Проволока для наплавки – какие хитрости учесть при выборе материалов?

1 Просто о наплавке

Иной раз случается так, что возникает необходимость восстановления поверхности какого-либо металлического изделия, которое либо под воздействием трения, либо в связи с механическим воздействием потеряло первоначальный вид и утратило свои свойства. Есть случаи, когда нужно придать изделию новые качества: стойкость к коррозии, дополнительную прочность, нечувствительность к высокотемпературному режиму. Иногда это достигается благодаря дополнительным устройствам, которые охлаждают, усиливают и очищают, а иногда с помощью технологий, например, методом наплавки.

Процесс наплавки

Предположим, что у нас имеется некая автомобильная деталь, которая изготовлена из железа. Как назло, технология требует, чтобы она была сделана именно из этого металла, и ни из какого больше. Когда ее установили на машину, выяснилось, что во время эксплуатации автомобиля на деталь стала попадать влага, она покрылась ржавчиной и вышла из строя. Можно, конечно, было соорудить дополнительные кожухи, резиновые или силиконовые прокладки, но ведь это дополнительные расходы на труд специалистов, что, в свою очередь, скажется и на стоимости самой автомашины.

Восстановление металлического изделия

Чтобы избежать подобной волокиты и дороговизны, приглашается хороший сварщик, который и покрывает деталь, скажем, кобальтовым слоем, увеличивая ее стойкость к коррозии, ударам и трещинам. Для создания такой оболочки рабочему потребуются специальные электроды или сварочная проволока, которые он с помощью одноименного аппарата, плазматрона или лазерной установки расплавляет и наносит (наплавляет) на поверхность нашей условной детали. Вот грубое представление о том, что представляет собой процесс с этим названием.

2 Немного о технологиях наплавки

Говорить о методах наплавки можно много, так как разнообразие их поистине велико. Просто перечислим виды с краткими характеристиками, чтобы иметь общее представление.

Дуговая, с помощью электродов. Самый распространенный способ благодаря своей универсальности. Расплавляет основной металл и смешивает его с электродным. Химический состав неоднороден, внутренние свойства непредсказуемы, а потому возможно только "косметическое" восстановление поверхности.

Плазменная. Бывает двух видов – дуговая и струйная. Первая отличается высокой производительностью, так как расплавляет металлы с помощью высокой температуры, создаваемой электрическим разрядом. Вторая – отсутствием высокотемпературного режима, что приводит к малой деформации обрабатываемой поверхности.

Плазменная технология

Газовая. Особенность этой технологии наплавки – использование или порошковой проволоки, или со сплошным сечением. Можно изменять температуру пламени, обеспечивая различную толщину слоя покрытия. Затрачивается много энергии, направленной на прогрев обрабатываемой поверхности, что может привести к деформации.

Лазерная. Довольно эффективный способ наплавки, позволяющий делать тонкий и довольно-таки прочный слой на обрабатываемой поверхности. Тем не менее он довольно дорогостоящий: требуется особое недешевое оборудование и обученные специалисты.

Лазерная наплавка

Электронно-лучевая. Делается в специальной вакуумной камере, с использованием электронного луча, интенсивность которого можно изменять. За счет отсутствия воздуха абсолютно исключается окисление и выгорание. Также весьма дорогой и затратный способ, к тому же обладающий малым коэффициентом полезного действия.

Наплавка под флюсом. Обусловлена применением различных видов проволоки и ленты. Наверное, самый предпочтительный способ для соблюдения равновесия между ровным покрытием, перемешиванием металлов и рациональным распределением энергии. Рассмотрим ее подробнее.

3 Работаем под флюсом

Начнем с определения. Флюсом при сварке называют вещество, которое благодаря своим свойствам может ослабить окисление воздухом, улучшить горение дуги, придать необходимые качества наплавленному слою и повлиять на однородность шва. Проще говоря, это своеобразная "прокладка", которая помогает провести работы должного качества.

Переходим теперь непосредственно к наплавке под флюсом. Основным элементом, отвечающим за процесс, выступает сварочная проволока, которая используется в качестве электрода. Вариантов ее диаметра довольно много, в зависимости от того, для чего она должна использоваться. Единственное требование к ней – отсутствие какого-либо покрытия. Это необходимо для того, чтобы улучшить воздействие дуги с газовым пузырем, который образуется между обрабатываемой поверхностью и флюсом.

Работа под флюсом

Говоря о полярности, следует также отметить, что для большей эффективности "плюсовой" ток поступает на проволочный электрод, а "минус" – на поверхность, которая будет подвергаться наплавке. Так почему работа с флюсом получила такое широкое распространение, в чем преимущества способа, и какие имеются недостатки? Прежде всего, перечислим преимущества:

• процесс наплавки несложный, что позволяет сварщикам с любой квалификацией качественно и в кратчайшие сроки покрыть деталь слоем;
• безопасность во время работы из-за задержки флюсом брызг неостывшего металла;
• аккуратность наплавки из-за отсутствия воздействия воздуха, получается практически ровная и гладкая поверхность.

Схема процесса

Недостатки тоже имеются, и вот какие:

• существенно уменьшает процентную прочность металлического изделия, внося изменения чуть ли не на молекулярном уровне;
• возможность применения только на крупных деталях, не имеющих сложной конфигурации (изгибы, уступы, колена и т. п.) и возможности деформации ввиду обширной области разогрева;
• повышение стоимости оборудования из-за дополнительного приспособления, обеспечивающего подачу флюса.

4 Особенность порошковой проволоки

Наверное, что собой представляет эта деталь, говорить нет смысла: в детстве все мы любили следить за работой сварщика. Он вставлял какие-то стерженьки в устройство, напоминающее вилку, и прикасался их кончиками к трубе, вызывая "бенгальский огонь", брызги которого разлетались во все стороны. При близком изучении такой металлической палочки выяснялось, что покрыта она каким-то серым шершавым веществом. Это был изолятор, защищающий стержень от атмосферного воздействия и поддерживающий стабильность электродуги.

В зависимости от целей применяют электроды с различной степенью плавления, с соответствующими марками и диаметром металлической проволоки. В последнее время во многих областях применения стали использоваться электроды с порошковой проволокой, потому что наплавка с ее помощью получается более аккуратной, слой ложится ровнее и лучше "прилипает" к поверхности, которая обрабатывается.

Порошковая проволока

Применение других видов электродов ведет к сильному разбрызгиванию расплавленного металла, чего не происходит при использовании порошковых проволок для наплавки. Выделяемый при ее работе углекислый газ улучшает КПД примерно на 15–20%, что несмотря на дороговизну материала полностью оправдывает ее применение. Когда использование флюса затруднительно, вполне можно прибегнуть к наплавке порошковой проволокой с применением открытой электрической дуги. При необходимости углекислый газ может подаваться дополнительно. Качество работ тогда улучшается существенно.

Порошковый сердечник с содержанием веществ, образующих шлак, и поддерживающий горение дуги углекислый газ считаются наиболее эффективными условиями для производства аккуратной и прочной наплавки. Дело в том, что в процессе плавления сварочная проволока, содержащая частички шихты, образует шлаковый слой, препятствующий поступлению к обрабатываемой поверхности кислорода, и, следовательно, снижает опасность коррозии. Диаметр электродов различен: от 1,6 до 3,0 мм.

Процесс плавления сварочной проволоки

Можно отметить, что применение порошковой проволоки для наплавки вполне может считаться универсальным методом: использование ее возможно не только при работе с открытой дугой, но и с использованием флюса. Эффективность процесса при этом нисколько не уменьшается.

Технология, связанная с электродами из порошка, применяется на предприятиях металлургии. В основном это операции, которые призваны вернуть первоначальные качества тем или иным деталям, составляющим узлы обрабатывающего оборудования: валы, звездочки, втулки, шестерни. Все становится ясно из названия процесса, который на профессиональном языке обозначается как "восстановительно-упрочняющая наплавка".

5 Другие электроды и будущее наплавочных технологий

Мы говорили про наплавку порошковой проволокой, но как обстоит дело с другими? Почему несмотря на некоторые недостатки, имеющиеся у них, для этого типа восстановительных работ продолжают использоваться и другие разновидности электродов? Причем список их для технологии наплавки столь обширен, что не только описание, но и перечисление займет достаточно места в статье. Оставим возможность провести более подробные исследования ГОСТов и РОСТов тем, для кого это может составить профессиональный интерес, а в рамках нашего обзора просто перечислим, какой может быть сварочная проволока, применяемая в наплавке.

1. Создающая наплавленный слой из металла с низкими показателями легированности и содержания углерода, способного противостоять сильным механическим воздействиям и интенсивному трению.
2. Для получения наплавки со средним показателем углерода и низкой легированностью, также имеющей высокую сопротивляемость ударам и трению, с учетом температур в диапазоне от нормальной до повышенной (600–650 °C).
3. Производящая покрытие из легированного или высоколегированного углеродистого металла, умеющего противостоять не только значительным внешним воздействиям, но также и абразивному износу.
4. Наплавленный металл которой имеет высокие углеродистые показатели, а также может противостоять избыточным давлению и температурам (до 600 °C).
5. Для высоколегированной наплавки из металла, способного к высокому противостоянию коррозии при постоянном трении в условиях повышенного температурного режима.
6. Применяющаяся для создания слоя с высокой легированностью, содержанием полимерных или никелевых добавок, не изменяющего своих характеристик в сверхтяжелых температурных условиях (от 900 до 1100 °C).

Высоколегированная наплавка из металла

Но следует пояснить, что различные технологии не подразумевают применения исключительно только правильно подобранных электродов. Помимо них необходимо еще иметь специальное оборудование и дополнительные приспособления. Также перед началом работ по наплавлению слоя необходимо провести некоторые действия. К примеру, произвести термообработку или позаботиться о постоянном нагреве обрабатываемой детали.

В отдельно взятой статье мы смогли рассмотреть небольшую часть, посвященную ручному способу наплавки. Помимо него существует еще и промышленная технология, которая стала доступна благодаря обширному применению лазерных, плазменных и газовых установок, высокоточных приборов и компьютеров. Применяются такие методы в случаях, когда нужно обработать большие поверхности, или необходима весьма точная, почти микронная степень обработки. Последние годы все большее применение находит роботизированная наплавка, когда изделие имеет сложную форму, и его обработка другим способом невозможна. Кроме того, решается проблема, которую в течение десятилетий пытались преодолеть инженеры – минимальное смешивание наносимого слоя с металлической основой.

Роботизированная обработка

Так как пока еще процесс роботизации слишком дорогостоящий, то и применение его возможно исключительно на производстве особой важности. Тем не менее дальнейшее развитие современной техники позволит полностью отказаться от ручной сварки. Роботизация повышает эффективность обработки деталей, значительно экономя дорогостоящие материалы и практически исключая брак. Во время самого процесса без проблем изменяются условия, если вдруг наметилось отклонение в каком-либо заданном параметре.