Электрошлаковая наплавка

Электрошлаковая наплавка характеризуется тем, что на нагретой поверхности детали образуется ванна расплавленного флюса, в которую введен электрод, а к детали приложено напряжение (рис. 10.9). Ток, проходящий от электрода через жидкий шлак к детали, выделяет тепло, достаточное для плавления флюса и электродного металла.

а

б

Рисунок 10.9 Схема электрошлаковой наплавки с вертикальным перемещением кристаллизатора (а) и при наплавке цилиндрических поверхностей (б):

1 – кристаллизатор; 2 – шлаковая ванна; 3 – электрод 4 – мундштук; 5 – дозатор легирующих добавок; 6 – крупногабаритные диски; 7 – восстанавливаемая деталь; 8 – оправка; 9 – покрытие

Сначала флюс расплавляется электрической дугой и потом является электрическим проводником, нагревающимся при прохождении через него электрического тока, из-за чего расплавляется металл электрода и детали и образуется металлическая ванна. При движении кристаллизатора кверху со скоростью соответствующей скорости плавления электрода (а она в свою очередь определяется размером электрода и силой тока), происходит перемещение металлической ванны с флюсом кверху с остыванием нижних слоев металла (рис. 10.9, а). Флюс полностью предохраняет ванну от воздействия воздуха, позволяет вводить легирующие элементы, концентрирует тепло на расплавление металла.

При электрошлаковой наплавке покрытие образуется в пространстве, искусственно ограниченном формирующими приспособлениями, удерживающими ванну расплавленного металла до ее затвердевания.

Размеры зоны наплавки на поверхности восстанавливаемой детали, ограниченной поверхностями водоохлаждаемого кристаллизатора и технологической пластины, определяют сечение наплавленного покрытия. Возможная толщина наплавки от 2 мм и более.

Различают следующие виды ЭШН:

- с плавящимся или неплавящимся электродом;

- электродными проволоками, лентами или порошковым присадочным материалом;

- одно- или многоэлектродную.

Электрошлаковая наплавка проводится в вертикальном, горизонтальном или наклонном положении детали с принудительным или свободным формированием наплавленного металла. Наплавку можно выполнять на плоских поверхностях, а также на поверхностях тел вращения. Особенность электрошлаковой наплавки состоит в том, что можно получать гладкие, ровные поверхности наплавленного слоя. Это дает возможность использовать детали без последующей механической обработки. При электрошлаковой наплавке из-за отсутствия дугового разряда практически полностью отсутствуют потери на газообразование и разбрызгивание. Качество наплавленного металла высокое – отсутствуют поры, трещины и другие дефекты.

Наплавку чаще всего выполняют на вертикально расположенных поверхностях при принудительном формировании направленного слоя медными, керамическими и графитовыми водоохлаждаемыми формами.

В начале процесса в зазор между деталью и водоохлаждаемой формой заливают расплавленный флюс и возбуждают дугу между электродной проволокой и деталью. После образования шлаковой ванны достаточной глубины дуга потухает, и ток проходит через расплавленный шлак – начинается электрошлаковый процесс. Расход флюса при этом способе в 15–20 раз меньше, чем при электродуговом. Электрошлаковая наплавка характеризуется наиболее высокой производительностью (до 200 кг/ч) из всех способов наплавки, малой долей основного металла в наплавке (до 10 %), широким диапазоном толщин наплавленного слоя (2–60 мм).

Достоинством электрошлаковой наплавки является возможность формировать в жидком состоянии сечение и форму наплавки. Однако большая погонная энергия вызывает сильный перегрев основного металла, рост зерна в ОШЗ, потерю пластических свойств в ЗТВ.

Режимы электрошлаковой наплавки. Наиболее важными технологическими параметрами ЭШН являются: глубина шлаковой ванны; «сухой» вылет, количество и размеры электродов; сварочный ток; напряжение на электродах; скорость подачи электродов.

Например, оптимальный режим ЭШН при восстановлении опорных катков тракторов: напряжение – 36–40 В; сила тока – 800–900 А; скорость подачи проволоки – 3,0–3,5 м/мин; глубина шлаковой ванны – 80 мм; «сухой» вылет электродов – 150 мм; количество электродов – 2; диаметр проволоки – 3 мм; марка электродной проволоки – Св-08, флюс – АН-348А или АН-8; удельный расход легирующих добавок (сормайта) – 50–58 г/мин. Износостойкость катков по сравнению с новыми катками выше в 1,5–1,9 раза.

Оборудование для электрошлаковой наплавки. Наплавку ведут специальными сварочными аппаратами или применяют источники питания постоянного тока с жесткой внешней характеристикой.

Процесс наплавки предусматривает одновременное выполнение следующих операций:

- нагрев шлаковой ванной поверхности детали и присадочного материала до температуры их плавления;

- подачу в зазор электродного и дополнительного металла;

- подвод к электроду сварочного тока;

- удержание сварочной ванны в зазоре до ее затвердевания;

- перемещение источника нагрева и формирующих покрытие устройств по мере образования наплавочного шва.

Электрошлаковая наплавка рекомендуется для наплавки больших поверхностей – прокатных валков, зубьев ковшей экскаваторов большой емкости, крупномодульных зубьев шестерен и звездочек, в производстве заготовок для последующей прокатки биметаллических листов и др. Широкое применение электрошлаковая технология наплавки получила при облицовке поверхностей в нефтехимии и атомной промышленности.

Электрошлаковую наплавку применяют для получения биметаллических изделий и восстановления изношенных поверхностей крупных деталей с износом более 10 мм. Эти способом восстанавливают опорные катки гусеничных машин, звенья гусениц, инструмент, шестерни и другие детали. ЭШН целесообразно применять при больших партиях деталей и значительных объемах наплавочных работ.