13.1. Автоматичне електродугове наплавлення під флюсом

Теорія і практика технологічного процесу механізації електродугового на­плавлення під флюсом були розроблені відомим українським ученим академі­ком Є.О. Патоном. Сьогодні успішно працюють над удосконаленням цього ме­тоду його учні в Інституті електрозварювання Національної Академії наук Укра­їни імені Є.О. Патона.

У технологічному процесі електродугового наплавлення під флюсом меха­нізовані два основні прямування електрода, зокрема, подача його в міру оплав­лення до деталі і переміщення уздовж зварювального шва.

Електродуговим наплавленням під флюсом відновлюють деталі з досить великим зносом - до 5 мм, використовуючи наплавляючий пристрій. Основною його складовою частиною є обертач, що забезпечує закріплення та обертання деталі під час наплавлення і переміщення наплавочного апарата відносно дета­лі, яку відновлюють. На практиці в якості обертача використовують спеціально переустаткований токарний верстат. В його патроні або в центрах закріплюють

деталь, а на супорті встановлюють наплавочний апарат типу А-580, ОКС-10315, ОКС-1252М, ПАУ-1, АБС, А-384, А-409.

Наплавочний апарат складається з механізму подачі дроту, що забезпечує плавну зміну швидкості подачі електрода, мундштука, який підводить дріт до деталі, і флюсоапарата, що являє собою бункер із засувкою для регулювання кі­лькості флюсу і флюсопроводом. Як видно з рис. 13.1, електродний дріт 4 по­дають з касети 2 роликами механізму подачі наплавочного апарата 1 в зону го­ріння електричної дуги. Прямування електрода уздовж зварювального шва до­сягають за рахунок одержання деталі 5. Переміщення електрода за довжиною поверхні, що відновлюється, забезпечують за рахунок поздовжнього руху супо­рта верстата. Наплавлення виконують гвинтовими валиками із взаємним їх пе­рекриттям на одну третину. Флюс в зону горіння дуги надходить з флюсоапарата 3.


Під час автоматичного наплавлення електрична дуга горить не на відкри­тому повітрі, як це відбувається при ручному зварюванні, а під шаром розплав­леного флюсу. Як показано на рис 13.2, між електродом 1, що проходить через мундштук, і основним металом деталі 4 збуджується електрична дуга. У зону горіння дуги по флюсопроводу 7 надходить флюс. Теплова енергія, що виникає під час горіння електричної дуги, оплавляє електрод і розплавляє флюс. Гази, що виділяються під час горіння дуги, утворюють над зварювальною ванною флюсовий пухир, до складу якого входять газова оболонка і розплавлений флюс 2.


У зоні зварювання тиск газів завжди вищий, ніж атмосферний, що переш­коджає доступу повітря до розплавленого металу 3. Під час переміщення зва­рювальної ванни наплавлений метал 5 застигає і формується під захисною шла­ковою кіркою 6.

Наплавлення металу під флюсом забезпечує найбільш високу якість напла­вленого металу, бо зварювальна дуга і ванна рідкого металу повністю захищені від шкідливого впливу кисню і азоту, що знаходяться в навколишньому середо­вищі. Повільне охолодження сприяє найбільш повному видаленню із наплавле­ного металу газів і шлакових з'єднань. Повільне охолодження наплавленого ме­талу також забезпечує сприятливі умови для найбільш повного протікання ди­фузних процесів і, отже, легування металу через дріт і флюс. Цілком виключа­ється можливість розбризкування металу. Причиною розбризкування металу, як відомо, є реакція відновлення окису заліза вуглецем з утворенням вуглекислого газу. Можливість протікання цієї реакції під час електродугового наплавлення металу під флюсом майже повністю виключається, бо окислення металу не від­бувається.

При автоматичному електродуговому наплавленні під флюсом заданий ре­жим майже не змінюється, тому за кожен проміжок часу розплавлюють визна­чену кількість електродного металу і флюсу. Це дозволяє одержувати наплавле­ний метал рівномірним за хімічним складом і властивостями. Якість наплавле­

ного металу і його зносостійкість залежать від вибору режиму наплавлення, ма­рки електродного дроту і флюсу. Вибір режиму наплавлення характеризують такими параметрами: діаметром електрода (електродного дроту), напругою ду­ги, силою зварювального струму, швидкістю наплавлення, швидкістю подачі дроту, вильотом електрода, кроком наплавлення, зміщенням електрода із зеніту.

Діаметр електродного дроту вибирають залежно від діаметра деталі, яку ві­дновлюють. Для наплавлення деталей транспортних засобів використовують електродний дріт діаметром 1,6... 2,5 мм.

Під час наплавлення під флюсом найбільшого розповсюдження одержав постійний струм із зворотною полярністю, бо з його використання можна одер­жати більш високі показники стабільності і якості технологічного процесу. На­пруга електричної дуги тісно зв'язана із силою зварювального струму. Зростан­ня сили струму сприяє підвищенню напруги електричної дуги. Із зростанням напруги дуги збільшується ширина наплавленого валика і зменшується його ви­сота. Для того, щоб одержати добре формування наплавленого валика, напруга дуги повинна знаходитись у межах 25...35 В. Її вибирають, використовуючи формулу:

U = 21 + 0,04Ізв, (13.1)

де U - напруга дуги, В;

Ізв - сила зварювального струму.

Сила зварювального струму впливає на глибину проплавлення, розміри ва­лика наплавленого металу і продуктивність технологічного процесу. Глибину проплавлення визначають, використовуючи формулу:

h = k ■ J—Із^т, (13.2)

де h - глибина проплавлення, мм;

k - коефіцієнт пропорційності;

Vjj, - швидкість наплавлення, мм/хв. Із зростанням сили зварювального струму збільшується глибина проплав­лення. Підвищення напруги дуги сприяє більшій рухомості електричної дуги, що незначно зменшує глибину проплавлення і робить наплавлений валик більш широким. Збільшення глибини проплавлення призводить до зростання дефор­мації деталі, тому вона є небажаною.

Автоматичне наплавлення під флюсом відзначається високою продуктивні­стю технологічного процесу. Залежно від величини зварювального струму про­дуктивність процесу наплавлення під флюсом лежить у межах 1,5...10 кг/год.

Силу зварювального струму вибирають залежно від діаметра електрода за спеціальними таблицями (номограмами) й визначають за допомогою однієї з формул:

Ізв = 1Ше + 10d; Ізв = 40 ■ Vd, (13.3) де dt; - діаметр електрода, мм;

d - діаметр деталі, мм. Швидкість переміщення електричної дуги, або швидкість наплавлення обумовлює ширина і глибина наплавленого валика, оптимальне значення якого знаходиться в межах 12...45 м/год. Під час збільшення швидкості наплавлення зменшується ширина наплавленого валика і глибина проплавлення. Її визнача­ють за формулою:

де v н - швидкість наплавлення, м/год.; Кн - коефіцієнт наплавлення, г/(Агод.);

F - площа поперечного перерізу наплавленого валика, см2; зокрема, при

d = 1,2...2 мм F = 0,06...2 см2; у - щільність металу шва, г/см . Коефіцієнт наплавлення під час автоматичного наплавлення під флюсом за рахунок більш ефективного використання теплової енергії в 1,5 рази більший, ніж при ручному наплавленні і знаходиться в межах 14.15 г/(А год.).

Коефіцієнт наплавлення характеризує питоме значення швидкості наплав­лення. Його визначають за допомогою формули:

K н = 2,3 + 0,065 ■ ^. (13.5) d

Швидкість подачі електродного дроту залежить від його діаметра і сили зварювального струму. Для електродного дроту діаметром 1,6...2 мм, коли сила зварювального струму 140.360 А, швидкість подачі електродного дроту знахо­диться в межах 75... 180 м/год. Оптимальне значення швидкості подачі ефект-родного дроту встановлюють в момент його повного розплавлення і визначають

наплавлення знаходять за допомогою формули:

S = ( 2... 2,5)-1 ■ d

(13.7)


нього входять.

Шлакоутворюючі речовини, зокрема, марганцева руда, польовий шпат, кварц, плавиковий шпат та ін. утворюють шлакову кірку, яка так необхідна для захисту металу від окислення під час його охолодження і покращання форму­вання шва металу.

Розкислюючі й легувальні речовини, зокрема, феромарганець, феротитан, ферохром, алюміній і таке ін. спричиняють розкислення зварювальної ванни і легування її відповідними елементами.

Газоутворюючі речовини (зокрема, крохмаль, декстрин, деревна мука і таке ін. під час нагрівання розкладаються з виділенням значної кількості чадного і вуглекислого газів, що витісняють повітря із зони горіння електричної дуги.

Іонізуючі речовини (зокрема, сода, поташ, двоокис титану) створюють лег-коіонізуючі гази, що стабілізують горіння електричної дуги.

Флюси поділяються на плавлені й керамічні флюси і флюсосуміші. До пла­влених флюсів відносяться флюси марок АН-20, АН-28, АН-60, АН-348А, ОСУ-45. Плавлені флюси виготовляють шляхом сплавлення у спеціальних пе­чах стабілізуючих і шлакоутворюючих елементів із наступною їх грануляцією. Але до складу цих флюсів не входять легувальні добавки, що не сприяє підви­щенню міцності й зносостійкості наплавленого металу.

Плавлені флюси мають невисоку вартість, забезпечують якісний захист ме­талу і його легування марганцем і кремнієм. Покращення фізико-механічних властивостей наплавленого металу досягають методом підбору відповідного електрода. Так, під час наплавлення деталей високовуглецевим дротом Нп-65 під флюсом АН-348А одержують наплавлений метал із твердістю НВ 280... 300, а під час наплавлення дротом Нп-30ХГСА під флюсом АН-20 твердість підви­щується до НВ 310...320.

Керамічні флюси АНК-18, АНК-19, ЖСН-1, крім стабілізуючих і шлако-утворюючих елементів, містять легувальні добавки - феросплави, які під час наплавлення маловуглецевим дротом забезпечують високу твердість і зносо­стійкість наплавленого металу. Феросплави мають температуру плавлення в 1,5.2 рази вищу, ніж інші елементи. Тому ці флюси виготовляють не сплавлен­ням, а за спеціальною технологією. Суть її полягає в тому, що складові елемен­ти цих флюсів роздрібнюють, просівають, змішують у відповідних пропорціях з добавкою зв'язуючої речовини, наприклад, рідкого скла. Одержану масу грану­люють, підсушують і прожарюють при температурі 300... 400°С.

Керамічні флюси за рахунок того, що до їх складу входять феросплави, до­помагають легувати наплавлений метал хромом, титаном, алюмінієм та іншими металами. Вартість цих флюсів значно вища, ніж плавлених флюсів.

До флюсосуміші входять: дешевий плавлений флюс і добавки, стружки з чавуну, графіт і феросплави. Їх готують за такою технологією. Суміш розсте­люють шаром 15...20 мм на металевому листі, сушать 15...20 хв. при темпера­турі 100...120°С, а потім просівають через сито №16 і остаточно висушують при температурі 150.200°С протягом 3.4 годин.

Щоб позбутись сепарації добавок, яка призводить до нерівномірного роз­поділу легувальних елементів у наплавленому металі, використовують флюс-агломерат. Він складається з 75... 80% феросплавів і 20... 25% рідкого скла.

Змішуючи агломерат з флюсосумішами в заданих пропорціях, одержують легувальний флюс, використання якого дозволяє одержати наплавлений шар однакового хімічного складу, високої твердості та зносостійкості.

Як джерело постачання електричної енергії під час наплавлення під флю­сом використовують перетворювач ПСГ-500, випрямлячі ВС-300, ВДУ-504, ВС-600, ВДГ-301 із жорсткою зовнішньою характеристикою.

При наплавленні можливі такі дефекти:

нерівномірність ширини і висоти наплавленого валика внаслідок зносу ро­бочих поверхонь мундштука або роликів;

збільшений виліт електродного дроту;

нашарування металу внаслідок збільшеної сили зварювального струму або недостатнього зміщення електрода із зеніту;

наявність пор в наплавленому металі внаслідок підвищеної вологості флю­су (його сушать протягом 1.1,5 год. при температурі 250.300°С);

нестійка електрична дуга як наслідок ненадійного контакту.

Оцінюючи автоматичне електродугове наплавлення під флюсом як спосіб компенсації зносу деталей під час їх відновлення, необхідно відзначити такі йо­го переваги: висока продуктивність технологічного процесу, яка досягається за рахунок використання значної за величиною щільності струму і високого коефі­цієнта наплавлення, значна економічність, обумовлена зниженням питомої ви­трати електроенергії за рахунок зниження теплових втрат під час теплообміну електричної дуги із зовнішнім середовищем, можливість отримання шару на­плавленого металу значної товщини, рівномірність наплавленого шару покрит­

тя, а, отже, невеликі припуски на механічну обробку; можливість отримання за рахунок легування наплавленого металу з необхідними фізико-механічними властивостями, незалежність якості наплавленого металу від кваліфікації робіт­ника, покращання умов праці зварювальника за рахунок ліквідації ультрафіоле­тового випромінювання. До недоліків цього технологічного процесу слід від­нести: високе нагрівання деталі під час наплавлення, неможливість наплавлення деталей діаметром менше 40 мм через стікання наплавленого металу і труднощі утримання флюсу на поверхні деталі, важкість вилучення шлакової кірки, необ­хідність застосування термічної обробки наплавленого металу з метою підви­щення його зносостійкості.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я