Недостатки способа наплавки

Преимущества способа наплавки

Ленточным электродом

 

К характерным особенностям процесса наплавки ленточным электродом (рис. 1.3) по сравнению с наплавкой проволокой относятся:

- большая поверхность электрода, специфические условия его плавления и кристаллизации сварочной ванны,

- высокая эффективность расплавления электродного металла,

- высокая производительность процесса наплавки,

- незначительная и равномерная глубина проплавления основного металла,

- минимальная доля участия основного металла в наплавленном, обеспечивающая получение высокой степени легирования (т.е. требуемого химического состава в первом - втором наплавленных слоях) и повышение эффективности использования легирующих элементов ленточного электрода,

- получение наплавленного металла, однородного по составу и свойствам,

- достижение требуемого уровня и точности легирования каждого слоя при многослойной наплавке, а также необходимой контрастности свойств на границах слоев,

- получение за один проход плоского наплавленного слоя металла, достаточно большой ширины (примерно равной ширине ленты),

- рассредтоточенный ввод теплоты и более благоприятное ее воздействие на основной металл;

- изменение ширины наплавленного валика путем поворота ленты,

- меньшие по сравнению с наплавкой проволокой изменения относительной массы флюса при колебаниях параметров режима наплавки в широких пределах, что особенно важно при использовании легирующих флюсов,

- простота оборудования для реализации в промышленных условиях.

 

Преимущества способа наплавки ленточным электродом перед наплавкой проволокой в первую очередь проявляются в особенностях формирования наплавленного металла и проплавлении основного. Перемещающаяся по торцу ленты дуга и специфический характер плавления ленточного электрода уменьшают глубину проплавления основного металла по сравнению с наплавкой проволокой вследствие снижения местного теплового воздействия и давления дуги на сварочную ванну с одной стороны, и с другой – поступления в ванну капель электродного металла с меньшим теплосодержанием.

Эффективность широкослойной наплавки ленточным электродом в значительной мере зависит от целенаправленного варьирования технологическими характеристиками процесса, которые находятся в тесной взаимосвязи (форма, вылет, размеры электрода, режим наплавки, состав флюса и защитной среды, вид и характеристика источника питания и др.).

Применение технологии наплавки ленточными электродами различного сечения на оптимальных параметрах режима предполагает регулирование размеров и свойств наплавленного слоя в широком диапазоне. Одновременно с повышением производительности экономятся электроэнергия и наплавочные материалы, сокращаются затраты на последующую механическую обработку деталей.

Различные сочетания значений ширины и толщины лент даже при постоянной площади сечения, ее ориентация относительно вектора скорости наплавки, изменения профиля, а также комбинации из нескольких электродов могут существенно повлиять как на условия плавления электродного материала, так и на тепловложение в основной металл и управлять глубиной проплавления.

Широкое применение высокопроизводительной наплавки ленточным электродом во многом зависит от возможности обеспечения формирования слоя металла без дефектов (несплавлений, наплывов, краевых непроваров и шлаковых включений), а также получения требуемых геометрических параметров и свойств металла зоны сплавления.

Известно, что при наплавке весьма существенными являются характер легирования металла, однородность его химического состава и прочностных свойств. Процесс легирования наплавленного металла в первую очередь оценивается возможностью получения требуемого состава и эффективностью использования при этом легирующих компонентов наплавочных материалов. Поэтому, одно из главных направлений снижения потерь легирующих – уменьшение доли участия основного металла. Наплавка ленточным электродом обеспечивает незначительную глубину проплавления, что позволяет избежать большого разбавления наплавленного металла основным и добиться высокой степени легирования, а также получение наплавленного металла, однородного по составу и свойствам.

Минимальная доля участия основного металла при наплавке ленточным электродом обеспечивает получение требуемого состава сплава, значительно отличающегося от основного металла уже в первом слое. Равномерному распределению в нем легирующих элементов способствует постоянство относительной массы флюса при колебаниях тока и напряжения в процессе наплавки. Расплавленные объемы основного и электродного металла интенсивно перемешиваются как продольными, так и поперечными конвективными потоками в ванне вследствие перемещения дуги по торцу ленты.

Если учесть, что при наплавке в производственных условиях имеют место изменения параметров режима, в связи с чем трудно обеспечить постоянство химического состава наплавленного металла, то применение ленточного электрода позволяет получить металл, более однородный по составу и свойствам.

При наплавке многослойных покрытий, когда требуется получение послойного изменения свойств наплавленного металла, использование ленточного электрода обеспечивает достижение требуемого уровня и точности легирования каждого слоя, а также необходимой контрастности свойств на границах слоев.

 

Недостатки способа наплавки

Ленточным электродом

 

Следует отметить, что при неоспоримых достоинствах способ электродуговой широкослойной наплавки ленточным электродом имеет ряд специфических особенностей, ограничивающих его распространение, ограничивающих дальнейшее повышение производительности и более полное использование его возможностей. В первую очередь, это связано с появлением дефектов формирования наплавленного слоя и зоны сплавления: подрезов, наплывов, краевых непроваров, шлаковых включений, неравномерного по ширине валика проплавления основного металла, несплавлений, разнотолщинности и т. д. (рис. 1.4, 1.6) [38, 54, К, Л, М]. Это значительно повышает трудоемкость изготовления изделий вследствие необходимости выполнения ремонтных операций и снижает их работоспособность.

При наплавке ленточным электродом качество формирования валика связано, в основном, с особенностями процессов плавления электродного и основного металлов, определяемых рассредоточением теплового потока по ширине фронта плавления, периодическим электромагнитным и газокинетическим воздействием дуги на отдельные участки ванны, увеличенным теплоотводом по краям сварочной ванны. Недостаточно стабильное протекание этих процессов может приводить к неравномерному и недостаточно надежному проплавлению основного металла и оказывать отрицательное влияние на качество формирования (включая сплошность) наплавленного слоя, зоны сплавления и особенно участков перекрытия смежных валиков [54].

Следует отметить не только малую и не всегда равномерную глубину проплавления, но также зависимость эффективности проплавления от характера и условий протекания процесса наплавки (например, с ростом доли тепла, выделяемого в шлаке, и ослаблением дуги эффективность проплавления резко снижается).

В отличие от наплавки проволочным электродом процесс наплавки лентой более чувствителен к выбору:

- оптимальных параметров режима (ток и скорость наплавки, напряжение на дуге, вылет);

- наплавочных материалов, особенно флюса (его плотность, вязкость, электропроводность) и характеру его распределения по ширине сварочной ванны;

- к воздействию магнитного поля (эффект “магнитного дутья”);

- расположению наплавляемой поверхности относительно горизонта;

- углу наклона ВАХ источника питания и т. д.

На эффективность проплавления основного металла и качество формирования наплавленного валика при использовании ленточного электрода существенное влияние оказывают:

- стабильность параметров режима наплавки,

- размеры и форма ленточного электрода, его вылет,

- внешняя вольт-амперная характеристика источника питания,

- характеристики дугового процесса (длина дуги, ее эластичность, характер перемещения по торцу ленты),

- величина и условия распределения теплового потока по ширине сварочной ванны, особенности плавления флюса, электродного и основного металлов и другие факторы.

При этом на качество наплавленного покрытия существенно влияет поведение дуги на торце электрода, процессы плавления и переноса капель электродного металла, движения жидкого металла и шлака в ванне, условия тепловложения в основной металл.

Малая глубина проплавления основного металла при наплавке ленточным электродом может явиться причиной возникновения дефектов в зоне сплавления (шлаковых включений, несплавлений). Шлаковые включения, в свою очередь, очень часто становятся причиной зарождения и развития трещин, недопустимых при эксплуатации многих наплавленных деталей.

Периодическое существование дуги на отдельных участках торца ленты, увеличенный теплоотвод по краям зоны наплавки и большая инерционность распространения тепла в основной металл оказывают влияние на формирование валика (особенно его боковых краев). Возникающие дефекты этой зоны (подрезы, непрямолинейность, наплывы, непровары) приводят к необходимости увеличения перекрытия валиков, что не всегда позволяет устранить эти дефекты.

Разнотолщинность наплавленного слоя происходит, как правило, при нарушении равномерности подачи и засыпки флюса по ширине сварочной ванны.

Предотвращение образования дефектов требует строгого соответствия оптимальных параметров технологии, подготовки поверхности и т.д. Параметры режима наплавки (I_н, U_д и V_н) определяют производительность процесса и влияют на качество формирования наплавленного слоя. Указанные факторы взаимосвязаны. Оптимальное их сочетание с правильно выбранным составом флюса позволяет получить наплавленный металл с требуемыми физико-механическими свойствами при высоком качестве его формирования.

Следовательно, важнейшей задачей при широкослойной наплавке ленточным электродом является устранение причин появления непроваров, шлаковых включений, подрезов и других дефектов формирования валика путем управления теплопереносом по пятну нагрева основного металла, а также массопереносом с торца электрода и в сварочной ванне.

Предотвращение образования дефектов формирования наплавляемого слоя металла позволит существенно расширить технологические возможности использования ленточного электрода для широкослойной наплавки.