Газополуменеве наплавлення

 

При газополуменевому (газовому) наплавленні для нагріву металу основи та наплавлюваного металу, використовують теплоту, що виділяється при горінні суміші ацетилену або його замінників і кисню. Газове полум’я - найменш інтенсивне джерело нагріву, тому його використання обумовлює більшу, ніж при інших наплавленнях, зону термічного впливу. Випаровування металу при використанні цього джерела нагріву незначні. Особливістю процесу є можливість наплавлення із малою часткою основного металу в наплавленому (5…10%), що пов’язане з відсутністю значного тиску струменя газу на поверхню ванни. Тиск потоку газу оцінюється прямо пропорціонально квадрату кількості газу, що витікає з сопла в секунду, і його щільності і обернено пропорційний до відстані від зрізу сопла до поверхні ванни. Ця залежність дозволяє зварникові легко керувати процесом. Окрім малого проплавлення, газове наплавлення має і інші переваги:

- універсальність і гнучкість технології;

- можливість наплавлення тонких шарів;

- знижену небезпеку виникнення тріщин, оскільки процес наплавлення легко поєднується з попереднім підігріванням;

- низьку вартість наплавлювального устаткування.

Недоліки газового наплавлення - низька продуктивність процесу; нестабільність якості наплавленого шару, яка залежить від кваліфікації зварника.

Пальним, яке використовується для газового наплавлення (зварювання), є вуглеводні або їх суміші з іншими газами (С₂Н₂; СН₄; С₃Н₈; С₁₀Н₈ і ін.), водень або пари бензину і гасу. При їх згоранні утворюється високотемпературне полум’я і виділяється значна кількість теплоти.

Швидкість потоку вихідної пальної суміші встановлюють такою, щоби при запаленні і горінні полум’я не могло проникнути всередину каналу мундштука (швидкість потоку мала) або відірватися від сопла мундштука (швидкість потоку дуже велика). При зварюванні і наплавленні об’єм кисню, що подається в суміш, менший, ніж необхідно для повного згорання. Догорання газів відбувається за рахунок кисню повітря, внаслідок цього полум’я в різних частинах факела неоднорідне по теплофізичних параметрах.

При використанні газів - замінників ацетилену температура полум’я нижча, менша і кількість теплоти, що генерується в середній зоні. Знижена теплонапруженість полум’я замінників ацетилену компенсується збільшенням їх витрати, що досягається збільшенням діаметрів сопел і розмірів струменя газової суміші і полум’я. Площа нагріву металу збільшується в 2,5…4,0 рази, а розмір зварювальної ванни - в 1,5…2,0 рази.

По виду вживаних присадкових матеріалів розрізняють два методи газового наплавлення. По першому методу присадковий метал у вигляді дроту, прутків або стрічки подається в зварювальну ванну уручну або спеціальними механізмами.

При газопорошковому наплавленні у якості присадкових матеріалів використовують гранульовані порошки легкоплавких сплавів певних фракцій і пальники спеціальної конструкції, що дозволяють здійснювати два різновиди процесу: попереднє напилення шару порошку на поверхню виробу з подальшим оплавленням покриття; власне наплавлення - одночасне нанесення і оплавлення малих порцій порошку на поверхні деталі.

 

5.4.6.1 Присадкові матеріали для газового наплавлення

Для газового наплавлення сталі, чавуну, міді і її сплавів, сплавів на основі нікелю і кобальту як присадкові матеріали можуть використовуватися суцільні дроту і прутки по відповідних стандартах. Прутки діаметром 4, 6, 8 мм відливають завдовжки 250…450 мм, а діаметром 10, 12, 14, 16 мм – 450…700 мм. Поверхня прутків має бути чистою і вільною від шлаку, формувальної землі, пригару, іржі. У зламі прутків не допускаються зазори і шлакові включення.

Для газового наплавлення деталей, що працюють в умовах інтенсивного абразивного зношування з помірними ударами (робочі органи ґрунтообробних і дорожніх машин, зуби ковшів екскаваторів і т. п.), виробляють литі прутки ПР-С1 (тип наплавленого металу У30Х28Н4СЗ); ПР-С2 (тип наплавленого металу У20Х17Н2); ПР-С27 (тип наплавленого металу У45Х28Н2ВМ). Діаметр прутків з цих сплавів 4, 6 і 8 мм, довжина 300-500 мм.

Сплави на основі кобальту (стеліти) володіють високою корозійною стійкістю в різних середовищах. Вони добре працюють в умовах абразивного і ерозійного зношування, ударних навантажень і тертя металу по металу. При цьому кобальтові сплави зберігають свої експлуатаційні властивості при підвищених температурах (до 750 °С). Литі прутки на основі кобальту Пр-В3К (тип наплавленого металу У10К63Х30В5Н2) застосовують для наплавлення клапанів і сідел двигунів внутрішнього згорання; поверхонь ущільнювачів деталей енергетичної, нафтової арматури; ножів і т. п.; прутки Пр-В3К-Р (тип наплавленого металу У20К57Х30В10Н2Р) в основному призначені для наплавлення ріжучого інструменту, зубів рамних пил і тому подібне

Метал, наплавлений зернистим релітом в трубках і стрічковим релітом, відрізняється особливо високою зносостійкістю в умовах інтенсивного абразивного зношування з помірними ударними навантаженнями. Ці матеріали застосовують для газового наплавлення шарошок бурових доліт, замків і муфт бурильних труб, робочих органів гірничодобувного устаткування і тому подібне

Для газопорошкового наплавлення використовують порошки легкоплавких сплавів на основі нікелю (колмоної) і кобальту (стеліти). Грануляція часток для цього способу наплавлення менше або рівна 100 мкм. Наплавлений метал на основі нікелю володіє корозійною стійкістю в різних середовищах і добре працює при терті металу по металу при нормальних і підвищених температурах. Тому порошки на основі нікелю, так звані самофлюси, ПГ-СР2 (тип наплавленого металу Н80Х15С2Р2), ПГ-СР3 (тип наплавленого металу Н80Х15С3Р3) і ПГ-СР4 (тип наплавленого металу Н80Х17С4Р4) застосовують для наплавлення поверхонь ущільнювачів арматури теплових і атомних електростанцій, деталей склоформуючого оснащення і тому подібне. Порошки на основі кобальту по хімічному складу і властивостях відповідають згаданим вище литим пруткам кобальтових сплавів.

Слід зазначити, що всі наплавлювальні матеріали на основі нікелю і кобальту, а також трубчастий і стрічковий реліт достатньо дорогі і їх використання для наплавлення обмежене досить вузькою номенклатурою деталей.

 

5.4.6.2 Технологія і техніка наплавлення.

Режими газового наплавлення залежать від теплофізичних властивостей металу, габаритних розмірів і форми виробу. При розробці технології наплавлення конкретної деталі вибирають спосіб наплавлення, потужність і склад полум’я, кут нахилу пальника, марку і діаметр присадкового прутка (дроту), флюс, порядок накладання швів. Розрізняють лівий і правий способи газового наплавлення.

При правому способі полум’я направляють на вже наплавлену частину шва, а пруток переміщують услід за ним по спіралі. Правий спосіб наплавлення підвищує продуктивність процесу при одночасному зниженні питомої витрати газів за рахунок кращого використання теплоти полум’я. При лівому способі виконуєтья своєрідне підігрівання металу, що наплавляється, крім того, при його використанні краще формується шов.

При лівому способі полум’я направляють на ще не наплавлену ділянку металу, а присадковий пруток переміщують перед полум’ям. При цьому для повнішого і рівномірнішого прогрівання і перемішування зварювальної ванни пальник і пруток переміщують зигзагоподібно.

При виборі способу газового наплавлення виходять в основному з розташування наплавлюваної поверхні в просторі. При горизонтальному розташуванні процес наплавлення можна вести і правим і лівим способом. При наплавленні на вертикальні або близькі до них поверхні визначним є зручність виконання наплавлення і хороше формування шва, що краще забезпечується при використанні лівого способу.

Кут нахилу мундштука до поверхні, що наплавляється, залежить від товщини і теплофізичних властивостей металу деталі, що наплавляється. Чим більша товщина металу, чим вищі його температура плавлення і теплопровідність, тим більшим має бути кут між поверхнею, що наплавляється, і пальником. Наприклад, при наплавленні (зварці) мідних сплавів, що мають досить високу температуру плавлення і дуже високу теплопровідність, кут нахилу пальника складає 60…80°, а для легкоплавкого свинцю -10…15°.

Потужність полум’я також залежить від товщини і теплофізичних властивостей металу, що наплавляється. Чим більша товщина металу, і чим вищі його температура плавлення і теплопровідність, тим більшою має бути потужність полум’я.