Запитання 27
Вібродугове наплавлення деталей
Вібродугова наплавка відрізняється від раніше розглянутих способів наплавлення, тим що в процесі відновлення деталі кінець електродного дроту здійснює коливальні рухи в площині, перпендикулярної поверхні, що наплавляється, а також тим, що наплавлений шар металу примусово охолоджується.
Процес здійснюється нестабільною дугою (дуга на стадії тліючого розряду) у поєднанні з коротким замиканням електричного зварювального ланцюга, що періодично повторюється. Це сприяє пом'якшенню теплового режиму наплавлення. Перенесення металу в режимі коротких замикань полегшує формування валиків, що наплавляються. Вібродугову наплавку здійснюють на установці сталевим дротом (рис. 7.14), яка подається через мундштук 9 до зіткнення з поверхнею деталі 1. До деталі та дроту підводиться зварювальний струм низької напруги. У момент зіткнення електрода10з деталлю 1 по дроту протікає струм короткого замикання. Це сприяє розплавленню поверхні деталі у місці контакту, і торець електрода швидко нагрівається до температури плавлення. В результаті такої взаємодії досягається структурний зв'язок між деталлю та наплавленим металом. Завдяки коливальному руху мундштука9торець електрода 10 на короткий час відходить від поверхні деталі 1, і в розриві електричного зварювального ланцюга виникає іскровий розряд з переходом в стадію тліючого розряду, який триває до моменту чергового зіткнення торця електрода з поверхнею деталі .
Корисність виконання електродом даного коливального циклу полягає в тому, що при короткому замиканні зварювального ланцюга основна кількість тепла практично акумулюється у вильоті електрода та невеликому мікрообсязіповерхневий шар деталі. При цьому температура рідкої ванни досягає 1450 - 1500 ° С, тобто не перевищує температури плавлення металу. Це не тільки пом'якшує тепловий режим наплавлення, але й запобігає можливості вигоряння та випаровування хімічних компонентів металу. Стадія тліючого розряду при видаленні торця електрода поверхні деталі використовується для попереднього підігріву поверхні деталі перед наплавленням чергової порції металу. На відміну від стабільної дуги, температура якої складає в середній частині близько 6000 °С, дуга на стадії розряду, що тліє, має температуру менше 4000 °С, що також є фактором, що пом'якшує тепловий режим наплавлення. Крім того, молекула азоту, що міститься в повітрі, при цій температурі не дисоціює і тому азот залишається хімічно нейтральним по відношенню до заліза. Це сприяє тому, що процес вібродугового автоматичного наплавлення деталей може забезпечити досить хорошу якість наплавлення без застосування захисних засобів (флюсу, газу та ін.).
У ряді випадків в зону наплавлення подають охолоджувальну рідину (2,5 - 6% водний розчин кальцинованої соди або 20% водний розчин гліцерину). Водяна пара, що утворюється, додатково захищає розплавлений метал від впливу азоту повітря, чим сприяє отриманню валика з більш високими механічними властивостями.
Вченими Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона АН України розроблено метод вібродугового наплавлення під шаром флюсу, який з успіхом застосовують для наплавлення, тонкостінних виробів великого діаметру. Застосування флюсу забезпечує уповільнене охолодження металу та запобігає утворенню тріщин. Дуже ефективним захисним середовищем у процесі вібродугового автоматичного наплавлення є вуглекислий газ.
Акумуляція тепла з подальшим швидким охолодженням малих порцій поверхневого шару металу забезпечує можливість наплавлення вібродуговим способом малогабаритних деталей циліндричної форми. При цьому не існує небезпеки стікання рідкого металу з поверхні деталі. Фактично діапазон розмірів деталей, придатних для наплавлення цим методом, коливається не більше 3 — 200 мм.
Вібродугова наплавка дає можливість отримувати рівномірні шари завтовшки від кількох сотих міліметра до 3 мм за один прохід. Унікальною властивістю цієї наплавки є те, що у певному інтервалі режимів можливе ведення процесу на повітрі без застосування захисних засобів. Вібродуговою наплавкою відновлюють сталеві та чавунні деталі. При наплавленні низьковуглецевим дротом, наприклад, марки Св-08, поверхню легко обробляють різцем. Для отримання зносостійких поверхонь застосовують дріт марки НП-50Г, НП-65Г, НП-ЗОХГСА, НП-40X13 та ін.
Наплавлення ведуть на змінному та постійному струмі зворотної полярності. Режими вібродугового наплавлення наведені в табл. 7.18.
Вібродугова наплавка має низку серйозних недоліків. Так, обмежені обсяги зварювальної ванни не забезпечують хорошого перемішування основного та наплавленого металів, що призводить до утворення в останньому часу і мікротріщин. У процесі відновлення деталей охолодна рідина, що подається в зону зварювання, забезпечує загартування наплавленого валика, а наступний валик, що накладається, частково розплавляє попередній і створює зону відпалу, що призводить до виникнення напруженого стану і збільшення тріщин в наплавленому металі. Нарощений шар сплаву має неоднорідну структуру та відповідно фізико-механічні властивості. Тому у деталей, відновлених вібродуговою.наплавкою, втомна міцність знижується більш ніж у 2 рази. Крім того, продуктивність вібродугового наплавлення в порівнянні з наплавленням підшаром флюсу значно нижча, а безповоротні втрати електродного дроту на чад і розбризкування збільшуються в 3 - 4 рази.
Внаслідок зазначених причин, вібродугова наплавка для відновлення автомобільних деталей застосовується нині рідко. Деталі, що відновлюються раніше даним способом, в даний час успішно наплавляються прогресивнішими методами, наприклад, електроконтактним приварюванням металевого шару.