Автоматическая электроимпульсная наплавка

Между деталью и электродной проволокой, включенными в цепь источника тока, периодичёски возникает электрическая дуга, т.е. импульсные электрические разряды (горение дуги, короткое замыкание, холостой ход). Эта периодичность достигается в результате продольной вибрации электродной проволоки. При этом между электродной проволокой и деталью происходит процесс контактной сварки и импульсной электродуговой наплавки с частотой повторения импульсов, равной частоте колебаний электродной проволоки. В результате этого электродная проволока и деталь оплавляются. Расплавление металла происходит в основном при отходе электродной проволоки от детали за счет энергии исчезающего магнитного поля, которая выделяется в виде импульсного дугового разряда. Перенос расплавленного металла на деталь происходит в моменты соприкосновения проволоки с наплавляемой поверхностью.

Наплавку деталей можно производить в струе жидкости, в среде воздуха или защитных газов по наружным и внутренним цилиндрическим поверхностям, торцовым плоскостям и т.д. проволокой различного химического состава. Электроимпульсную наплавку можно применять при восстановлении деталей с износом от 0до 2 мм и более. Твердость наплавл. слоя металла получается достаточно высокой без термической обработки.

Вибрация проволоки вместе с мундштуком осуществляется с помощью электромагнитного вибратора и пружины. В ряде случаев вместо электромагнитных вибраторов, имеющих постоянную частоту вибрации, применяют вибраторы с механическим приводом, позволяющие изменять частоту вибрации электрода.

Для повышения стабильности процесса и увеличения его коэффициента полезного действия в цепь питания электрической дуги последовательно включено индуктивное сопротивление. Из резервуара-отстойника с помощью шестерёнчатого насоса по каналу через мундштук на наплавленный металл подается охлаждающая жидкость, содержащая соли с ионизирующими элементами (3…5-процентный водный раствор кальцинированной соды или 20-25 процентный водный раствор технического глицерина) для улучшения условий горения дуги. Охлаждающая жидкость ускоряет формирование шва, а образующийся пар защищает расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха, т.е. способствует получению валика с более высокими механическими свойствами. Во время наплавки в струе жидкости деталь нагревается не выше 70—90°С, вследствие чего она не деформирует. В случае применения закаливающейся электродной проволоки при наплавке в струе жидкости одновременно происходят закалка наплавленного металла, что позволяет восстанавливать термически обработанные детали, твердость которых после наплавки должна быть высокой.

Перед наплавкой поверхность детали должна быть тщательно очищена от грязи и следов коррозии. Если такая очистка затруднительна, поверхность, подлежащую наплавке, рекомендуется прошлифовать или проточить. Перед наплавкой поверхности деталей с износом 0,1 мм и менее необходимо проточить или прошлифовать на величину 0,15—0,20 мм (на сторону).

При наплавке стальных деталей в жидкости структура и твердость наплавленного слоя зависят в основном от химического состава электродной проволоки, количества охлаждающей жидкости и способа ее подачи на деталь. Применяя электродную проволоку с высоким содержанием углерода (0,7—0,8%), можно получить наплавленный слой с закалочной структурой достаточно высокой твердости — НRС 39…56. Следует отметить, что структура наплавленного слоя получается неоднородной, а твердость — неравномерной это объясняется тем, что при наплавке валика на поверхность детали происходит его закалка на высокую твердость, а затем, при наплавке следующего валика, он подвергается частичному отпуску. С увеличением количества охлаждающей жидкости твердость наплавленного металла повышается, но при этом структура его становится еще более неоднородной, увеличивается колебания твердости, на поверхность появляются микротрещины. Все это приводит к значительному снижению усталостной прочности детали.

Отмеченные отрицательные свойства наплавленного слоя могут быть уменьшены и усталостная прочность детали увеличена путем принятия специальных мер технологического характера. Основные из них следующие: уменьшение количества охлаждающей жидкости и подача ее вне зоны наплавки; начало наплавки детали с наименее нагруженных ее участков; поверхностный наклеп детали.

Особенно резко падает усталостная прочность, если наплавка начинается с галтелей, которые, как известно, являются концентраторами напряжений. Поэтому электроимпульсную наплавку деталей нужно начинать от торцов или с середины цилиндричёской части детали. Например, шины крестовины дифференциала следует наплавлять, начиная от торца шипа и заканчивая у галтели.

Среди способов, повышающих усталостную прочность детали, следует назвать также поверхностный наклеп детали путем обкатки роликом или чеканки, обычно применяемый на готовой детали после механической обработки наплавленного слоя.

В связи со снижением усталостной прочности деталей при электроимпульсной наплавке в струе охлаждающей жидкости следует применять этот способ наплавки только для тщательного учета условий работы и конструктивных особенностей детали, подвергающиеся в процессе эксплуатации болты знакопеременным нагрузкам восстанавливать с помощью автоматической электроимпульсной наплавки в струе жидкости не рекомендуется. Опыт применения этого способа наплавки для восстановления шеек коленчатых валов позволяет сделать вывод, что в условиях серийного производства пока еще не удается получить стабильных результатов, которые бы отвечали предъявляемым требованиям. С этой точки зрения электроимпульсная наплавка шеек коленчатых валов, несмотря на то, что она получила распространение на ремонтных предприятиях, не может быть рекомендована ее целесообразно заменить наплавкой под слоем флюса.

Некоторые детали имеют твердость в пределах НВ 169…440. Использование при их наплавке охлаждающей жидкости не рекомендуется, так как в этом случае значительно снижается усталостная прочность деталей. Такие детали можно наплавлять электроимпульсным способом в защитной среде углекислого газа или в среде воздуха.

Наплавку незакаленных деталей производят без жидкости.

Детали из серого или ковкого чугуна в среде воздуха можно наплавлять проволокой марок Св-1ОГА, Св-08.

На качество наплавленного металла влияет также расположение электрода по отношению к наплавляемой детали.

Автоматическая электроимпульсная наплавка имеет следующие достоинства.

1) Позволяет восстанавливать круглые детали малых диаметров порядка 10—15 мм, что невозможно при автоматической наплавке под слоем флюса.

2) Обеспечивает высокую производительность по площади металлопокрытия при нанесении тонких слоев металла.

З) дает возможность отказаться от последующей термической обработки деталей.

4) Позволяет производить шлифование наплавленной поверхности без предварительной токарной обработки, которая обычно применяется после ручной наплавки.

Недостатком этого способа является снижение усталостной прочности наплавленных деталей, а также получение наплавленного слоя с неоднородной структурой и неравномерной твердостью.