ВОССТАНОВЛЕНИЕ БЫСТРОИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДАМИ ДУГОВОЙ, ПЛАЗМЕННОЙ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ ВОЕННЫХ НАУК

№ 3(24)/2008 (спецвыпуск)

Ю.Н. САРАЕВ,

В.П. БЕЗБОРОДОВ,

А.В. КОЗЛОВ

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск

ВОССТАНОВЛЕНИЕ БЫСТРОИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДАМИ ДУГОВОЙ, ПЛАЗМЕННОЙ И ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ НАПЛАВКИ

Важнейшими факторами, определяющими эксплуатационную надежность и срок службы деталей и конструкционных элементов машин, являются свойства материалов поверхностей этих деталей и элементов.

Увеличение размеров оборудования, повышение его быстродействия и производительности сопровождается ужесточением условий работы его узлов и механизмов. Повышение срока службы деталей машин можно обеспечить путем образования на поверхности этих деталей слоев или покрытий, обладающих высоким уровнем требуемых свойств - коррозионной стойкости при высоких температурах, износостойкости, твердости, жаростойкости и т.п. Существуют разнообразные способы поверхностного упрочнения, из которых важное место занимает наплавка.

Для изготовления биметаллических деталей с износостойким слоем значительной толщины применяют электрошлаковую наплавку. В этом процессе используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак. Электрошлаковая наплавка обеспечивает наибольшую производительность по сравнению со всеми способами наплавки. С помощью легирующих присадок получают наплавленный слой нужного химического состава.

Для реализации процесса электрошлаковой наплавки была разработана установка (рис. 1), позволяющая производить широкослойную наплавку на горизонтальную поверхность с использованием неподвижного лежачего пластинчатого электрода. Этот процесс основан на эффекте самопроизвольного распространения локальной шлаковой ванны в пространстве между горизонтально расположенными токопроводящими поверхностями, заполненном флюсом.

Предложенная технология позволяет наносить высокопрочные покрытия на длинномерные детали и может использоваться при изготовлении ножей различного назначения (рис.3).

Широкое распространение получила дуговая наплавка под флюсом. Название этого способа связано с тем, что дуга при наплавке электродными материалами скрыта под слоем гранулированного флюса, предварительно насыпаемого на поверхность основного металла.

Возможность наплавки при большой силе тока и высокой погонной энергии обеспечивает этому способу высокую производительность при хорошем качестве наплавляемого металла, и благодаря этому данный способ занимает господствующее положение в области автоматической наплавки.

Дуговая наплавка под флюсом имеет следующие преимущества:

- высокая производительность процесса при наплавке изделий простой формы с большой площадью наплавляемой поверхности;

- простота осуществления процесса, не требующего высокой квалификации сварщика;

- возможность получения хорошего внешнего вида валика;

- хорошие условия труда, связанные с отсутствием разбрызгивания электродного металла.

Дуговая наплавка под флюсом позволяет наносить покрытия не только на плоские поверхности, но и на детали типа вал в случае использования специализированного оборудования (рис.4).

Для наплавки твердосплавных материалов используется метод плазменной наплавки, где в качестве источника нагрева служит высокотемпературная плазма. Этот метод позволяет минимизировать глубину проплавления, что гарантирует исключение доли основного металла уже во 2-3 наплавленном слое.

На рисунке 5 представлена промышленная установка плазменной наплавки УПН-303.

Широко распространенные способы наплавки стационарной дугой имеют ограниченные возможности в условиях усложняющихся технологических задач реального сварочного производства. Наиболее эффективными методами получения защитных и упрочняющих покрытий на детали машин и механизмов являются адаптивные импульсные технологии наплавки (электрошлаковая, электродуговая, плазменная), реализуемые специализированным оборудованием, обеспечивающим возможность дозирования энергии, стабилизации мгновенных значений основных энергетических параметров процесса наплавки и контроля качества (стабильности) технологического процесса.

Таким образом, импульсные технологии наплавки обеспечивают:

- управление процессами плавления, переноса и кристаллизации металла сварочной ванны при значительно меньших средних значениях технологических параметров (сварочный ток, дуговое напряжение, мощность отдельного микроцикла);

- увеличение в 2-3 раза скорости кристаллизации сварочной ванны вследствие нестационарного энергетического воздействия источника нагрева на сварочную ванну, уменьшающего температуру расплавленного металла;

- уменьшение степени деформационных процессов в наплавленных поверхностях; повышение качественных характеристик наносимого покрытия (повышение однородности химического состава по всему объему покрытия, повышение механических свойств).

Это достигается направленной кристаллизацией сварочной ванны и усилением гидродинамических процессов в расплавленном металле, способствующим интенсивной дегазации сварочной ванны и равномерному распределению легирующих элементов по всему объему расплава. Высоколегированные покрытия на низколегированной основе изделия обеспечивает демпфирование интенсивных внешних нагрузок и повышение эксплуатационных характеристик: в 2 - 2,5 раза повышается срок службы деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа.