VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Наплавка – одна из разновидностей сварки – служит для нанесения металла заданного состава на поверхность изделия. Нанесенный металл прочно связывается с основным, образуя надежное соединение. При наплавочных работах требуется минимальная доля основного металла, переводимого в металл наплавки, в большинстве случаев, доля участия основного металла может в первых швах составлять от 10% до 50%. Уменьшение глубины расплавления основного металла, кроме постоянства состава наплавки, обеспечивает возможность значительного уменьшения внутренних напряжений, деформации и получения наплавки без трещин. К сожалению, это весьма важное технологическое требование очень часто на производстве не контролируется, и наплавка выполняется на максимальных режимах без соблюдения правильных технологических приемов. Это резко увеличивает глубину расплавления основного металла и долю участия его в наплавке, что ухудшает качество наплавки.

Глубину расплавления основного металла можно регулировать следующими технологическими приемами [1]:

1. Изменением тока или мощности пламени горелки, так как с уменьшением удельной тепловой мощности источника нагрева глубина проплавления уменьшается. Рекомендовать этот прием для массового применения не следует, так как при нем резко снижается производительность наплавки. Наплавочные работы желательно выполнять на максимально возможных режимах, но применяя другие технологические приемы, обеспечивающие уменьшение глубины расплавления основного металла.

2. Изменение ширины наплавляемого валика. С увеличением ширины валика уменьшается глубина расплавления основного металла, и создаются условия для более равномерного расплавления по поперечному сечению наплавки. Увеличить ширину валика при ручной дуговой наплавке можно большим размахом поперечного движения электрода – до 8-10 диаметров электрода; применением гребенки, состоящей из 2-5 электродов, включенных параллельно; применением пластинчатых электродов и наплавки лежащим электродом, применением поперечных колебательных движений электрода; использованием способа наплавки «расщепленным» электродом; применением ленточных порошковых электродов.

3. Изменением угла атаки газового пламени и дуги по отношению к основному металлу. С уменьшением угла атаки уменьшается глубина расплавления основного металла без уменьшения скорости расплавления присадочного металла. При наплавке на плоскость уменьшается угол наклона этой плоскости к горизонтальной. Наплавка на цилиндрические поверхности ведется «на спуск».

4. Применением «холостых», т.е. не включенных в сварочную цепь присадочных стержней. Эти стержни плавятся за счет тепла дуги и несколько уменьшают температуру ванны, позволяя повысить производительность наплавки с одновременным уменьшением глубины расплавления основного металла. Такие стержни при ручной дуговой наплавке могут подаваться в дугу левой рукой сварщика или включаются в гребенку электродов без присоединения их к источнику тока. При автоматической и электрошлаковой наплавке «холостая» проволока (одна или несколько) подается специальным механизмом без подключения ее к источнику тока.

Новые возможности открывают импульсные технологические процессы наплавки.

В статье представлены общие сведения об импульсно-дуговой наплавке.

Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом расширяет технологические возможности наплавки в защитных газах. При этом процессе на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и позволяют контролировать размер переносимых капель. При наложении на дугу импульсов определенной энергии и частоты достигается управляемый перенос электродного металла с минимальным разбрызгиванием. Это позволяет осуществлять наплавку в различных пространственных положениях.

Важным достоинством импульсных процессов является возможность стабилизации мгновенных значений основных технологических параметров: интервала плавления и переноса каждой капли электродного металла.

В зависимости от решаемой технологической задачи выбирают следующие частотные диапазоны алгоритмов импульсного управления [2]:

- 5000 – 100 Гц – для повышения устойчивости горения дуги и уменьшения размеров переносимых капель;

- 100 – 25 Гц – для управления переносом электродного металла во всех пространственных положениях;

- 25 – 0,25 Гц – для улучшения формирования шва во всех пространственных положениях за счет уменьшения размеров сварочной ванны и увеличения скорости кристаллизации;

- от 0,25 Гц и ниже – для управления кристаллизационными процессами в металле шва и зоне термического влияния.

Также интересна классификация по мощности импульсов, представленная в работе [3]:

1-й диапазон. Сварка с наложением импульсов малой энергии. Плавление проволоки и перенос капель протекают так же, как и при сварке без наложения импульсов.

2-й диапазон. Энергия импульсов больше, чем в первом, и уже оказывает влияние на поведение капли на электроде.

3-й диапазон. Энергия импульсов еще больше, чем во втором, и достаточна для отрыва каждым импульсом одной капли электродного металла.

4-й диапазон. Энергия импульсов настолько велика, что один импульс отрывает с электрода две капли и более.

5-й диапазон. Энергия импульсов велика, плавление электродной проволоки происходит, главным образом во время импульсов.

Импульсно-дуговая наплавка плавящимся электродом расширяет технологические возможности наплавки в защитных газах. При этом процессе на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и позволяют контролировать размер переносимых капель. При наложении на дугу импульсов определенной энергии и частоты можно достичь мелкокапельного переноса металла с минимальным разбрызгиванием. Это позволяет осуществлять наплавку в различных пространственных положениях.

Важно отметить, что по сравнению со стационарными процессами импульсные процессы обеспечивают следующие преимущества.

1. Повышение устойчивости горения дуги во всех пространственных положениях. За счет управления подачей импульсов, процессами плавления, переноса и кристаллизации металла независимо от пространственного положения сварочной ванны при значительно меньших средних значениях основных технологических параметров (Yсв, Uсв). Повышение качественных характеристик сварных соединений и наносимого слоя при наплавке (улучшение формирование шва не зависимо от пространственного положения, повышение однородности химического состава по всему объему покрытия, измельчение структуры в сварном шве в зоне термического влияния).

2. Получения заданной геометрии сварного шва. Возможность получения заданной геометрии, за счет изменения подачи импульсов сварочного тока (до 30%).

3. Получение необходимого химического состава наплавленного металла, для обеспечения заданных механических свойств. Повышение механических свойств получаемых сварных конструкций, связанных со значительным уменьшением зоны термического влияния и измельчением ее структуры. Увеличение в 2-3 раза скорости кристаллизации сварочной ванны вследствие нестационарного энергетического воздействия источника нагрева на сварочную ванну, уменьшающего температуру расплавленного металла. Отмеченные достоинства достигаются направленной кристаллизацией сварочной ванны и усиление гидродинамических процессов в расплавленном металле, способствующих интенсивной дегазации сварочной ванны и более равномерному объему расплава.

4.Уменьшение тепловложения в изделие. За счет уменьшения тепловложения в изделие получаем меньшие зоны термического влияния, что обеспечивает сохранению химических и механических свойств металла.

5.Увеличение коэффициента плавления электрода. При ИДС коэффициент расплавления повышается до 29-31 г·А/ч в сравнении при форсированных режимах в углекислом газе (25 г∙А/ч), рекомендованных при расчетах 15 г∙А/ч. Увеличение плавления объясняется тем, что сварочная проволока (электрод) плавиться от мгновенных значений сварочного тока и более эффективно использовано тепло со стороны дуги.

Вывод.

Разработка импульсных процессов наплавки в настоящее время очень актуальна, т.к. позволяет значительно расширить возможности традиционных технологических процессов наплавки, что непосредственно приведет к повышению эффективности сварочного производства.

Список литературы

1. Чернышов Г.Г., Мордынский В.Б. Справочник молодого электросварщика по ручной дуговой сварке. – М.: Машиностроение, 1987. – 112 с.

2. Патон Б.Е., Дудко Д.А., Сидорук В.С. Состояние и перспективы развития электрической сварки плавлением с модуляцией параметров режима. – Сб. научных трудов. – Киев:ИЭС им.Е.О.Патона. – 1988. – 80с.

3. Потапьевский А.Г. Сварка в защитных газах плавящимся электродом. Часть 1. Сварка в активных газах. – К.: Екотехнологiя. – 2007. – 192с.

Код для цитирования: Скопировать