиболее универсальным методом, может осуществляться во всех пространственных положениях. Применяется как в промышленной отрасли, так и в бытовой сфере.

• Популярность данного способа обусловлена несколькими причинами: простота, удобство, гибкость, отсутствие необходимости в специальном оснащении.
• Основные недостатки: низкая производительность, тяжелые условия для исполнителя, нестабильность качества полученного слоя, большое проплавление основного материала.

Наплавление требует от исполнителя наличия определенных навыков. Необходимо при минимальном токе оплавить оба компонента.

С помощью определения состава металла подбирается тип электрода, а толщина и форма заготовок влияет на диаметр сварочного стержня. Если толщина наплавленного материала составляет менее 1,5 мм. — то диаметр прутка должен быть 3 мм. При толщине более 1,5 мм. — 4-6 мм.

Поверхность детали нужно очистить от различного рода загрязнений.

Необходимость предварительного подогрева и последующей термообработки также зависит от марки используемых электродов.

Наплавка изделий из стали осуществляется на постоянном токе обратной полярности.

Данный метод подразумевает применение различных схем наплавочных швов.

При работе с плоскими изделиями выделяют два основных вида:

• использование узких валиков (на картинке), каждый последующий валик должен перекрывать другой на 0,3-0,4 своей ширины;
• применение широких валиков, которые получаются при увеличенных поперечных движениях электрода.

Ещё одним видом является накладка узких валиков на некотором расстоянии друг от друга. Шлаковая корка удаляется после наложения нескольких валиков. Затем промежутки также заполняются валиками.

Наплавка изделий цилиндрической формы производится тремя способами:

1. валиками вдоль образующей цилиндра;
2. валиками по замкнутым окружностям;
3. по винтовой линии.

Подробнее наплавка цилиндров будет проанализирована далее.

ОЗН-6 используются для наплавки деталей оборудования различного назначения, эксплуатирующееся в условиях значительных ударных нагрузок и интенсивного изнашивания. Металл, наплавленный с помощью электродов данной марки, обладает повышенной стойкостью к образованию трещин.

Электроды ОЗИ-5 применяются для наплавления металлорежущего инструмента и штампов. Наплавленный металл обладает высокой стойкостью к смятию и истиранию при значительных ударных нагрузках.

Ручная дуговая наплавка также может проводиться угольными, графитовыми или вольфрамовыми электродами. Наплавление данными сварочными материалами имеет ограниченное применение, поэтому используется редко.

Вибродуговая наплавка выполняется путем вибрации электрода, амплитуда которой составляет 0,75-1,0 диаметра стержня. Процедура осуществляется на токе обратной полярности силой в 80-300 А. В моменты соприкосновения основного изделия и проволоки электрода происходит короткое замыкание, которое разогревает обе поверхности до температуры плавления.

Данный способ позволяет получить прочный и тонкий слой. При этом небольшой нагрев исключает деформацию детали.

Вибродуговой способ применяются для наплавления наружных и внутренних цилиндрических, наружных конических и плоских поверхностей. Также данный метод используется для восстановления следующих конструкций: шейки валов, штоки буровых насосов, замки бурильных труб и других.

Электрошлаковая наплавка основана на применении тепла, образующегося при прохождении тока через расплавленный шлак. Главная особенность данного метода — высокая производительность. За час работы исполнитель может получить сотни килограммов наплавленного металла. Другие характерные черты ЭШН: отсутствие разбрызгивания, экономичность расхода присадочных материалов и электроэнергии, низкие скорости нагрева и охлаждения отрицательно сказываются на структуре наплавленного слоя, небольшая склонность металла к образованию пор.

К сведению! Для получения стабильного процесса необходимо, чтобы глубина шлаковой ванны составляла не менее 30 мм. Несоблюдение этого правила приводит к неустойчивости процесса.

В качестве присадочного материала могут применяются электроды различного сечения: прутки, пластины и т.п.

Основные достоинства: процесс остается устойчивым в обширном диапазоне плотностей тока: 0,2-300 А/мм2, возможность наплавки слоев большой толщины за один проход, данный способ может применяться для работы с материалами, склонными к образованию трещин, возможность придавать наплавленному металлу нужную форму.

Главные недостатки: перегрев основного изделия в зоне термического влияния из-за большой погонной энергии процесса, необходимость сложного и уникального оборудования, невозможность получения тонких слоев, значительная длительность подготовки.

Автоматический комплекс плазменной наплавки SBI (Австрия)

В настоящее время активно используется метод плазменной наплавки. В качестве источника тепла выступает высокотемпературная сжатая дуга, получаемая в специальных горелках. Присадочным материалом может быть наплавочный порошок, лента, проволока, электрод и пр.

Плазменная наплавка с подачей в ванну двух плавящихся электродов обеспечивает высокую производительность.

Универсальным подвидом плазменной наплавки является наплавление с вдуванием порошка в дугу. При выполнении подобных работ применяется горелка комбинированного типа, которая выдает два вида дуги: прямая и косвенная. Наплавочные порошки при помощи транспортирующего газа подаются из питателя в горелку и там вдуваются в дугу. За время пребывания в дуге большая часть порошка расплавляется, и на поверхность основного изделия он попадает в виде капелек.

Рабочую поверхность перед началом наплавления следует зачистить от различных загрязнений: ржавчина, влага, окалина и масло.

При наложении первого наплавочного слоя каждый предыдущий валик нужно перекрывать на 20-30% его ширины.

• Основные преимущества: высокое качество наплавленного слоя, небольшая глубина проплавления основного металла, высокая прочность сцепления, возможность получения слоев малой толщины.
• Недостатки: сравнительно невысокий уровень производительности, наличие сложного оснащения.

Дуговая наплавка под флюсом имеет несколько характерных черт: высокая производительность, большая универсальность и широкие возможности легирования основного металла.

1. Широкое распространение имеет электродуговая наплавка лентой. Дуга, возникающая на торце электродной ленты, перемещается от одной кромки к другой. В результате этих циклических движений получается рассеянное тепловложение в основное изделие.

2. Многоэлектродная электродуговая наплавка. Суть процесса заключается в том, что дуга автоматически возникает на торце то одного, то второго электрода, которые расположены на некотором расстоянии друг от друга и имеют общий токопровод. Дуга перемещается с одного стержня на другой, приводя к попеременному расплавлению прутков.

3. Многодуговая электродуговая наплавка. Данный вид во многом схож с многоэлектродным способом. Только здесь количество электрических дуг соответствует количеству электродов.

4. Вибродуговая наплавка под флюсом подразумевает выполнение процесса с помощью колебательных движений электрода.

Кроме уже перечисленных достоинств, дуговое наплавление под флюсом имеет следующие преимущества: малые потери электродного металла, отсутствие излучения.

Недостатки: большое проплавление основного металла, необходимость применения флюсоформирующих устройств, наплавку возможно проводить только в нижнем пространственном положении, при работе с деталями малого диаметра и глубокими внутренними поверхностями имеются затруднения по удалению шлаковой корки.

Наплавка в среде защитных газов

Наиболее популярным методом является наплавка плавящимся электродом в среде углекислого газа, который характеризуется доступностью и дешевизной. Данный способ позволяет работать с деталями небольших диаметров и наносить на них слои толщиной от 0,5 до 3,5 мм.

• Основные достоинства: отличное качество наплавленного металла, высокая производительность.
• Недостатки: повышенный уровень разбрызгивания, для получения качественного дополнительного слоя необходимо применение специальной проволоки.

Наплавка в среде инертного газа проводится плавящимся и неплавящимся электродом.

В первом случае дуга возникает между электродом и основным металлом. Наплавление осуществляется в условиях автоматической подачи электродной проволоки. В качестве защитной среды выступает смесь аргона с кислородом или углекислым газом.

В качестве неплавящихся электродов во втором случае выступают графитовые, угольные или вольфрамовые (на картинке) электроды. Присадочный материал вводится в зону дуги в виде проволоки или порошка. При наплавке угольным прутком наплавочные порошки насыпают на основную поверхность, а после расплавляют.

Дуговая наплавка порошковыми лентами и проволоками

Данный метод не требует использования флюса или защитных газов. Поэтому основными характеристиками этого способа являются простота и маневренность.

Также для исполнителя создается возможность работать с деталями сложной формы, глубокими внутренними поверхностями, элементами малого диаметра и т.д.

Стабильность дуги и защита расплавленного металла от азота и кислорода из воздуха гарантируются за счет наличия необходимых компонентов сердечника электродного материала.

Газовая наплавка

В данном методе в качестве источника тепла используется газовое пламя, производящееся специальными горелками. Наплавочными материалами могут быть проволоки, стержни и прутки. Процесс наплавления с участием данных материалом практически не отличается от электродуговой наплавки.

Наплавка зубьев шестерни

Шестерня является деталью многих механизмов и машин, использующихся в различных отраслях. Наиболее распространенными дефектами данного элемента является изнашивание зубьев по длине и толщине, выкрашивание, образование задир, трещин и царапин. Наиболее эффективный способ восстановления — наплавка изношенных деталей.

При поломке не более двух зубьев подряд в не особо ответственных механизмах допускается ремонт, включающий следующие процедуры: дефективные зубья вырубают, по ширине зуба просверливают 2-3 отверстия, в них нарезают резьбу, изготавливают шпильки и вворачивают их в подготовленные отверстия, шпильки приваривают к шестерне и наплавляют металл электросваркой, наплавленному слою придают форму зуба.

Восстановление изношенных зубьев шестерен также может осуществляться специальными электродами для наплавки, например ОЗН-300. Перед работами изделие очищается от загрязнений.

Как это делается. Номинальные размеры зубьев выдерживаются с помощью медного шаблона, изготовленного по ненарушенному зубу.

При восстановлении шестерен с несколькими дефективными зубьями осуществляют ремонт только с поношенной стороны зуба. Для этого применяются сплавы сормайт, наплавка проводится газовым или электродуговым методом. Наплавка осуществляется электродами ЦС-1 и ЦС-2. Работа выполняется на постоянном и переменном токе обратной полярности. Затем зубья шлифуют.

Схемы наплавки слоев у зуба и впадины шестерни

Также исполнитель может применять сталинит — порошкообразный сплав, расплавляется угольным или стальным электродом на постоянном токе обратной полярности. Затем порошок в пластичном состоянии наносится на деталь слоем толщиной 3-4 мм. В качестве флюса следует использовать буру.

Для ремонта торцов зубьев с износом по длине 2,2-8,2 мм. рекомендуется применять автоматическую наплавку каждого изношенного зуба по отдельности. Процесс осуществляется порошковой проволокой под флюсом. Наплавленный металл формируется в медной охлаждаемой форме.

Наплавка цилиндров и плоскостей

1. Наплавка электродами с обмазкой осуществляется тремя способами: а) валиками вдоль образующей цилиндра (продольная наплавка); б) валиками по замкнутым окружностям (круговая наплавка) и в) по винтовой линии.

Изделия малого диаметра и значительной длины следует обрабатывать первым способом. На очищенную поверхность наплавляют валик. Затем деталь поворачивают на 180° и на противоположной стороне наплавляют второй валик. После изделие поворачивают на 90° и наплавляют третий валик, через 180° — четвертый. Далее наплавляется пятый валик, который перекрывает первый. Следует отметить, что перед наложением следующего валика, предыдущие необходимо очистить от шлака.

Второй способ подразумевает, что деталь должна поворачиваться вокруг своей оси в течение всего рабочего процесса. Последний вариант является особенно удобным в случае механизированной наплавки, при которой деталь в процессе наплавки равномерно вращается.

2. Автоматическая наплавка под флюсом обеспечивает получение износостойкого слоя. Данный метод может проводиться сварочной или порошковой проволокой, ленточным электродом, порошковой лентой. Здесь следует выделить два способа: наплавление производится по образующей или по винтовой линии.

Для восстановления плоских изделий требуется охват больших площадей с минимальным проплавлением основного металла.Небольшое видео с наплавкой лемехом позволит иметь представление об операции.

Применяются узкие валики; каждый последующий валик располагается с перекрытием предыдущего на 0,3-0,4 его ширины; шлак удаляется сразу со всех наплавленных валиков.

Укладка узких валиков на некотором расстоянии один от другого является одним из простейших способов. Шлак следует удалять после наложения нескольких валиков. После этого валики наплавляются и в промежутках.

Широкослойная наплавка является более совершенной технологией. Электроду сообщается поперечные колебательные движения.

Повышенной производительностью отличаются многоэлектродное наплавление и наплавка электродной лентой.

Для получения износостойкого слоя следует выполнять наплавку порошковой проволокой и лентой открытой дугой. При этом электроду сообщается поперечные колебания с нужным размахом. Данный случай характеризуется отсутствием шлаковой корки значительной толщины.

При электрошлаковом наплавлении в качестве электродного материала может применяться порошковая проволока или проволока сплошного сечения.

Наплавка металлорежущего инструмента и штампов

Первый вариант подразумевает применение электродов. Металлорежущий инструмент и штампы работают при холодной и горячей штамповке, поэтому их следует восстанавливать при помощи следующих марок электродов: ОЗИ-3; ОЗИ-5; ОЗИ-6; ЦС-1; ЦИ-1М. Наплавленный подобными материалами слой обладает высоким уровнем сопротивляемости к истиранию и смятию при больших нагрузках и высоких температурах (до 650-850°C). Изделие перед наплавлением нужно подогреть до 300-700°С. Наплавление выполняется в 1-3 слоя, толщина составляет 2-6 мм.

Предлагаем посмотреть на видео демонстрацию испытания наплавки электрода Zeller 769.

Автоматический и полуавтоматический способы осуществляется легированной проволокой с использование флюсов или паст.

Наплавка деталей, работающих на истирание с ударными нагрузками и без ударных нагрузок

Сварочные электроды для наплавки ОЗН-400М

Преимущества ОМГ-Н: соответствуют государственным стандартам, наплавление может проводиться постоянным и переменным током обратной полярности.

ЦНИИН-4 является одной из самых востребованных и ходовых марок.

Металл, наплавленный стержнями ОЗН-7М при многослойном наплавлении, имеет повышенную стойкость к образованию трещин.

Достоинства ОЗН-400М: высокая производительность, наплавленный металл характеризуется повышенной твердостью.

Плюсы ОЗН-300М: наплавленный металл обладает повышенной стабильность показателей износостойкости и твердости, наплавка выполняется постоянным и переменным током обратной полярности.

Примером таких деталей могут служить элементы строительного и землеройного оснащения.

Для наплавки деталей, эксплуатирующихся на истирание и без ударных нагрузок применяются следующие марки электродов.

Для получения наплавленного слоя особой твердости нужно использовать наплавочные электроды Т-590 и Т-620. Данные марки предназначены для ремонта деталей, работающих на интенсивное истирание. Благодаря особому покрытию, в состав которого входят феррохром, ферротитан, ферробор, карбид бора и графит, твердость наплавленного металла может достигать 62-64 HRC.

Ремонт изделий из различных металлов и сплавов также обладает собственными специфическими характеристиками.

Наплавка нержавеющих сталей

Наиболее востребованными электродами для наплавления коррозионностойких сталей являются марки ЦН-6Л, ЦН-12М-67. Стержень подобных материалов представляет собой нержавеющую высоколегированную проволоку. Наплавленный металл обладает следующими характерными чертами: высокая коррозионная стойкость, устойчивость к задиранию.

С особенностями сварочного процесса нержавеющих сталей можно ознакомиться в  статье «Сварка нержавейки».

Наплавка чугуна и его сплавов

Электроды ЦЧ 4.

ОЗЧ-2 предназначены для наплавления ковкого и серого чугуна.

Электроды МНЧ-2 обеспечивают плотность и чистоту наплавленного слоя (после обработки).

ОЗЖН-1 и ОЗЖН-2 применяются для работы с серым и высокопрочным чугуном.

Электроды ЦЧ-4 обладают хорошими сварочно-технологическими показателями: легкость зажигания и стабильность горения дуги, малое разбрызгивание.

Некоторые марки являются универсальными, с их помощью можно наплавлять различные виды чугуна: ковкий, серый и т.д. Большая часть предназначена для определенных видов сплавов. С полным перечнем электродов для наплавления чугуна можно ознакомиться в соответствующем разделе.

Изделия из технически чистой меди наплавляют электродами Комсомолец-100 или присадочными прутками, состав которых близок к составу основного металла. Рекомендуется применять предварительный нагрев до 300-500°С. Если температура меди превышает 500°С, то наплавленный слой нужно подвергнуть проковке.

При необходимости наплавки бронз, лучше использовать электроды ОЗБ-2М. Наплавленный металл обладает высокой поверхностной износостойкостью.

Наплавка меди и её сплавов производится постоянным током обратной полярности исключительно в нижнем пространственном положении.

С марками электродов, предназначенных для сварки меди и её сплавов, можно ознакомиться в соответствующем разделе.

Электроды ОЗА-1.

Наиболее эффективным способом восстановления является дуговая наплавка. Для изделий и конструкций из алюминия и его сплавов предназначены электроды марок ОЗА, ОЗАНА и УАНА.

Расходники ОЗА-1 обеспечивает получение металла с высокой коррозионной стойкостью.

Специальное покрытие электродов ОЗАНА-1 позволяет нормализовать процесс и разрушить оксидное покрытие, образующееся на алюминиевых изделиях во время работ.

Для регулирования структурного состава наплавленного металла следует использовать порошковые электроды. Электроды данного типа позволяют создавать не только наплавленный слой равнопрочный основному металлу, но и слой со значительно улучшенными характеристиками.

Полный перечень электродов для сварки алюминия и его сплавов представлен в соответствующем разделе.

Расход материалов

Для определения стоимости готового изделия важно правильно рассчитать расход наплавочных материалов. Расчеты ведутся в соответствии с принятыми нормами для каждого определенного вида работ и материалов. Также знание точного количества необходимых расходников сможет обеспечить непрерывность процесса и создать запасы материалов.

G = F * y * L, где:F — площадь поперечного сечения сварного шва (в мм2)y — удельная масса металла (г/см3)L — длина сварного шва составляет 1 метр.

Благодаря данной формуле любой исполнитель сможет произвести расчет массы наплавленного металла при сварке.

Расчет электродов для наплавки также является значимым количественным параметром. Исполнителю не требуется выполнять вычисления, чтобы определить данную величину. Каждая марка сварочных материалов имеет собственный показатель — расход электродов при наплавке 1 кг. металла варьируется в диапазоне от 1,4 до 1,8 кг.

Выполнять расчет массы наплавленного металла шва за погонный метр также не требуется. Согласно ГОСТу каждая форма сварного шва из углеродистых и низколегированных сталей, выполняемого ручной электродуговой сваркой металлическим плавящимся электродом и сваркой в углекислом газе имеет среднее значение данного параметра.

Электроды для наплавки

Заводы-изготовители и компании-продавцы предлагают большой спектр специальных электродов для наплавки. Наиболее востребованными наплавочными материалами являются электроды от следующих производителей: «СпецЭлектрод» (Москва), «ЛЭЗ», «Спецэлектрод» (Волгодонск), «СЗСМ», ESAB, Lincoln Electric. Широкий ассортимент предлагаемых расходников позволяет исполнителю выбрать оптимальный вариант электродов для выполнения конкретных работ. Полный перечень представлен в разделе «Электроды для наплавки поверхностей слоев с особыми свойствами».

Услуги по наплавке

Многие предприятия, работающие в отрасли обработки металлов, предлагают соответствующие услуги. Компании осуществляют услуги по наплавке на профессиональном уровне, с помощью специализированного и современного оборудования, работниками с обширным опытом и знаниями. Мастера могут осуществить обработку изделий различных габаритов.