Титановые сплавы являются сравнительно новыми конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств, обусловливающих их широкое применение в авиационной промышленности, ракетостроении, судостроении, химическом машиностроении и других отраслях производства. Главное достоинство этих материалов – сочетание высоких механических характеристик и коррозионной стойкости с малой плотностью (4,5 г/см3). Титан получил широкое применение благодаря своим особым свойствам: малой плотности, высокой температуре плавления (1 665 °C), высокой коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, высокой прочности.
Высокое электрическое сопротивление и низкая теплопроводность создают условия, при которых для сварки титана затрачивается значительно меньше электроэнергии, чем при сварке алюминия и даже стали. Кроме того, титан маломагнитен, и поэтому значительно снижается влияние магнитного дутья. Основной трудностью сварки титана и его сплавов является большая химическая активность титана при высоких температурах к кислороду, азоту и водороду. Поэтому для получения качественных соединений при сварке необходима хорошая защита от взаимодействия с атмосферой не только сварочной ванны, но и всей зоны металла, нагретого свыше 500 °C.
Подготовку кромок к сварке производят травлением раствором, состоящим из 350 см3 соляной кислоты, 50 см3 плавиковой кислоты и 600 см3 воды. Допускается механическая обработка кромок до металлического блеска с последующим обезжириванием.
Сварка производится в защитных газах ручным и механизированным способами неплавящимся электродом и титановой проволокой, а также под флюсом.
Ручная аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом производится постоянным током прямой полярности. Сварочный ток при толщине металла 0,5–4,0 мм составляет 40–170 А, вылет вольфрамового электрода – 6–8 мм, дуга – 1–2 мм. Расход аргона – 20–25 л/ мин. При автоматической сварке в аргоне применяют титановую сварочную проволоку диаметром 1,5–3,0 мм.
При сварке под флюсом необходима защита обратной стороны шва хорошо подогнанными стальными или медными подкладками, применяются также остающиеся титановые подкладки.
Во время сварки используются бескислородные фторидно-хлоридные флюсы марки АН—Т различного назначения. Вылет электродной проволоки должен быть не более 20–25 мм, а высота слоя флюса – не менее вылета электрода. Шлаковую корку удаляют после охлаждения металла ниже 400 °C.
Глава 17
Технология производства наплавочных работ
Виды наплавочных работ
Процесс нанесения с помощью сварки на поверхность детали слоя металла для восстановления ее первоначальных размеров либо для придания поверхности специальных свойств называется наплавкой. Наплавка предполагает нанесение расплавленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с заданными свойствами и геометрическими параметрами.
Применяют наплавку для восстановления изношенных деталей, а также при изготовлении новых деталей с целью получения поверхностных слоев, которые обладают повышенными твердостью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкостью и другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намного сократить расход дефицитных материалов при их изготовлении.
При большинстве методов наплавки, так же, как и при сварке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивается с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплавлять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающиеся от них.
Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требований и свариваемости. Для получения заданных свойств наплавленного слоя применяют легирование присадочного металла в процессе наплавки, чаще всего используют специальные наплавочные электроды.
Применяют следующие виды наплавки:
• ручная дуговая выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Ручная наплавка малопроизводительна и применяется при наплавке деталей сложной конфигурации;
• плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки;
• неплавящиеся электроды применяют при наплавке на поверхность детали порошковых смесей;
• электроды из литых твердых сплавов, а также в виде трубки, заполненной легирующей порошкообразной смесью;
• автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флюсом производится проволокой сплошного сечения, ленточным электродом или порошковой проволокой.
Легирование наплавляемого слоя осуществляют через электропроволоку, легированный флюс (при проволоке из низкоуглеродистой стали) или совместным легированием через проволоку и флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или порошка.
Наплавку в защитных газах принимают при наплавке деталей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации. Возможность наблюдать за процессом формирования валика позволяет корректировать его, что очень важно при наплавке сложных поверхностей. Наплавку производят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или неплавящимся электродом. Наибольшее распространение получила наплавка в углекислом газе постоянным током обратной полярности. Надо обратить внимание на то, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, поэтому необходимо применять наплавочную проволоку с повышенным содержанием раскислителей. Недостатком этого вида наплавки является относительно большое разбрызгивание металла.
Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при этом виде наплавки возникают большие остаточные напряжения и деформации в наплавляемых деталях. Для наплавки применяют литые твердые сплавы.
Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лентой открытой дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого вида является возможность наплавки деталей на открытом воздухе. Сварщик, наблюдая за процессом, может обеспечить хорошее формирование наплавляемых валиков. Наплавка самозащитной проволокой менее сложна, хорошо поддается механизации.
Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого или косвенного действия. Присадочным материалом служат наплавочная проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки, которые получают широкое применение благодаря высокой производительности (7–30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой глубине проплавления основного металла. При этом получают гладкую поверхность и высокое качество наплавленного слоя.
Вибродуговая наплавка выполняется специальной автоматической головкой, обеспечивающей вибрацию и подачу электродной проволоки в зону дуги. При вибрации электрода происходит чередование короткого замыкания сварочной цепи и разрыва цепи (паузы). В зону наплавки подается охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия воздуха и, охлаждая деталь, способствует уменьшению зоны термического влияния, снижает сварочные деформации и повышает твердость наплавляемого слоя. В качестве охлаждающей жидкости применяют водные растворы солей, содержащих ионизирующие вещества (например, кальцинированной соды), облегчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы).
Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой производительностью. Этот способ позволяет получать наплавленный слой любого заданного химического состава на плоских поверхностях и на поверхностях вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход независимо от толщины наплавляемого слоя.
Для наплавки деталей экскаваторов, землеройных машин, работающих при ударных нагрузках, применяют электроды марки 12АН/ЛИВТ (тип Э–95Х7Г5С), дающие наплавляемый слой твердостью до 32HRC. Наплавку стальных и чугунных деталей, подверженных абразивному износу без ударной нагрузки, производят электродами марки Т–590 (тип Э–320Х25С2ГР). Детали, работающие в условиях сильного износа и при ударных нагрузках, рекомендуется наплавлять электродами марки Т–620 (тип Э–320Х23С2ГТР) диаметром 4–5 мм.
Механизированную наплавку производят наплавочной проволокой. Она маркируются буквами Нп и цифрами и буквами, характеризующими химический состав металла проволоки. Подбираются проволоки в зависимости от объекта наплавки и требуемой твердости наплавляемого слоя.
Марки углеродистой проволоки в зависимости от содержания углерода дают слой твердости от 160 НВ (Нп–25) до 340 НВ (Нп–85). Проволока легированная и высоколегированная позволяет получать слой твердости от 180 НВ (Нп–40Г) до 52 НКС (Нп–40Х13). При наплавке используют флюсы. Допускается производить наплавку рабочих поверхностей деталей э лектродной проволокой марки Св–08 под легирующим керамическим флюсом марки АНК–18 и АНК–19.
Механизированную наплавку производят также наплавочной порошковой проволокой или лентой под слоем флюса АН–348–А, АН–20 (С, СП и П), АН–2, Ан–60 и др. Для наплавки деталей машин из углеродистой стали под флюсом типа АН–348–А применяют порошковую проволоку марок ПП—АН–120, ПП—АН121 (твердость слоя 300–350 НВ) или ПП—АН–122 (твердость слоя 50–56 НRС), для наплавки высокомарганцовистых сталей применяют проволоку ПП—АН–105 (твердость слоя 20–25 НКС), для наплавки высокохромистых сталей рекомендуют порошковую проволоку марок ПП—АН–170 и ПП—АН–171. Порошковые ленты марок ПЛ—АН–101, ПЛ—АН–102 и ПЛ—АН–112 применяют для наплавки под флюсом и открытой дугой.
Технология наплавки
Процесс наплавки начинается с тщательной очистки детали от грязи, масла, краски. Рекомендуется обжигать поверхности, подлежащие наплавке газовыми горелками. Применяют также промывку горячим раствором щелочи с последующей промывкой горячей водой, очистку стальной щеткой.
Для предупреждения больших внутренних напряжений и образования трещин часто наплавляемые детали подогревают до температуры, зависящей от основного и наплавляемого металлов. Приемы и режимы наплавки зависят от формы и размеров деталей, толщины и состава наплавляемого слоя.
Большое значение для качества и формирования наплавляемого слоя имеет доля основного и присадочного металла. Влияние основного металла на качество наплавляемого слоя пропорционально доле участия его в образовании слоя. Эта доля зависит не только от способа наплавки, но особенно от режима наплавки. Например, при наплавке под флюсом влияние режима на качество наплавляемого слоя больше, чем при ручной наплавке покрытыми электродами, что объясняется большим проплавлением основного металла.
Преимуществом наплавки порошковой проволокой (или лентой) является меньшая плотность тока, что обеспечивает меньшую глубину проплавления основного металла и, как следствие, меньшее перемешивание его с наплавляемым металлом. При нанесении слоя в виде отдельных валиков должно быть обеспечено оптимальное перекрытие валиков при ручной наплавке на 0,30–0,35 ширины, а при механизированной – на 0,4–0,5 ширины валика.
Таблица 29