/
Текст
И. И. ФРУМ мн
Автомдтичесш
ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ
НАПЛЛВКЛ
И. И. ФРУМИН
АВТОМАТИЧЕСКАЯ
ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ
НАПЛАВКА
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
Харьков 1961
АННОТАЦИЯ
В книге обобщены теоретические и технологические
основы автоматической наплавки, изложен производ-
ственный опыт применения ее в промышленности;
рассмотрены общие металлургические вопросы сварки
и наплавки — получение наплавленного металла за-
данного химического состава, условия образования
и методы предупреждения газовых пор и кристалли-
зационных трещин; описаны материалы и технология
автоматической износостойкой наплавки и ее приме-
нение для восстановления и повышения сроков служ-
бы деталей различного оборудования; приведены дан-
ные о конструкциях наплавочных аппаратов, станков,
установок и другого оборудования.
Книга предназначена для инженеров и техников
всех отраслей промышленности, занимающихся воп-
росами наплавки, а также может быть использована
научными работниками и студентами вузов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Глава 1. Современные способы автоматической (механизированной)
наплавки ....................................................... 1'
1. Наплавка под флюсом ... Ч
2. Наплавка в защитном газе ............................... 17
3. Электроимпульсная наплавка ............................. 19
4. Наплавка открытой дугой электродной проволокой с защитным
покрытием ................................-................ 21
5. Электрошлаковая наплавка ..............- .......- — 23
6. Наплавка токами высокой частоты .... ...... 25
7. Другие способы .. . . .......................... 26
Глава II. Сварочная ванна ..................................... 29
1. Давление дуги; расположение столба дуги ................ 29
2. Капли электродного металла, их температура ............. 31
3. Плавление флюса, температура шлака .................... 39
4. Форма и объем ванны расплавленного металла ............. 44
5. Средняя температура сварочной ванны .................... 53
6. Распределение температур в пределах сварочной ванны ... 58
Глава III. Взаимодействие шлака и металла при сварке и наплавке .. 62
1. Влияние состава среды, взаимодействующей с жидким метал-
лом ....................................................... 62
2. Влияние режима наплавки на состав наплавленного металла .. 65
3. Испарение примесей стали при дуговой сварке и наплавке .. 69
4. Достижимость равновесия между шлаком и металлом при свар-
ке и наплавке ............................................. 69
5. Кинетика взаимодействия шлака и металла при сварке....... 79
Глава IV. Легирование наплавленного металла при износостойкой
наплавке ........................................................ 87
1. Способы легирования наплавленного металла ............ 87
2. Наплавка легированной электродной проволокой или лентой .. 88
3. Наплавка порошковой проволокой ......................... 93
4. Наплавка с применением легирующих флюсов ............... 99
4
Оглавление
5. Легирование нанесением примесей на наплавляемую поверх-
ность ................................................... 106
6. Сравнительная характеристика способов легирования ... 107
7. Выбор способа легирования ........................... 109
Глава V. Предупреждение пор в наплавленном металле............ 112
1. Опытные данные о возникновении пор при сварке и наплавке 112
2. Условия образования пор ............................. 122
3. Теоретический анализ методов предупреждения пор...... 132
4. Предупреждение пор с помощью порошковой проволоки .... 146
Глава VI. Трещины в наплавленном слое и их предупреждение .... 152
1. Классификация трещин, наблюдаемых при наплавке....... 152
2. Кристаллизационные трещины при наплавке углеродистой
и низколегированной стали ............................... 153
3. Кристаллизационные трещины при наплавке высоколегирован-
ных износостойких сталей и сплавов...................... 160
4. Исследование условий возникновения трещин ........... 166
5. Происхождение кристаллизационных трещин ............. 177
6. Закалочные трещины .................................. 185
7. Хрупкие трещины ........ ...... ... 188
8. Предупреждение трещин ......................... ... 189
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ
Глава VII. Наплавленный металл ............................. 196
1. Углеродистые и низколегированные стали и чугун ...... 196
2. Высокомарганцевые стали и чугуны .................... 203
3. Высокохромистые стали и чугуны ...................... 207
4. Хромоникелевые аустенитные стали.............. -.....216
5. Высоковольфрам'овые стали ........................... 220
6. Сплавы на основе меди, никеля и кобальта .............230
7. Прочие износостойкие сплавы ..........................237
Глава VIII. Электродные материалы ............................ 241
1. Стандартные марки проволоки .......................... 241
2. Новые марки наплавочной проволоки ................... 246
3. Электродная лента ....................................247
4. Порошковая проволока ................................ 251
Глава IX. Флюсы............................................... 255
1. Общие свойства флюсов для наплавки .................. 255
2. Высококремнистые сварочные флюсы .....................259
3. Низкокремнистые флюсы ................................261
4. Специальные плавленые флюсы ......................... 265
5. Легирующие неплавленые флюсы .........................266
Глава X. Техника наплавки .................................... 269
1. Выбор режима наплавки .................................269
2. Наплавка цилиндрических и конических деталей..........274
3. Наплавка сложных тел вращения ....................... 280
4. Наплавка плоских поверхностей и деталей сложной формы .... 283
Оглавление
5
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ НАПЛАВКИ ДЛЯ
ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ
ИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
I липа XI. Условия службы изнашивающихся деталей и выбор металла
для наплавленного рабочего слоя ................. 289
1. Виды износа .........................................289
2. Инструмент для деформирования горячего металла ......294
3. Инструмент для деформирования холодного металла .....313
4. Восстановление размеров изношенных стальных деталей машин 315
5. Детали, работающие в условиях абразивного износа ....316
I лава XII. Оборудование, применяемое для наплавки ..........320
1. Наплавочные аппараты общего назначения ..............321
2. Наплавочные аппараты специального назначения ........337
3. Наплавочные установки общего назначения ... . ... 342
4. Вальценаплавочные станки ............................347
5. Источники питания сварочным током .................. 358
6. Индукторы для нагрева деталей перед наплавкой .......366
1 лава XIII. Опыт промышленного применения механизированной на-
плавки 371
1. Наплавка стальных прокатных валков ................. 371
2. Наплавка деталей прокатного оборудования ............383
3. Наплавка деталей засыпного аппарата доменной печи ... 385
4. Наплавка прессового инструмента......................387
5. Восстановление гребней бандажей железнодорожных колес .. 388
6. Электрошлаковая наплавка кернов для захвата слитков..390
7. Восстановление наплавкой деталей тракторов и автомобилей 392
8. Наплавка слоя отбеленного чугуна ................... 395
9. Автоматическая наплавка бронзы на стальные заготовки .... 936
Глава XIV. Экономические вопросы наплавки .............. .... 399
1. Стоимость наплавленного металла .................... 399
2. Эффективность восстановления размеров деталей и износостой-
кой наплавки .......................................... 403
3. Определение экономического эффекта от применения напла-
вочных установок ...................................... 406
Л и т е р а т у р а ........................................ 411
ВВЕДЕНИЕ
Одной из важных отраслей современной сварочной техники
является наплавка —нанесение расплавленного металла на по-
верхность изделия, нагретую до оплавления. Наплавленный
металл образует одно целое с основным металлом, связан с ним
весьма прочно и надежно. Путем наплавки можно получить не-
посредственно на рабочей поверхности изделия сплав, обла-
дающий желательным комплексом свойств, — износостойкий,
кислотоупорный, жаростойкий и т. п. Вес наплавленного ме-
талла обычно не превышает нескольких процентов от веса из-
делия. При ремонте обычно восстанавливаются первоначаль-
ные размеры и свойства поверхности деталей.
Кроме того, наплавка позволяет создавать биметаллические
изделия, у которых высокая прочность и низкая стоимость со-
четаются с большой долговечностью в условиях эксплуатации.
Многократное повторное восстановление изношенных деталей
во много раз уменьшает расход металла для изготовления за-
пасных частей оборудования.
Увеличение стойкости детали особенно важно, если от нее
зависит работа высокопроизводительного агрегата, а ее замена
связана с простоем. Этим обусловлена большая техническая и
экономическая эффективность наплавки в металлургии, в гор-
нодобывающей и нефтяной промышленности и во многих других
отраслях народного хозяйства.
Для наплавки могут быть использованы различные свароч-
ные процессы. Наибольшее применение получила дуговая свар-
ка плавящимся электродом.
Дуговая сварка, как способ соединения металлических ча-
стей, за последние 25—30 лет стала ведущим технологическим
процессом во многих отраслях промышленности. Происходя-
щая от той же «электрической отливки металлов» Н. Г. Славя-
нова, что и сварка, дуговая наплавка развивалась гораздо мед-
леннее. Хотя ручная износостойкая наплавка открытой дугой
известна с 20-х гг. нашего столетия, ее промышленное приме-
нение ограничено коренными недостатками, присущими этому
способу, — низкой производительностью, потребностью в высо-
коквалифицированной рабочей силе, тяжелыми условиями тру-
8
Введение
да и, самое важное, непостоянным качеством наплавленного
металла и обилием различных дефектов.
Автоматическая сварка под флюсом свободна от перечислен-
ных недостатков, что немало способствовало быстрому и успеш-
ному ее внедрению в народном хозяйстве СССР. Чтобы осу-
ществить возможность широкого использования автоматической
сварки для выполнения наплавочных работ, оказалось необхо-
димым решить ряд сложных технических задач.
Наплавленный металл по свойствам большей частью должен
существенно отличаться от основного' металла: при наплавке
нужно получить легированный металл с высоким содержанием
примесей. Часто в наплавленном слое недопустимы поры, тре-
щины и иные пороки, и требования в этом отношении строже,
чем предъявляемые к сварным швам. Оптимальный состав на-
плавленного металла для различных условий службы должен
быть выбран с учетом всех особенностей его эксплуатации, а
электродная проволока, флюс, термический режим наплавки —
так, чтобы наплавленный металл обладал в результате необхо-
димым химическим составом и физическими свойствами. Что-
бы свести к минимуму последующую механическую обработку
наплавленных изделий, нужно применять специализированное
оборудование.
В настоящей работе обобщены исследования теоретических
и технологических основ механизированной наплавки, освещен
опыт промышленного применения новейших методов.
Перспективы развития автом.атической .износостойкой на-
плавки в Советском Союзе очень благоприятны. Придавая боль-
шое значение широкому внедрению сварочной техники в народ-
ном хозяйстве, Партия и Правительство приняли решение, ко-
торым предусмотрен целый ряд крупных мероприятий, обеспе-
чивающих быстрый рост всей сварочной техники и в том числе
механизированной наплавки. В результате широкого внедрения
передовых методов наплавки изнашивающихся деталей метал-
лургического и горнорудного оборудования в течение семи лет
(с 1958 по 1965 г.) удельный расход деталей должен быть умень-
шен не менее, чем в 2 раза.
Создается мощная материальная база для широкого внед-
рения наплавки. В течение трех лет будет изготовлено 135 на-
плавочных установок, 65 вальценаплавочных станков, более
300 индукторов, большое количество наплавочной аппаратуры.
Строятся новые цехи производства порошковой проволоки, зна-
чительно увеличивается выпуск флюсов всех типов, электродной
проволоки из углеродистых и легированных сталей и пр.
Не подлежит сомнению, что широкое внедрение в производ-
ство новейших достижений нашей сварочной техники даст боль-
шой технико-экономический э*М>ект.
Введение
9
Автор надеется, что книга, предлагаемая вниманию чита-
телей, в некоторой мере окажется полезной для осуществления
этих важных задач.
Износостойкая наплавка деталей оборудования является ны-
не одним из основных направлений работы Ордена Трудового
Красного Знамени Института электросварки им. Е. О. Патона
Академии наук Украинской ССР. Достигнутые успехи были в
значительной мере обеспечены дружной работой всего коллекти-
ва, руководимого академиком АН УССР Б. Е. Патоном.
При выполнении исследований, изложенных в этой книге,
неоценимую помощь оказали автору кандидаты технических
наук Д. М. Рабкин, В. В. Подгаецкий, И. К. Походня, Н. А. Лан-
гер, Е. И. Лейначук, И. В. Кирдо, инженеры В. П. Субботовский,
А. В. Мельник, М. Д. Литвинчук, С. С. Савенко, В. А. Лапченко,
механики В. С. Ширин, И. К- Людвиг и все работники отдела
металлургии и технологии наплавки и сварочных материалов
Института электросварки им. Е. О. Патона. Химические и
спектральные анализы, металлографические исследования вы-
полнены в лабораториях отдела физико-химических исследова-
ний Института. При внедрении автоматической наплавки боль-
шая помощь была оказана инженерами В. К- Петриченко,
Б. С. Неня и коллективами института ВНИИОЧЕРМЕТ и за-
водов: Днепропетровского им. Ленина, Синарского трубного.
Магнитогорского метизно-металлургического, Днепропетров-
ского им. Петровского, Ворошиловского им. Ворошилова и Маг-
нитогорского металлургического комбината им. Сталина. Всем
указанным лицам и коллективам автор приносит свою глубокую
благодарность.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
СВАРКИ И НАПЛАВКИ
Глава /
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ
(МЕХАНИЗИРОВАННОЙ) НАПЛАВКИ
Автоматическая наплавка может быть осуществлена многи-
ми сварочными процессами. Однако производственное примене-
ние находит сравнительно небольшое число способов. Важней-
шие из них основаны* на использовании дуговой сварки плавя-
щимся электродом.
Главные особенности механизированной наплавки, отличаю-
щие ее от ручной, заключаются 1) .в непрерывности процесса,
которая обычно достигается использованием электродной про-
волоки или ленты в виде больших мотков; 2) в подводе тока
к электроду на минимальном расстоянии от дуги, что позво-
ляет применять токи большой силы без перегрева электрода;
3) в применении различных способов защиты расплавленного
металла от вредного воздействия воздуха.
1. НАПЛАВКА ПОД ФЛЮСОМ
Наиболее удачно основные задачи процесса решаются при
наплавке под флюсом, которая в настоящее время является
важнейшим способом механизированной наплавки. Технологи-
ческие и металлургические основы сварки под флюсом изуче-
ны в настоящее время довольно полно [1]. Наплавка является
одной из важных областей применений сварки под флюсом.
При наплавке под флюсом дуга горит между электродом и
изделием, к которым подведен ток, и образует на поверхности
изделия ванночку расплавленного металла. Наплавляемый уча-
сток покрывает толстый слой сыпучего флюса. Дуга частично
расплавляет флюс и горит внутри полости с эластичной оболоч-
кой из расплавленного флюса-шлака. Расплавленный шлак на-
дежно изолирует жидкий металл от газов воздуха, предупреж-
дает разбрызгивание и способствует сохранению тепла дуги.
После затвердевания металла образуется наплавленный валик,
покрытый шлаковой коркой и нерасплавившимся флюсом;
остывшая шлаковая корка удаляется.
12
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Схема процесса наплавки под флюсом представлена на
рис. 1. Электродная проволока ив мотков подается в зону ду-
ги сварочной головкой. Флюс на поверхность изделия поступает
из бункера. Относительное перемещение изделия и электрода
Рис. 1. Схема наплавки тела вращения под флюсом:
1 — изделие; 2 — наплавленный слой; 3 — электрод; 4 — расплавленный
шлак; 5 — ванночка жидкого металла; 6 — шлаковая корка; а — смещение
электрода с зенита
обеспечивается соответствующими механизмами наплавочной
установки (станка).
При наплавке под флюсом на обычно применяемых режимах
образуется довольно большая ванночка жидкого металла. Во
избежание стекания металла и шлака и образования дефектов
наплавляемый участок должен быть расположен горизонталь
но или под небольшим углом к горизонтальной поверхности.
Электрическая энергия, подведенная к электродной прово-
локе и изделию, преобразуется в дуге в тепловую. На торце
электродной проволоки и на поверхности ванночки расплавлен-
ного металла возникают активные пятна — участки, нагретые
до температуры кипения металла. Через активные пятна про-
текает сварочный ток, между ними располагается ярко светя-
щийся столб дуги. Электропроводность столба дуги обусловле-
на наличием в нем электронов, а также положительных и отри-
Современные способы автоматической наплавки
13
нательных ионов. Кроме того, в составе атмосферы столба ду-
ги имеется большое количество нейтральных атомов и двух-
атомных молекул. В столбе дуги благодаря соударению атомов
с быстрыми электронами и термической ионизации непрерывно
образуются заряженные частицы, а также идет рекомбинация
с образованием нейтральных атомов. При устойчивом существо-
вании дугового разряда устанавливается подвижное равновесие
этих процессов.
В столбе дуги напряженность электрического ноля сравни-
тельно невелика. Вблизи активных пятен наблюдается очень
резкое увеличение напряженности поля из-за образования объ-
емных зарядов. Вследствие высокой температуры и большой на-
пряженности поля катод излучает электроны. У катода сущест-
вует положительный объемный заряд, у анода— отрицательный.
В столбе дуги преобладает хаотическое тепловое движение ча-
стиц, в приэлектродных областях — направленное.
Благодаря высокой напряженности поля заряженные части-
цы приобретают ускорение и бомбардируют поверхности като-
да и анода.
Баланс энергии приэлектродных областей мощной сварочной
дуги исследовал Д. М. Рабкин [136], который нашел, что катод
получает энергию: 1) за счет разряда положительных ионов;
2) кинетическую, приобретенную этими ионами в приэлектрод-
ной области и 3) от теплоотдачи столба дуги. Если в атмосфере
дуги имеются атомы элементов, обладающих высоким сродством
к электрону (т. е. высоким значением максимальной работы ре-
акции присоединения электрона к атому), то они (например,
атомы фтора) образуют на поверхности катода отрицательные
ионы, причем выделяется и передается катоду энергия сродства
к электрону. Потери энергии катодом связаны с затратой ее на
выход электронов из металла, плавление и частичное испаре-
ние металла, излучение и отвод тепла в массу катода. При уста-
новившемся процессе потери тепла на катоде равны притоку.
На аноде происходит в основном разряд электронов и вы-
деление кинетической энергии, приобретенной ими в приэлек-
тродной области. Приток тепла от этих источников практически
не зависит от. присутствия в дуге атомов фтора. Потери энергии
анодом такие же, как катодом, кроме выхода электронов.
Особенностями процессов в приэлектродных областях опре-
деляется скорость плавления электродной проволоки и основ-
ного металла в дуге.
Коэффициент плавления электродной проволоки /<п зависит
от ее химического состава, которым определяется температура
плавления и теплоемкость металла, а также от рода тока и по-
лярности. При наплавке постоянным током обратной полярно-
сти (электрод-—анод, изделие—катод) коэффициент плавле-
14
Металлургические вопросы сварки и наплавки
ния наименьший. Он мало .зависит от состава флюса и для ма-
лоуглеродистой проволоки в среднем равен 11,6±0,4 г/а-час.
При наплавке током прямой полярности (электрод — катод)
коэффициент плавления больше. Он зависит от поступления в
дугу атомов фтора, следовательно, от химического состава флю-
са. Для флюса АН-348А и малоуглеродистой проволоки в сред-
нем диапазоне режимов справедливо уравнение:
/Сп = 2,8 + 0,1 —— г/а • час, (J. 1)
d
где /д — ток дуги, а;
d — диаметр электрода, мм.
При наплавке переменным током зависимость скорости
плавления от состава флюса выражена ‘Слабее. Для флюса
АН-348А и малоуглеродистой проволоки справедливо уравнение:
Кл = 7,0 + 0,040 — г/а-час. (1.2)
d
Эти уравнения учитывают только плавление электрода теп-
лом дуги. Скорость плавления может увеличиваться также за
счет нагрева вылета электрода, т. е. участка электрода от точ-
ки подвода тока до дуги, по которому протекает ток большой
силы.
Коэффициент наплавки под флюсом почти равен коэффи-
циенту плавления, так как потери от разбрызгивания .не пре-
вышают 1,5%. При ручной наплавке открытой дугой потери от
разбрызгивания достигают 15—20%. Устойчивость процесса
наплавки под флюсом в значительной степени зависит от плот-
ности тока в электроде, обычно составляющей 40—1000 а)мм2
и более, и растет, по мере ее повышения.
Производительность наплавки измеряется количеством ме-
талла, наплавленным в единицу времени. Графики, представ-
ленные на рис. 2 [223], показывают производительность одно-
электродной наплавки под флюсом.
При наплавке отдельного валика под флюсом на обычных
режимах на 'горизонтальную поверхность доля расплавленного
основного металла в металле наплавки составляет обычно 2/3,
электродного — */3.
Для уменьшения доли основного металла и .повышения коэф-
фициента наплавки предложен ряд способов:
1. Наплавка независимой дугой, горящей между двумя элек-
тродами (к изделию ток не подводится); .при большом рас-
стоянии от дуги до поверхности изделия основной металл вооб-
ще не проплавляется.
Современные способы автоматической наплавки
15
Рис. 2. Количество наплавленного
металла в зависимости от тока и
диаметра электродной проволоки.
Наплавка под флюсом типа
АН-348-А, постоянный ток, прямая
полярность
2. Наплавка трехфазной дутой, .при которой глубина про-
плавления зависит от соотношения токов в дугах, горящих меж-
ду электродами и изделием.
3. Наплавка комбинированной дугой. Питание дуги между
электродами и изделием осуществляется при этом постоянным
током, а дуги между электродами-—(переменным током.
4. Однофазная двухэлектрод-
ная наплавка, основанная на пи-
тании электродов и изделия от
концов и середины вторичной об-
мотки сварочного трансформа-
тора.
5. Наплавка с подачей приса-
дочной проволоки в дугу (к про-
волоке ток не подводится), поз-
воляющая увеличить коэффи-
циент наплавки и снизить долю
основного металла.
Все перечисленные способы
позволяют значительно увеличить
количество проволоки, расплав-
ляемой в единицу времени, при-
чем производительность плавле-
ния электрода достигает. 25—30
кг]час. Однако эти способы не дают надежных результатов по
формированию наплавленного валика; нередко наблюдаются не-
провары по краям его, подвороты, бугры и местные несплавле-
вия. Качество наплавки зависит здесь от угла между электрода-
ми и расстояния между поверхностью изделия и точкой пересе-
чения осей электродов. Существующая аппаратура не позволяет
поддерживать эти величины строго постоянными, вследствие че-
го все пять способов дают ненадежные результаты и производст-
венное использование их незначительно.
Более надежный способ уменьшения доли основного метал-
ла в металле наплавки предложили Я. Лукашек и К. Лебль [76],
применившие наплавку с добавочным электродом, подключен-
ным параллельно основному металлу (рис. 3). Сварочная го-
ловка движется навстречу добавочному электроду, который по-
дается под острым углом к наплавляемой поверхности (реко-
мендуется угол не более 25°). Добавочный электрод должен ка-
саться поверхности изделия против торца вертикального элек-
трода; допустимо отклонение точки касания на ±2 мм, что не-
трудно обеспечить с помощью существующих аппаратов (на-
пример, двудугового трактора Института электросварки
ДТС-24).
16
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Изменяя 'Скорость подачи добавочного электрода, а также
скорость перемещения головки, можно снизить долю основного
металла до 0,1—0,15 без нарушения стабильности процесса,
при надежном оплавлении валика
Рис. 3. Схема наплавки с добавочным
электродом. Стрелка указывает направ-
ление движения аппарата:
1 — основной электрод; 2 — добавочный
электрод; 3 — наплавляемое изделие
с изделием. Производитель-
ность наплавки при рабо-
те с добавочным электро-
дом достигает 15—20
кг! час.
Весьма эффективна
многоэлектродная наплав-
ка, при которой одновре-
менно применяется не-
сколько проволок, под-
ключенных к одному по-
люсу источника тока и
расположенных перпен-
дикулярно линии переме-
щения дуги. При неболь-
шом расстоянии между
соседними электродами
создается общая свароч-
ная ванна. Проволоки
плавятся поочередно: ду-
га перескакивает с одной
проволоки на другую
[38]. Благодаря уменьше-
нию затраты тепла на
плавление флюса коэф-
фициент наплавки при таком способе увеличивается на
20—40%.
В качестве электрода может служить лента малой толщины
и большой ширины. Дуга более или менее равномерно оплавля-
ет торец ленты. При этом коэффициент наплавки также полу-
чается выше, чем при использовании электродной проволоки.
Расплавленный металл электрода каплями переносится че-
рез дугу в жидкую ванну, где перемешивается с расплавленным
металлом изделия. Состав металла наплавки получается совер-
шенно однородным. При многослойной наплавке доля основно-
го металла в каждом последующем слое убывает.
Примеси, входящие в состав электрода и основного металла,
могут частично окисляться и переходить в шлак. Поведение
различных примесей зависит от их сродства к кислороду и от
свойств флюса. Если примесь не окисляется и не восстанавли-
вается при наплавке (так, например, ведет себя никель) и по-
ступает в металл наплавки только из электродной проволоки,
то ее содержание в i-ом слое можно вычислить по уравнению:
Соеременные способы автоматической наплавки
17
RH = Ra-R3V- (1.3)
Здесь /?н —содержание примеси R в металле наплавки, %;
— то же в металле электрода,
у —доля основного металла в металле наплавки.
При у = 0,3 уже в третьем слое содержание R в металле
наплавки практически не отличается от содержания в электро-
де. В этом случае верхний слой представляет собой почти чи-
стый наплавленный металл, т. е. металл электрода, прошедший
металлургическую обработку в процессе наплавки. Число слоев,
необходимое для получения наплавленного металла, состав ко-
торого не зависит от основного металла, определяется величи-
ной у. Методы регулирования этой величины при наплавке рас-
смотрены ниже.
Благодаря весьма совершенной защите ванны при наплавке
под флюсом получается однородный наплавленный металл, сво-
бодный от пороков металлургического и технологического про-
исхождения. Процесс наплавки закрытой дугой легко контро-
лируется и управляется. Условия труда несравненно лучше, чем
при ручной наплавке открытой дугой.
С помощью наплавки под флюсом можно наплавить слой
металла почти любого химического состава, толщиной от 2 мм
и более. Практическое применение находит наплавка тел вра-
щения диаметром 40 мм и более, а также всевозможных пло-
ских деталей и изделий сложной формы.
2. НАПЛАВКА В ЗАЩИТНОМ ГАЗЕ
В последние годы получил распространение способ наплав-
ки плавящимся электродом в среде защитного газа. Расплав-
ленный металл защищен от воздуха струей инертного газа —
аргона либо активного газа — углекислоты. Электродная про-
волока подается в дугу механизмом соответствующего аппара-
та с постоянной скоростью. Ток 'подводится к проволоке вблизи
дуги, в специальной горелке, снабженной соплами для подачи
газа и часто также водяным охлаждением. Наплавку ведут по-
стоянным током.
Наплавка в защитном газе целесообразна в тех случаях, ког-
да невозможна или затруднена наплавка под флюсом. Так, на-
пример, при наплавке внутренних поверхностей глубоких отвер-
стий подача флюса и удаление шлаковой корки весьма затруд-
нительны; эти операции отпадают .при наплавке в защитном
газе. Если наплавляемые поверхности имеют сложную форму,
то возможность видеть дугу и управлять ею имеет большое
значение; такая 'возможность имеется только при наплавке в
защитном газе. Многослойная наплавка сплавов с высоким со-
2 Зак. 390
АВТО
18
Металлургические вопросы сварки и наплавки
держанием элементов, ухудшающих отделимость шлаковой
корки (например, ванадия), затруднительна под флюсом, но с
успехом выполняется в защитном газе. Наконец, наплавка мел-
ких деталей, когда насыпание и удаление флюса отнимают от-
носительно много времени, эффективно производится в защит-
ном газе.
Кроме автоматической наплавки, при которой перемещение
дуги по отношению к изделию механизировано, применяется по-
луавтоматическая: проволока и газ подаются по длинному гиб-
кому шлангу, дуга перемещается вручную.
Наилучшая защита металла достигается при использовании
чистого аргона. Если электродный металл содержит достаточ-
ное количество раскислителей для надежного подавления реак-
ции образования окиси углерода в расплавленных каплях на
конце электрода, то разбрызгивание металла незначительно.
Весьма успешно применяется аргон для наплавки высоколеги-
рованных хромоникелевых аустенитных сталей, сплавов на ос-
нове меди и др. Его использование для наплавки низколегиро-
ванных сталей связано с затруднениями из-за образования пор
в металле наплавки и повышенного разбрызгивания. Примене-
ние аргона ограничивается его высокой стоимостью, однако есть
основание рассчитывать, что в связи с быстрым ростом произ-
водства аргона в ближайшие годы она значительно снизится.
К. В. Любавский и Н. М. Новожилов предложили применять
для защиты металла от воздуха углекислый газ [82]. Послед-
ний разлагается частично в дуге с образованием окиси угле-
рода и кислорода. При сварке в углекислом газе обеспечивается
защита металла от воздействия азота: предупреждается обра-
зование пор и нежелательное поглощение азота металлом на-
плавки. Электродная проволока должна обязательно содержать
активные раскислители. Обычно используется кремнемарганце-
вая проволока. Для наплавки служит легированная проволока
подходящего состава либо порошковая проволока [130].
Чтобы уменьшить разбрызгивание, наплавку в углекислом
газе обычно ведут короткой дугой. Как только на конце элек-
трода образуется капелька достаточной величины, происходит
кратковременное короткое замыкание и металл перетекает в
сварочную ванночку. Затем снова загорается дуга. Такой про-
цесс идет достаточно устойчиво только при жесткой внешней ха-
рактеристике источника питания постоянным током. Предпоч-
тительна также высокая плотность тока (малый диаметр элек-
тродной проволоки). По скорости плавления проволоки наплав-
ка в углекислом газе не уступает наплавке под флюсом, что
видно из данных, представленных на рис. 4 [223]. Однако про-
изводительность наплавки ниже: потери от разбрызгивания до-
вольно значительны — от 5 до 15%.
Современные способы автоматической наплавки
19
То к, а
Рис. 4. Количество расплавленного
электродного металла в зависи-
мости от тока и диаметра элек
тродной проволоки. Наплавка в
углекислом газе, постоянный ток,
обратная полярность [223]
Большое разбрызгивание приводит к налипанию брызг на
мундштук горелки, что является недостатком наплавки в угле-
кислом газе. Кроме того, сдува-
ние струи защитного газа ветром
затрудняет применение этого спо-
соба на открытом воздухе.
Некоторое применение в про-
мышленности находит наплавка в
защитном газе неплавящимся
электродом, обычно вольфрамо-
вым прутком. В этом случае за-
щитным газом служит аргон или
гелий. Присадочный металл в
виде прутков или проволоки ма-
лого диаметра подается примерно
под прямым углом к электроду.
Этот способ позволяет получить
очень малую глубину проплавле-
ния основного металла, а также
наплавлять тонкие слои от 0,5 мм и более. Таким методом про-
изводится наплавка кобальтовых сплавов на клапаны двигателей
внутреннего сгорания и другие детали [185].
3. ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНАЯ НАПЛАВКА
Различные способы электроимпульсной наплавки основаны
на применении в качестве источника тепла искрового разряда
или дуги весьма малой длительности (тысячные доли секунды).
Искровой разряд получается при питании от специальной элек-
трической схемы с конденсатором, подключенным параллельно
разрядному промежутку. Кратковременная дуга получается
при использовании низковольтного генератора постоянного то-
ка за счет экстратока размыкания.
При каждом импульсе тока расплавляется и переносится
с плавящегося электрода на изделие небольшое количество
металла. Повторное возбуждение разряда производится путем
прикосновения электрода к изделию и отвода его на некоторое
расстояние; для этой цели служат вибраторы различных кон-
струкций. Электроимпульсная наплавка производится либо на
воздухе, либо в струе воды или эмульсии, что позволяет умень-
шить тепловое воздействие разряда на наплавляемую деталь.
Быстрое охлаждение маленьких порций расплавленного ме-
тила обеспечивает возможность наплавки изделий малых раз-
меров. Электроискровым способом можно наплавлять слой
20
Металлургические вопросы сварки и наплавки
твердого сплава на острия резцов, причем толщина наплавлен-
ного слоя составляет от нескольких сотых до 0,1 мм [651.
Из электроимпульсных способов наиболее распространена
вибродуговая наплавка, предложенная Г. П. Клековкиным.
Для подачи электродной проволоки служит специальная го-
ловка той или иной конструкции, которая крепится на суппор-
те токарного станка. Головка обеспечивает подачу проволоки
к изделию и вибрацию электрода вдоль оси электродной прово-
локи. Применяются как механические, так и электромагнитные
вибраторы, причем первые работают более надежно. Источни-
ком тока служит выпрямитель или низковольтный генератор.
Иногда используется сварочный преобразователь ПС-300, в этом
случае повышение стабильности процесса достигается переклю-
чением (для получения более жесткой характеристики) регули-
руемой обмотки (поперечных полюсов генератора. В зону плав-
ления непрерывно подается вода или 20%-ный водный раствор
глицерина или 4%-ный раствор соды (от выбора жидкости за-
висит интенсивность закалки наплавленного слоя и его твер-
дость, а также наличие микротрещин).
По данным исследований И Р. Пацкевича, Г. Д. Куликова
и др. [Ill], процесс состоит из одинаковых циклов, в каждом из
которых происходит: 1) замыкание электрода с наплавляемой
поверхностью; 2) размыкание и образование кратковременной
дуги; 3) подача электрода к изделию до замыкания. Перенос
металла происходит преимущественно во время короткого за-
мыкания. В этот момент напряжение падает до нуля, а ток воз-
растает до мгновенного значения порядка 1000 а (при средней
величине 160 а). При размыкании за счет экстратока образуется
дуга, напряжение достигает 28—30 в, происходит оплавление
поверхности изделия и плавление электрода. Поскольку напря-
жение холостого хода источника недостаточно для поддержа-
ния стабильного дугового разряда, через 0,002—0,003 сек. дуга
потухает. Цикл повторяется после нового замыкания электрода
с изделием и перетекания на изделие капельки расплавленного
металла. При частоте вибрации 50 гц в секунду происходит
50 циклов.
Продолжительность периодов горения дуги может быть уве-
личена при включении в цепь дросселя или уменьшена при под-
ключении конденсатора параллельно разрядному промежутку.
Непрерывное охлаждение и прерывистый характер процесса
способствуют уменьшению зоны термического влияния сварки,
уменьшению деформации наплавляемой детали, а также за-
калке наплавленного металла. Вместе с тем твердость наплав-
.ленного слоя неравномерна, в нем имеются мелкие газовые по-
ры, иногда и трещинки. Ввиду наличия таких дефектов восста-
новление этим способом деталей, испытывающих большую ди-
Современные способы автоматической наплавки
21
мимическую нагрузку и работающих на усталость, по-видимо-
му, нерационально.
Коэффициент наплавки при различных вариантах процесса
нибродуговой наплавки составляет от 2,5 до 7 г!а-час, т. е. зна-
чительно ниже, чем при наплавке под флюсом. Поэтому при
ремонте крупных изделий, когда возможна наплавка под флю-
сом, применение вибродуговой наплавки невыгодно.
Используется вибродуговая наплавка главным образом при
ремонте изделий небольших размеров, где важна возможность
нанесения равно-мерного тонкого слоя металла при минималь-
ной деформации изделия, а наличие мелких дефектов не имеет
существенного значения.
4. НАПЛАВКА ОТКРЫТОЙ ДУГОЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКОЙ
С ЗАЩИТНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Этот способ почти не находит применения в СССР, но до-
вольно часто используется в Западной Европе. Он основан ли-
бо на применении электродной проволоки специальной конст-
рукции, которая обеспечивает непрерывность подвода тока
вблизи дуги, либо на нанесении покрытия на обычную голую
проволоку в непосредственной близости от дуги.
Претлагало-сь много конструкций электродной проволоки
для автоматической сварки: крестообразного сечения с покры-
тием в выемках креста, с выступами на поверхности и пр. Од-
нако сложность и большая трудоемкость изготовления помеша-
ли их широкому распространению. Более удачной оказалась
конструкция (рис. 5), предложенная в Бельгии Ф. Данье [211].
С помощью специального станка проволоку диаметром 3—4 мм
сперва оплетают более тонкой про-волокой, а затем наносят за-
щитное покрытие таким образом, чтобы поверхность тонкой
проволоки выступала наружу. Ток подводится через тонкую
проволоку. Оплетка играет роль арматуры и увеличивает проч-
ность покрытия. Химический состав проволоки, а также покры-
тия может быть выбран так, чтобы получить в наплавленном
металле желательное содержание легирующих примесей.
Все же элекродная проволока с армированным покрытием
дорога, а возможности легирования через покрытие ограничены.
Нанести покрытие на электродную проволоку ниже точки
подвода тока можно механически. Предлагалось выполнить та-
кое покрытие в виде специальной ленты на основе ткани. В пос-
леднее время одна из австрийских фирм предложила цепочеч-
ное покрытие: из тестообразной массы прессуются звенья с
С-образным сечением, которые нанизываются на две тонких про-
волочки, так что получается цепочка в виде гусеницы. На сва-
рочной головке, кроме катушки с проволокой, крепятся две
22
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Рис. 5. Элек-
тродная прово-
лока с армиро-
рованным по-
крытием для
автоматической
сварки и на-
плавки откры-
той дугой
катушки с цепочечным покрытием. В процессе сварки звенья
покрытия охватывают проволоку вблизи дуги и выполняют те
же функции, что и покрытие обычных качественных электродов
(рис. 6). Таким путем можно получить наплав-
ленный металл почти любого химического со-
става.
Известно, что современные качественные по-
крытия обеспечивают отличную защиту металла
от газов воздуха. Это достигается, например, вве-
дением в состав покрытия карбонатов, которые,
разлагаясь при нагреве, тоздают поток углекис-
лого газа. Одновременно шлак, образующийся
при плавлении покрытия, тонкой пленкой покры-
вает каждую каплю металла при перекосе ее в
дуге. Поскольку плавление покрытия отстает от
плавления стержня электрода, па конце последне-
го создается втулочка, направляющая газозый
поток и препятствующая разбрызгиванию метал-
ла. Однако изготовление цепочечного покрытия
сложно и трудоемко.
Нанести покрытие на участок проволоки ни-
же точки подвода тока можно магнитным спосо-
бом — за счет магнитного поля, которое обра-
зуется вокруг проволоки при прохождении по ней
сварочного тока *. При этом, разумеется, покры-
тие должно быть магнитным. В его состав вво-
дят шлакообразующие и легирующие материа-
лы, а также от 20 до 50% тонкого железного по-
рошка. Покрытие (в виде порошка) насыпают
в воронку, через которую проходит электродная
проволока (рис. 7). Толщина слоя покрытия на
электроде регулируется диаметром очка, через
которое проходит проволока по выходе из во-
ронки. Высыпание порошка из воронки при отсутствии тока пре-
дупреждается магнитным затвором.
Проведенные до сих пор опыты показали, что при магнитном
способе нанесения покрытия защита расплавленного металла
менее совершенна, чем при использовании качественных элек-
тродов. Начальный участок проволоки расплавляется вовсе без
защиты, что иногда приводит к дефектам. Для успешной ра-
боты важна достаточно высокая квалификация наплавщика.
Условия труда не лучше, чем при ручной сварке, но производи-
1 Изобретение А. И. Ходжаева — авторское свидетельство № 100227 с
приоритетом от 25/ IV 1950 г.
Современные способы автоматической наплавки
23
тельность значительно выше. Довольно велики потери от угара
и разбрызгивания. Приготовление порошкообразного покры-
тия— трудоемкая операция, однако более простая, чем изготов-
ление армированного или цепочечного покрытия.
Рис. 6. Цепочечное покрытие элек- Рис. 7. Схема наплавки с магнитным
тродной проволоки покрытием:
1 — порошкообразное магнитное покры-
тие; 2 — постоянный магнит; 3 — бункер;
4 — токоподводящая трубка; 5 — медная
калибрующая втулка; 6 — электродная
проволока
Наплавка открытой дугой с применением защитного покры-
тия вполне целесообразна в тех случаях, когда требуется на-
плавлять детали сложной формы. Можно предполагать, что этот
способ найдет применение для полуавтоматической наплавки
наравне с наплавкой в защитном газе, если будет организова-
но промышленное производство необходимых материалов.
5. ЭЛ ЕКТРОШЛАКОВАЯ НАПЛАВКА
Электрошлаковая наплавка основана на новом способе свар-
ки плавлением, изобретенном Г. 3. Волошкевичем. Тепло, слу-
жащее для плавления металла, выделяется при прохождении
кжа от электрода к изделию через расплавленный шлак. У на-
24
Металлургические, вопросы сварки и наплавки
плавляемой поверхности создается ванночка жидкого шлака,
стекание которого предупреждается охлаждаемым медным ко-
килем (рис. 8). Ток нагревает шлак до теглпературы более
2000°. При этом оплавляется поверхность изделия и с большой
скоростью плавится электрод. Капли металла электрода, сли-
ваясь с расплавленным основным металлом, образуют метал-
лическую ванну. У поверхности ко-
киля застывает тонкий слой шлака.
Скорость плавления электрода
очень велика. Коэффициент плавле-
ния составляет от 26 до 30 г/о час,
потери от разбрызгивания практи-
чески отсутствуют.
При наплавке длинной цилиндри-
ческой детали, показанной на рис. 8.
пр шесс начинается на графитовых
подкладках. Медный ползун кольце-
вой формы постепенно перемещает-
ся вверх с помощью специального
устройства. Весьма важно поддер-
жание постоянного уровня ванны
жидкого металла и ванны жидкого
шлака по отношению к ползуну.
Положение металлической ван-
ны контролируется путем непрерыв-
Рис. 8. Схема электрошлако-
вой наплавки наружной ци-
линдрической поверхности:
1 — электрод; 2 — медный охлаж-
даемый ползун; 3 — ванна рас-
плавленного шлака; 4 металли-
ческая ванна; 5 — наплавленный
слой; 6 — пленка застывшего шла-
ка
ного измерения напряжения между
комизм охлаждаемого щупа, вмон-
тированного в ползун, и зеркалом
металлической ванны. Это напряже-
ние равно нулю, когда шуп касает-
ся металлической ванны, и растет по
мере удаления щупа. Специальная
схема автоматического регулирова-
ния управляет скоростью перемещения ползуна таким образом,
что расстояние от щупа до зеркала ванны поддерживается по-
стоянным.
Глубина шлаковой ванны поддерживается в заданных пре-
делах посредством строго дозированной постепенной подачи
флюса.
Применяемый при электрошлаковой наплавке флюс должен
обладать сложным комплексом свойств, среди которых вяз-
кость, электропроводность, зависимость, электропроводности от
температуры и температура кипения имеют особенно важное
значение. Расход флюса при электрошлаковой наплавке обычно
очень мал; в качестве электрода может быть использована про-
волока, лента, пластина, труба и др.
Современные способы автоматической наплавки
25
Отличительной особенностью электрошлакового процесса яв-
ляется его высокая устойчивость при очень низкой плотности
тока—от 0.1 а!мм2 и более. Этим пользуются при применении
метода плавящегося мундштука — способа электрошлаковой
сварки и наплавки, при котором электродом служит неподвиж-
ная пластина, снабженная каналами или направляющими коль-
цами для прохода проволоки. Проволока подается в таком ко-
личестве, чтобы расплавленный металл заполнил зазор между
кромкой основного металла и охлаждаемым кокилем.
Глубина провара основного металла при электрошлаковой
наплавке зависит от многих факторов, в особенности ст объем-
ной концентрации тепловой энергии. Путем перемещения элек-
трода или изделия (например, вращения цилиндрического из-
делия) можно достичь более равномерного распределения теп-
ла в шлаковой ванне, чем при неподвижном электроде. Соответ-
ственно проплавление получается на меньшую глубину и бо-
лее равномерное. Все же довольно затруднительно обеспечить
долю основного металла в металле наплавки менее 20 %-
При неблагоприятных условиях — слишком малом объеме
расплавленного шлака, чрезмерном повышении напряжения, ма-
лом зазоре и др. — возможен перегрев шлака, и он закипает.
Кипение шлака снижает его электропроводность, ток падает и
в результате возникает возможность неоплавления электродного
металла с основным. Эта особенность процесса затрудняет по-
лучение наплавленного слоя толщиной менее 10—12 мм.
Ценной особенностью электрошлакового способа является
возможность получения гладкой и ровной поверхности наплав-
ленного металла и очень малых припусков для обработки. Тех-
ника и технология электрошлако-вой сварки и наплапки подроб-
но рассмотрены в книге [192].
6. НАПЛАВКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Индукционный нагрев токами высокой частоты осуществ-
ляется путем приближения к поверхности изделия индуктора,
присоединенного к машинному или ламповому генератору ТВЧ.
В поверхностном слое металла индуктируются вихревые токи,
и он может быть нагрет до оплавления. Для наплавки ТВЧ
применяются два способа: присадочный металл либо предвари-
тельно наносится на поверхность изделия в виде порошка, па-
сты или прессованных брикетов, либо расплавляется в огне-
упорной воронке, расположенной в отдельном индукторе над на-
плавляемой деталью.
Вариант процесса с твердым присадочным металлом полу-
чил довольно большое распространение благодаря трудам
26
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Е. М. Кузмака, А. И. Курдина и др. В качестве твердого спла-
ва используется крупка литых карбидов вольфрама; иногда
применяются также металлокерамические твердые сплавы.
Флюсом обычно служит борная кислота. Так как крупинки
твердого сплава очень тугоплавки и обладают высоким удель-
ным весом, то они не расплавляются при индукционном на-
греве и тонут в жидкой стали, растворяясь в ней только ча-
стично. Такой способ успешно используется для оснащения
твердым сплавО'М зубьев шарошек буровых долот [58]. Произво-
дительность процесса невелика (около 0,5 кг наплавленного ме-
талла в час), однако она выше, чем при ацетилено-кислородной
сварке, применявшейся для той же цели. Наплавка ТВЧ осо-
бенно ценна там, где важно сохранить структуру и свойства кар-
бидных крупинок, достичь минимального сплавления их с ме-
таллом, выполняющим роль связки.
Наплавка с использованием жидкого присадочного металла
пока получила лишь небольшое применение для повышения из-
носостойкости толкателей клапанов двигателей внутреннего
сгорания: на разогретый торец стержня наплавляется неболь-
шая порция износостойкого металла. Для этой цели создан спе-
циализированный станок-автомат.
7. ДРУГИЕ СПОСОБЫ
Несколько новых способов наплавки находятся еще в ста-
дии экспериментальной разработки.
Наплавка лежачим пластинчатым электродом производится
без механизмов, с помощью несложных приспособлений. Схема
этого способа, предложенного Б. М. Конторэвым и Б. Н. Пано-
вым, показана на рис. 9. На поверхность изделия, подлежащую
наплавке, насыпают слой флюса толщиной 3—5 мм. На флюс
кладут электрод, представляющий собой тонкую пластину ма-,
лоуглеродистой стали с нанесенным на нее слоем обмазки из
порошка ферросплавов, смешанного с растворимым стеклом. С
одной стороны электрод имеет отогнутый вниз конец, который
касается поверхности изделия, а с другой — свободный от об-
мазки конец, который служит для подвода тока. Электрод за-
сыпают слоем флюса толщиной 10—15 мм и укладывают мас-
сивную медную пластину.
При включении сварочного тока возникает дуга, и электрод
постепенно плавится. На поверхность изделия наплавляется
слой, ширина и длина которого равны размерам электрода.
Глубина проплавления основного металла получается очень
малая.
С помощью лежачего пластинчатого электрода на поверх-
ность изделия наплавляется, например, слой высокохромистого
Современные способы автоматической наплавки
27
чугуна толщиной до 3 мм. В качестве флюса в этом случае ис-
пользуется обычный сварочный флюс марки АН-348А. Плот-
ность тока выбирается в пределах от 7 до 9 й/лш2 (считая толь-
ко сечение стальной пластины), напряжение составляет 35—45 в.
Возможна наплавка различных фасонных деталей, для чего
применяются электроды соответствующей формы. Вследствие
изменения сопротивления электрода в процессе наплавки, а так-
же из-за колебаний напряжения сети глубина проплавления ос-
Рис. 9. Схема наплавки лежачим пластинчатым электродом:
1 — подвод тока; 2 — массивная медная плита; 3 — электрод; 4 —
обмазка; 5 — флюс; 6 — изделие
новного металла и форма сечения наплавленного валика полу-
чаются по длине не совсем равномерными.
По даным ОРГРЭС при питании от сварочного трансформа-
тора типа ТСД-1000 за один проход можно наплавить слой ши-
риной до 200 мм и длиной до 1000 мм. Производительность на-
плавки за время горения дуги — до 12 кг наплавленного метал-
ла в час, однако при этом способе велико вспомогательное время.
Пластинчатые электроды для наплавки промышленностью
пока не изготовляются.
Механизированная наплавка угольным электродом отли-
чается от ручной тем, что угольный или графитовый электрод
закрепляется в водоохлаждаемом держателе, который пере-
мещается вдоль и поперек изделия с помощью соответствующих
механизмов. На поверхность, подлежащую наплавке, насыпают
порошкообразную шихту (сталинит, ВИСХОМ-9 и др.), которая
расплавляется теплом дуги; одновременно оплавляется поверх-
ность изделия. Газовая или шлаковая защита расплавленного
металла обычно не применяется, что приводит к довольно зна-
чительным потерям от угара и разбрызгивания. Производитель-
ность наплавки может достигать 5—6 кг в час, но качество ме-
талла наплавки получается невысокое — нередки поры, шлако-
вые включения и другие дефекты.
28 . Металлургические вопросы сварки и наплавки
Газопламенная наплавка используется иногда для нанесения
на поверхность слоя легкоплавкого износостойкого сплава
(с температурой плавления не более 1200°). Для этой цели слу-
жат мнопопламенные ацетилено-кислородные горелки. С по-
мощью сжатого воздуха в пламя вносится порошок с размером
частиц от 0,07 до 0,15 мм. Пламя нагревает поверхность изделия
и расплавляет частицы порошка. На поверхность удается таким
путем наплавить слой толщиной до 3 мм при минимальном про-
плавлении основного металла. Производительность существую-
щих установок — до 1,5 кг в час наплавленного металла.
Глава II
СВАРОЧНАЯ ВАННА
I. ДАВЛЕНИЕ ДУГИ; РАСПОЛОЖЕНИЕ СТОЛБА ДУГИ
В столбе дуги температура газа, в зависимости от режима,
может достигать от 4000 до 8000°. Пары металла и компонентов
флюса при нагреве расширяются; происходит также диссоциа-
ция сложных молекул, что дополнительно увеличивает объем
газа. Возникает газовый поток, несущий капли жидкого метал-
ла и шлака, и служащий как бы продолжением электрода.
На поверхности металлической ванны площадь активного
пятна сравнительно мала—линии электрического тока в слое
жидкого металла стягиваются к активному пятну. Появляется
так называемый пинч-эффект — возникает электродинамическая
сила, которая стремится вытеснить жидкий металл из-под актив-
ного пятна, наблюдается давление дуги на поверхность металли-
ческой ванны.
Измерение давления дуги в реальных условиях связано с
большими трудностями, ввиду чего исследователи [188, 212, 234]
получили значительное рассеяние результатов. В большинстве
опытов наблюдалось, что давление дуги пропорционально
квадрату тока. Коэффициент пропорциональности составлял от
1,2-IO"5 до 5,6- 10 5 г/а2.
Давление струи газа или жидкости на поверхность, нормаль-
ную ее оси, как известно, прямо пропорционально квадрату ко-
личества газа или жидкости, поступающего в секунду, и плот-
ности и обратно пропорционально расстоянию от точки истече-
ния струи до рассматриваемой поверхности.
Суммарное действие пинч-эффекта и газового потока вытес-
няет жидкий металл из кратера и увеличивает глубину про-
плавления. Это наблюдается в тем большей степени, чем больше
ток и его плотность в электроде, чем меньше длина (или напря-
жение) дуги. При сварке под флюсом дуга в значительной мере
погружена в металл и располагается ниже уровня поверхности
основного металла. На рис. 10 представлен снимок зоны сварки
под флюсом в рентгеновских лучах, а на рис. 11 —схематический
продольный разрез зоны сварки (построенный в масштабе) при-
менительно к тем же условиям. В данном случае часть столба
дуги, расположенная выше поверхности основного металла (так
называемое (внсшн). составляет около 6 мм.
На рис. 12 представлена зависимость внешней составляющей
длины дуги /внсшн от тока и напряжения, полученная обработ-
кой и экстраполяцией данных рентгенкиносъемки дуги [1]. Съем-
ки производились при наплавке под пемзовидным флюсом АН-3
переменным током, электродной проволокой диаметром 5 мм.
Рис. 10. Рент-
генограмма
зоны сварки
под флюсом
Рис. 11. Схема зоны сварки под флюсом, построенная
в масштабе, применительно к условиям снимка рис. 10
Рис. 12. Экстраполированная
зависимость внешней состав-
ляющей длины дуги от тока
и напряжения. Пемзовидный
флюс АН-3, переменный ток
Сварочная ванна
31
Для других условий сварки абсолютные величины изменяются,
но обший характер зависимости сохраняется.
Погружение дуги в металл не только определяет глубину
провара, но оказывает также большое влияние на процесс на-
плавки под флюсом.
2. КАПЛИ ЭЛЕКТРОДНОГО МЕТАЛЛА,
ИХ ТЕМПЕРАТУРА
Перенос металла в дуге
Расплавленный металл переносится с электрода на изделие
в виде капель различной величины. Размеры капель зависят от
действия многих факторов, важнейшие из которых:
1) температура плавления металла электрода;
2) интенсивность нагрева торца электрода за счет превра-
щения в теплоту кинетической энергии электронов и ионов, а
также излучения дуги;
3) нагрев электрода и расплавленной капли джоулевым теп
лом вследствие протекания сварочного тока;
4) поверхностное натяжение или межфазное натяжение на
границе металл-шлак, зависящее от химического состава обеих
фаз;
5) сила тяжести;
6) электродинамическая сила, обусловленная взаимным при-
тяжением линий тока в жидком проводнике (пинч-эффект);
7) давление дуги как результат бомбардировки поверхности
металла заряженными частицами;
3) образование газовых пузырьков внутри расплавленных
металлических капель, их рост и разрыв, сопровождающийся
отрывом капель металла от электрода;
9) реактивное давление, обусловленное испарением металла
на поверхности активного пятна;
10) сжимающее действие электрического тока на столб дуги
и др
Оценка относительной роли каждого из этих факторов за-
труднительна. Перенос металла исследователи определяют с ка-
чественной стороны как результат преимущественного влияния:
силы тяжести и поверхностного натяжения; электродинамиче-
ских сил; образования окиси углерода внутри капли; сжимающе-
го действия тока на столб дуги; а также различных сочетаний
этих факторов. Количественные критерии, позволяющие сделать
выводы в пользу того или иного фактора, до сих пор не приме-
нялись.
32
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Размеры капель металла
Размеры капель металла при сварке открытой дугой изучали
многие исследователи.
В. И. Дятлов и И. И. Фрумин нашли, что относительный
процент капель различного размера зависит от типа покрытия
электрода. Все капли, собранные в воду, были шарообразной
или близкой к ней формы [37].
И. Зак исследовал размеры капель, получаемых при сварке
промышленными электродами фирмы Филипс путем наплавки
с большой скоростью перемещения дуги [247]. Он подтвердил
зависимость дробления капель от типа покрытия и установил,
что капли становятся мельче при увеличении силы тока. С изме-
нением тока от 111 до 143 а диаметр наиболее часто встречаю-
щейся капли уменьшился от 3,6 до 3,3 мм.
И. Л. Липецкий, собирая в воду капли, образовавшиеся при
плавлении двух электродов, нашел, что повышение содержания
углерода в прутке электрода способствует дроблению капель
[73]. Весьма четкие данные о размерах капель при переносе в
дуге получил А. В. Петров путем измерения диаметра капель
на кадрах скоростной киносъемки при сварке в среде аргона;
диаметр капли оказался тем меньше, чем меньше диаметр элек-
трода [114].
Б. Е. Патон определял размеры капель при сварке под флю-
сом с помощью осциллограмм [НО]. Он нашел, что увеличение
тока ведет к увеличению частоты пиков, указывающих на отрыв
капли. Однако переход мелких капель может не отразиться на
осциллограмме, что наблюдалось в опытах А. В. Петрова.
Собрать капли порознь при сварке под флюсом можно толь-
ко в искусственно измененных условиях. Д. М. Рабкин произво-
дил для этой цели наплавку на медную пластину при скорости
перемещения дуги около 300 м/час [1]. Результаты его опытов
по наплавке малоуглеродистой электродной проволокой под
флюсом АН-348-А в сопоставлении с данными А. В. Петрова [114]
и И. Р. Пацкевича [112] показаны на рис. 13.
Во всех случаях повышение тока приводит к измельчению
капель, причем наблюдается всегда примерно одинаковая зако-
номерность, несмотря на весьма различные условия опытов.
В рассмотренных исследованиях относительное количество
капель различных размеров оценивается либо «средним» разме-
ром, либо упрощенным ситовым анализом. Обе эти характери-
стики по существу недостаточны.
Нами проведена серия опытов, в которых изучалось распре-
деление капель по размерам, а также влияние состава элек-
тродной проволоки и флюса на характер распределения.
Сварочная ванна
33
Наплавка на массивный графитовый диск производилась под
флюсом постоянным током при прямой полярности. В процессе
наплавки диск вращался, а дуга двигалась от периферии к
центру, причем относительная
ставляла от 850 до 500 м
в час. При таких усло-
виях капли (кроме самых
крупных) получались в
виде правильных шари-
ков, застрявших в шлаке.
По окончании опыта шлак
дробили, а шарики изв-
лекали магнитом. Прово-
локу взвешивали до и
после опыта и сравнивали
веса извлеченных капель и
расплавленной проволо-
ки; разность между эти-
ми величинами была не-
скорость перемещения дуги со
Ю0 200 300 400 500
Сборочный ток, а
велика. Сопоставление
данных параллельных
опытов показало неболь-
шой разброс результатов.
При опытах использо-
вался флюс двух марок —
ЛН-348-А и АН-20 и
электродная проволока
Рис. 13. Влияние силы тока на средний
диаметр капли электродного металла:
1 — сварка малоуглеродистой проволокой откры-
той дугой, без покрытия и с меловым покрыти-
ем, полярность обратная ( + )[112]; 2 — проволока
из стали 1X18H9T диам. 2 мм. в среде аргона,
полярность обратная (+) [114]; 3 — электрод с
покрытием ОММ-5. прямая полярность [112]; 4—
малоуглеродистая проволока диам 2 мм, под
флюсом АН-348-А, прямая полярность [1]
пяти марок.
Химический состав проволоки приведен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав проволоки, использованной для опытов
Марка проволоки Содержание, %
с Si Мп Сг W V
Св-08 0,09 0,02 0,43 —
Св ЮГС 0,11 0,64 0,92 — — —
ОВС (из стали 70) 0,68 0,21 0,34 — — —
ПП-ЗХ2В8 ... 0,72 0,31 1,60 2,78 9,20 0,40
ЭИ701 0,56 0,43 1,55 2,92 9,06 0,39
Режим дуги был во всех опытах одинаковым: ток 410 ± 20 а,
напряжение 39 ± 2 в.
3 Зак. 390
34
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Распределение капель по диаметру (в процентах) при наплавке под флюсом
з:
Диаметр капель, мм более 5,0 СМ О хГ Ю т—< СО СЧ N- О М* О -О -о - - - о — —«со
4,0-5,0 ООО— OQOOCDO О Ю —‘ UO CD СО QO О СЧ —* СО —’ см
3,0—4,0 оосчооососч lOGGCOCMCO'^CjCO О СО O N Р~- СО со СТ) СЧГО—СОСОСЧСОСЧ
' 2,5-3,0 СЧСЧООФСО^С! СО СЧ СЧ —< Q in N О — — со СЧ О со СЧ —- — —1 —
1 , 8-2, 5 О — Ю — ю сч о со О СО iO СЧ г- Ь- lO СМ О — СО СЧ О |>- СО ОО СО — — — —
со 7 см lOO:cOC4lQcOlOCO — СО СО lO N. СО colOlQlOQO'^"^iO
S * 1—9*0 | ОЮОЮОЮО)-« О—• —’ СМ —‘ СО СТ) —4 cionccconcdn — СЧ
0,3- 0,6 Г-’^ОСЯЮСОСЧСО Tfr^-b-COCJixr'G-CO СЧ — —> СО —‘СО’^'Ф
0,15— 0,30 TJ4COQOCO — СОСЧСЧ со о — ш сч ю о О LO — — —1 СЧ СЧ
So сч о о оо о — СО СО—'LQLQCOr-—<О О—< СО —1 — — СО СО
Проволока со _ _ о cCQ Un О г, см дЬ ^сос ‘ 1 с^ । । СО р—ч и сс ь и с f-KS OUOUUUEm
Марка флюса < << ДД^ООООр § СЧ СЧ СЧ СМ СЧ <<<
вох -НПО ии<1 -ээ dawoH —4 СЧ СО ХГ 1-0 СО Г- со
Результаты исследования
капель по размерам пред-
ставлены в табл. 2 в виде
средних величин из двух па-
раллельных опытов.
Данные табл. 2 позволя-
ют сделать вывод, что ме-
талл в основном переносит-
ся в виде капель. Лишь
очень малая доля металла
испаряется в дуге, а затем
конденсируется в виде капе-
лек диаметром в несколько
микрон на внутренней по-
верхности шлаковой оболоч-
ки, окружающей дугу. Та-
кие капельки всегда обна-
руживаются при исследова-
нии шлаковой норки в про-
ходящем свете и по весу со-
ставляют ничтожную часть
всех капель.
Соотношение крупных и
мелких капель может изме-
няться в широких пределах.
Резкое увеличение процента
мелких капель наблюдалось
в серии опытов № 3 (при на-
плавке высокоуглеродистой
проволокой под флюсом
АН-348-А).
Интенсивное дробление
капель вызывается, по-види-
мому, окислением углерода
и образованием пузырь-
ков СО внутри капель в про-
цессе их переноса в дуге.
Анализ наплавленного ме-
талла показал, что из
0,68% С, содержащегося в
проволоке, остается в метал
пе только 0,23%.
В сериях опытов № 7 и
8 было сопоставлено дробле-
ние капель при наплавке по-
рошковой и обычной прово-
Сварочная ванна
35
покой почти одинакового химического состава, и распределение
капель оказалось аналогичным.
Что касается общего характера распределения капель по
размерам, то он отличается определенным своеобразием: распре-
деление асимметрично, частота появления капель крупнее не-
которой величины быстро спадает до нуля, тогда как частота по-
явления мелких снижается медленно. Анализ особенностей рас-
пределения капель по размерам рационально вести средствами
математической статистики.
Статистический анализ распределения капель по размерам
Для анализа особенностей распределения удобна вероят-
ностная бумага [181], обладающая тем свойством, что
вычерченный на ней график нормального распределения есть
Рис. 14. Диаграмма квантилей распределения капель пэ
диаметру. Цифрами указаны номера опытов
прямая линия. Это достигается использованием на оси ординат
(оответствующей шкалы — функции распределения для так на-
пиваемого нормированного нормального распределения.
Чтобы проверить, соответствует ли наблюдавшееся распреде-
ление капель по размерам нормальному, были вычислены накоп-
ленные частоты и построен график для четырех серий опытов
(рис. 14). Для остальных четырех серий получаются сходные pe-
ri*
36
Металлургические вопросы сварки и наплавки
зультаты. Из графика следует, что нормальное распределение в
данном случае не имеет места.
Можно предположить, что наблюденные точки группируются
около некоторой кривой, уравнение которой может быть записа-
но в виде
где х — значение, принимаемое случайной величиной.
Это означает, что теоретическая функция распределения
задается уравнением
/3{х)=Ф[/(х)] (II.1)
или
If WP
2
р{х} =
Г W
(П.2)
Таким образом, хотя сама случайная величина х и не распре-
делена нормально, но ее функция f(x) распределена нормально;
следовательно, она является функцией, преобразующей асим-
метричное распределение в нормальное. При использовании на
оси абсцисс функциональной шкалы кривая превращается в
прямую линию.
Преобразующая функция может быть задана графически.
Примем кривую 2 на рис. 14 за графически заданную преобразу-
ющую функцию. Тогда на оси абсцисс можно построить функ-
циональную шкалу, откладывая деления, прочитанные по кри-
вой. На графике с такой шкалой на оси абсцисс и с вероятност-
ной шкалой на оси ординат кривая 2 будет представлена пря-
мой, наклоненной под углом 45°. Замечательно, что и все другие
кривые (кроме кривых по серии опытов № 3) также превра-
щаются на таком графике в прямые. На рис. 15 показано, что
таким путем сложное асимметричное распределение может
быть преобразовано в нормальное для серий опытов № 1,2, 4,
5 и 8; то же относится к сериям № 6 и 7, которые не показаны,
чтобы не усложнять чертеж.
Общая закономерность, характеризующая распределение ка-
пель по размерам, указывает на то, что, несмотря на весьма
различные использованные материалы, важнейший фактор,
управляющий дроблением капель, — электрический режим,—
оставался в этих опытах постоянным. Изменялся состав флюса
и электродного металла. Результаты статистического анализа
позволяют утверждать, что такие факторы, как температура
плавления, электрическое сопротивление металла электрода,
межфазное натяжение на границе шлак-металл и противодейст-
Сварочная ванна
37
вуюшая ему сила тяжести для процесса переноса металла и
дробления капель имеют второстепенное значение.
Первостепенное значение имеют электродинамические силы,
воздействие которых на дробление капель определяется электри-
ческим режимом дуги (ср. рис. 13).
Рис. 15. Диаграмма квантилей распределения капель по функции
диаметра, заданной кривой 2 рис. 14. Цифрами указаны номера
опытов
Окисление углерода, вообще говоря, не является важнейшим
фактором. Однако, если производится сварка или наплавка вы-
гокоуглеродистой проволокой под высококремнистым высоко-
марганцевым флюсом, то интенсивное выделение СО становится
фактором, в наибольшей мере воздействующим на перенос ме-
талла, чем и объясняется отклонение серии опытов № 3 от
общей закономерности.
38
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Температура капель электродного металла
Главной причиной нагрева капель на конце электрода яв-
ляется превращение в теплоту потенциальной и кинетической
энергии ионов и электронов, бомбардирующих электрод.
Условия плавления электрода позволяют предположить, что
средняя температура отрывающихся'капель не зависит от режи-
ма дуги и определяется: а) теплофизическими свойствами ме-
талла электрода (температурой плавления, скрытой теплотой
плавления, теплоемкостью и теплопроводностью) и б) средней
температурой прутка электрода (чем выше температура прутка,
тем ниже средняя температура капель). Имеется ряд данных,
косвенно подтверждающих наше предположение.
Экспериментальное исследование средней температуры ка-
пель калориметрическим методом провел В. Н. Шумкин [191].
Дуга горела на переменном токе между двумя электродами из
малоуглеродистой стали, с меловой обмазкой, над водяным ка-
лориметром. По удельному теплосодержанию капель вычисля-
лась их температура (с учетом различных поправок). При изме-
нении тока от 130 до 240 а средняя температура капель была
в пределах от 2090 до 2340°. В. Н. Шумкин полагал, что она по-
вышается при увеличении силы тока.
Л. А. Кульчицкий [62] определял теплосодержание капель по
сходной методике. Ток дуги был в пределах 200—240 а. Капли
падали в водяной калориметр. Среднее теплосодержание их со-
ставляло 457 кал]г, что дает среднюю температуру 2310°.
А. А. Ерохин [40] улучшил методику калориметрического оп-
ределения: капли металла из дуги, горящей между электродом
и быстро вращающейся стальной трубой, падали в медную та-
релку, которая плавала на поверхности воды в калориметре.
Были тщательно вычислены необходимые поправки. Теплосодер-
жание капель при токе 200 а и напряжении от 20 до 30 в, при
различной полярности электрода и различных стабилизирующих
покрытиях, составляло от 408,6 до 441,7 кал/г, в среднем —
426,4 кал!г. Отсюда средняя температура капель, отрывающихся
от электрода, равна 2150 ± 100°. В опытах А. А. Ерохина коэф-
фициент расплавления электрода изменялся от 3,9 до
14,1 г)а час. Было установлено, что нет никакой связи между
коэффициентом расплавления и средней температурой капель и
что предварительный нагрев электрода до 600—700° снижает
среднюю температуру капель приблизительно до 1750°. Даль-
нейший нагрев капель, оторвавшихся от электрода, возможен
в столбе дуги — излучением газа, нагретого до весьма высокой
температуры.
По новым данным теплосодержание жидкого железа при
температуре плавления составляет 317 кал/г и теплоемкость
Сварочная ванна
39
жидкого железа 0,177 кал!г °C [232]. Теплосодержание жидкого
келеза при температуре кипения 2750° составляет отсюда
317 + (2750— 1530) 0,177 = 531 кал/г.
Скрытая теплота парообразования для железа очень вели-
ка— 1500 кал!г [57]. По этой причине в пар обращается лишь не-
большая часть металла, пролетающего в дуге.
Приближенный расчет нагрева капли излучением столба
дуги, исходя из температуры газа, определенной И. В. Кирдо
|18], и наиболее вероятных значений коэффициентов теплопере-
дачи, показывает, что капля диаметром 2 мм за 0,01 сек.
нагревается до температуры кипения железа 2750°.
Нагрев до кипения вызывает дробление крупных капель.
Капли, диаметр которых меньше 0,6 мм, пролетают в дуге так
быстро, что температура их за это время не успевает существен-
но повыситься. Данные табл. 2 показывают, однако, что при
снарке под флюсом мелкие капли составляют лишь незначи-
юльный процент. Следовательно, температура основной массы
капель в столбе дуги повышается и приближается к температу-
ре кипения металла.
Повышение температуры капель приводит к снижению раст-
воримости водорода и азота, к выделению и росту пузырькоз
них газов. Равным образом усиливается рост пузырьков окиси
углерода, что приводит к разрыву металлической оболочки,
т. е. к дроблению капель.
По данным И. В. Кирдо, температура столба дуги зависит
от тока [48]. При сварке проволокой диаметром 5 мм, перемен-
ным током, под флюсом АН-348 температура столба дуги при
увеличении тока от 300 до 800 а повышается от 6500 до 7250 °1\.
Дальнейшее увеличение тока почти не оказывает влияния. По-
вышение температуры газа должно усиливать нагрев металла и
способствовать дроблению капель. С этим можно сопоставить
наблюдения А. В. Петрова [114], который нашел, что при сварке
пл токе 305 а капли сохраняют свои размеры в процессе пере-
носа в дуге, тогда как при токе 480 а капли в дуге достигают
|очки кипения, во время полета резко увеличиваются в размере
и ра !рываются.
3. ПЛАВЛЕНИЕ ФЛЮСА, ТЕМПЕРАТУРА ШЛАКА
Относительная масса шалка и ее зависимость от режима
наплавки
Флюс плавится главным образом за электродом. Нагрев
флюса происходит в основном за счет излучения столба дугч.
Второстепенное значение имеют теплоотдача горячих газов, вы-
40
Металлургические вопросы сварки и наплавки
ходящих из полости, где горит дуга, и нагрев джоулевым теплом
вследствие протекания небольшой части сварочного тока через
оболочку, которая окружает и шунтирует дугу; в большинстве
случаев этими путями плавления флюса можно пренебречь.
Количество расплавленного флюса сложно зависит от про-
странственного расположения и размеров столба дуги, от физи-
ческих свойств флюса и др.
Наиболее наглядно характеризует плавление флюса безраз-
мерный показатель — количество шлака в граммах, приходя-
щееся на 1 г расплавленной электродной проволоки, или отно-
сительная масса шлака.
Исследование относительной массы шлака было проведено
при многослойной наплавке проволокой из стали 70 диам. 3 мм
и порошковой проволокой марки ПП-ЗХ2В8 диам. 3,5 мм под
флюсом АН-348-А и АН-30. Режим наплавки изменялся в пре-
делах: ток — от 200 до 800 а, напряжение — от 25 до 42 в, ско-
рость перемещения дуги — от 10 до 40 м!час. Наплавка произ-
водилась постоянным током.
На графиках рис. 16, 17 и 18 представлены результаты опы-
тов, проведенных при обратной полярности и скорости наплавки
20 м!час. Как видно из этих данных, относительная масса шла-
ка изменяется в широких пределах: при наплавке проволокой
из стали 70 она составляет 4,0—4,3 при малом токе и высоком
напряжении и всего 0,3 при большом токе и низком напряжении.
Зависимость ф от режима дуги для различных проволок и
флюсов имеет сходный характер.
Увеличение скорости перемещения дуги вызывает увеличение
относительной массы шлака, что видно из данных табл. 3.
Таблица 3
Влияние скорости перемещения дуги на относительную массу шлака
Флюс Проволока Скорость наплавки м/час Относительная масса шлака
АН-348-А Сталь 70 10 1,45
То же 40 1,69
ПП-ЗХ2В8 10 1,18
То же 40 1.29
АН-30 « « 10 0,94
« « 40 1,15
Опыты были проведены при многослойной наплавке током
сбратной полярности 400 а и напряжении дуги 30 в.
Рис. 16. Зависимость относительной массы шлака
от режима наплавки. Флюс АН-348-А, проволока —
сталь 70, диам. 3 мм
Рис. 17. Зависимость относительной массы шлака
от режима наплавки. Флюс АН-348-А, проволока
марки ПП-ЗХ2В8, диам. 3,5 мм
Рис. 18. Зависимость относитель-
ной массы шлака от режима на-
плавки. Флюс АН-30, проволока
марки ПП-ЗХ2В8, диам. 3,5 мм
42
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Существенное влияние на относительную массу шлака оказы-
вает пространственное положение наплавляемой поверхности:
при наплавке «на спуск» (когда дуга перемещается под уклон)
относительная масса шлака увеличивается, при наплавке «на
подъем» — уменьшается. В этом же направлении влияет и наклон
электрода: при электроде, наклоненном «углом вперед», особен-
но если угол, образуемый электродом и осью наплавленного ва-
лика, меньше 60°, плавится в 1,5—2 раза больше флюса, чем
• при вертикальном электроде.
Наконец, влияет также плотность тока, определяющая вели-
чину давления дуги. При прочих равных условиях при наплавке
электродом диаметром 3 мм относительная масса шлака в 1,3—
1,8 раза меньше, чем при наплавке электродом диаметром 5 мм.
При наплавке током прямой полярности относительная масса
шлака, при прочих равных условиях, на 10 н- 40% меньше, чем
при обратной полярности (в зависимости от типа проволоки,
флюса и режима наплавки).
Факторы, определяющие относительную массу шлака
Известно, что относительная масса шлака, образующегося из
флюса при дуговой наплавке, определяется главным образом
расположением столба дуги. Когда дуга погружена в толщу
основного металла, лишь небольшая часть излучения столба за-
трачивается на плавление флюса. Напротив, когда глубина про-
вара мала и почти весь столб расположен выше поверхности
металла, количество расплавляемого флюса велико. Главную
роль, таким образом, играет часть дугового промежутка, кото-
рую принято называть внешней составляющей длины дуги /6нешн
Поскольку плавление флюса просходит главным образом
за счет излучения, а теплоотдача излучением пропорциональна
четвертой степени температуры излучателя, можно ожидать не-
которой связи между количеством плавящегося флюса и темпе-
ратурой столба дуги. Однако влияние изменения величины тока
и напряжения на температуру дуги и относительную массу флю-
са совершенно несходно. Увеличение тока от 300 до 800 а повы-
шает температуру на 750° [48], а относительная масса шлака при
этом не только не увеличивается, а напротив, уменьшается в
7—8 раз. Повышение напряжения дуги весьма значительно уве-
личивает относительную массу шлака, хотя вовсе не влияет на
температуру столба дуги.
Отсутствие связи между температурой столба дуги и относи-
тельной массой шлака объясняется своеобразными условиями
плавления флюса. На внутренней поверхности оболочки, окру-
жающей дугу, флюс нагревается до высоких температур, при-
ближающихся к температуре кипения. При этом вязкость его
Сварочная ванна
43
Рис. 19. Вязкость флюсов
АН-348 и АН-30 в зависимости
от температуры
резко снижается. Горячий флюс непрерывно стекает вниз и вме-
сте с металлом вытесняется из кратера давлением дуги. Не-
прерывно идет разбавление новыми порциями флюса и энергич-
ное перемешивание, поскольку источник нагрева расположен
под слоем флюса.
Физические свойства флюса — его теплопроводность, тепло-
емкость, плотность и зависимость вязкости от температуры так-
же оказывают влияние на процесс плавления флюса. Если вяз-
кость падает полого при повы-
шении температуры (флюс
принадлежит к числу «длин-
ных» шлаков), то толшина
флюсовой оболочки получает-
ся больше, относительная мас-
са шлака несколько увеличи-
вается. При крутом снижении
вязкости с температурой («ко-
роткий» шлак) шлаковая обо
лочка в верхней части полу-
чается тоньше, флюс быстро
стекает и удаляется из зоны не-
посредственного нагрева дугой.
Па рис. 19 представлены ре-
зультаты измерения вязкости
флюсов АН-348-А и АН-30 в
швитимости от температуры.
Измерения были произведе-
ны в графитовом тигле с помощью маятникового вискозиметра,
работающего по принципу затухания колебаний. Вискозиметр
был предварительно отградуирован по жидкости с точно из-
вестной вязкостью (измеренной прецизионным вискозиметром
Гепплера). Температуру измеряли оптическим пирометром.
Как видно из графика (см. рис. 19), флюс АН-348-А является
более «длинным», чем флюс АН-30. Соответственно относитель-
ная масса шлака при наплавке под флюсом АН-348-А при оди-
наковых условиях получается больше, чем под флюсом АН-30.
Средняя температура шлака при сварке под флюсом
Повышение доли энергии дуги, затрачиваемой на плавление
флюса, приводит к увеличению количества расплавленного
флюса — шлака. При этом средняя температура шлака вблизи
дуги остается довольно постоянной.
Среднее теплосодержание расплавленного флюса в условиях,
близких к сварке под флюсом, по И. В. Кирдо [50], составляет:
для флюса АН-3 — 480 кал!г и для флюса ОСЦ-45 — 455 кал) г.
44
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Сопоставление с данными о теплоемкости доменных шлаков по-
казало, что средняя температура при измеренном теплосодержа-
нии «приближается к 1600°».
Нами исследована средняя температура флюса вблизи дуги
калориметрическим способом. Валик наплавляли при высоком
напряжении дуги; вблизи оси перемещения дуги в пластине име-
лось отверстие, под которым был установлен калориметр. Горя-
чий шлак вытекал в медный блок калориметра, причем были
приняты меры для учета излучения струи шлака. После опыта
слиток шлака был взвешен. Теплосодержание шлака, полученно-
го при наплавке малоуглеродистой проволокой под флюсом
АН-348-А, оказалось равным 471 кал!г (ток 530 а\ напряжение
дуги 50 в; скорость перемещения дуги 24 /л/час).
Во многих опытах шлак вытекал в калориметр вместе с ме-
таллом. В таких случаях, по данным серии калориметрических
опытов, выполненных на одинаковом режиме, среднее удельное
теплосодержание металла и шлака находили посредством графи-
ческого решения системы уравнений с двумя неизвестными —
теплосодержанием металла и теплосодержанием шлака. Способ
обработки опытных данных подробно описан в статье [175].
Было проведено несколько серий опытов по описанной мето-
дике. Теплосодержание вылитого в калориметр шлака при на-
плавке под флюсом АН-348-А составляло от 423 до 498 кал!г, в
среднем 457 кал/г.
Для определения температуры шлака нужно знать зависи-
мость удельного теплосодержания от температуры. Известно,
что теплосодержание шлака сравнительно мало зависит от его
химического состава.
Сравнение результатов калориметрических определений и
данных о теплосодержании шлаков приводит к заключению, что
средняя температура шлака АН-348-А вблизи дуги лежит в пре-
делах 1460—1580°, в среднем около 1550°.
И. В. Кирдо [50], а также Н. Н. Рыкалин и И. Д. Кулагин
[145] при рассмотрении теплового баланса дуги, горящей под
флюсом, считают теплосодержание, а значит, и среднюю темпе-
ратуру шлака, постоянной величиной, не зависящей от режима.
Наши опыты в общем подтвердили эту гипотезу: средняя темпе-
ратура шлака колеблется в небольших пределах и в первом при-
ближении может считаться для флюса данного состава постоян-
ной.
4. ФОРМА И ОБЪЕМ ВАННЫ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
Форма ванны при наплавке
Целью наплавки является обычно покрытие некоторой по-
верхности, ввиду чего целесообразно наплавлять слой большой
ширины, особенно на плоских деталях. По сравнению с формой
Сварочная ванна
45
сечения шва, обычной при сварке под флюсом, при наплавке не-
обходимо уменьшить глубину и резко увеличить ширину ванны.
В некоторой мере этого можно достичь применением пемзовид-
ного флюса и рационального выбора режима и условий наплав-
ки, как показано схематически на рис. 20.
Наиболее перспективно регулирование формы наплавленного
валика путем увеличения числа электродов. При многоэлектрод-
ной наплавке [38] можно добиться значительного уменьшения
глубины проплавления и увеличения ширины ванны. Однако
неустранимым конструктивным недостатком многоэлектродных
аппаратов является наличие большого числа катушек проволоки,
которые трудно разместить вокруг токоподводящего мундштука.
От этого недостатка свободна предложенная нами совместно
с Ф. А. Хомусько автоматическая наплавка ленточным электро-
дом, представляющим собой как бы бесконечно большое число
элементарных электродов.
Форма ванны может быть приближенно рассчитана с по-
мощью теории распространения тепла, разработанной Н. Н. Ры-
калиным [144]. Правда, теплообмен в расплавленной ванне про-
исходит не столько теплопроводностью, сколько конвекцией.
Вблизи дуги имеет место вынужденный конвективный теплооб-
мен, вызванный давлением дуги. В зонах ванны, удаленных от
дуги, конвекция ослабевает и постепенно все большее значение
приобретает теплопроводность.
Форма ванны в поперечном сечении в большой мере зависит
от давления дуги. Это наглядно подтверждается зависимостью
ее (формы) от наклона изделия и электрода — факторов, вовсе
не учитываемых теорией распространения тепла.
Выведенное Н. Н. Рыкалиным уравнение предельного со-
стояния процесса распространения тепла быстродвижущегося
мощного источника в полубесконечном теле дает следующую за-
висимость температуры от координат и времени:
уг + г1
Т ________Т — я „ 4at
'о~ 2лХи
(П-3)
1де Ту, t — температура рассматриваемой точки в темпера-
турном поле, °C;
70 — средняя температура тела вдали от источни-
ка, °C;
t — время, отсчитываемое от момента, когда источник
пересек плоскость, перпендикулярную оси его
движения, в которой находится рассматриваемая
. точка, сек.;
у, z—координаты точки, см\ третья координата х заме-
нена через скорость v см!сек и время t сек.;
Рис. 20. Изменение формы поперечного сечения наплав-
ленного валика (схема) в зависимости от:
1 — напряжения дуги; 2 — скорости наплавки; 3 — накло-
на изделия; 4 — наклона электрода; 5 — диаметра элек-
трода; 6 — типа флюса
Сварочная ванна
47
X — коэффициент теплопроводности, кал/см сек
град;
а = —------коэффициент температуропроводности, см^/сек;
ств 7
ств — средняя теплоемкость твердого металла,
кал!г град;
7 — плотность, г/с.м?;
</ 0 24 т%/pUл—эффективная тепловая мощность, кал/сек;
г1и — эффективный к. п. д. нагрева изделия дугой;
UR — напряжение дуги, в;
/д—сварочный ток, а.
Уравнение температурного поля при наплавке п электрода-
ми можно получить, пользуясь принципом наложения: при со-
вместном действии ряда источников температура в процессе
распространения тепла рассматривается как сумма температур
от действия каждого из источников в отдельности. Поэтому инте-
ресующее нас уравнение имеет вид:
(у— У;)1 +z2
4u(-x) . (II.4)
Здесь yt—координата i-ro электрода (начало координат
находится в точке пересечения оси наплавленно-
го валика с фронтом электродов);
9, — эффективная тепловая мощность, приходящаяся
на каждый электрод:
<7z = 0,24t]A-^ •
Форма ванны при наплавке ленточным электродом может
быть вычислена с помощью уравнения температурного поля мощ-
ного быстродвижущегося линейного источника конечной шири-
ны Ьо, выраженного в безразмерных критериях [144]:
+ ₽
0= di] (11.5)
i - ₽
или в конечной форме:
6 = -^₽е~'г[Ф(7]-Н)-Ф(71-Р)]. (II.6)
Здесь
Ф («) = —~~ ( е~ 2
1/" тс J
(II.7)
О
48
Металлургические вопросы сварки и наплавки
тогда как 0, 0, г] и g— безразмерные критерии, а именно:
(II.8)
(II.9)
(11.10)
(П-И)
Экспериментальное исследование формы ванны
Для вычисления формы ванны необходимо знать приведен-
ную теплопроводность X. Она может быть определена с помощью
уравнения, предложенного Н. Н. Рыкалиным и К. В. Любав-
ским [146]. При сварке одним электродом для точек на оси
ванны:
т-т0 =
9 = 4
2n>. vt 2~>, х
(11.12)
Если Т — Тпп , то х = L и
9
X =
2л L (7 пл — Т0)
(11.13)
Для расчетов применительно к случаю наплавки детали из
стали Ст. 3 электродной проволокой такого же состава нами
приняты следующие исходные величины *:
Г пл =1480°
То = 25°
71 и =0,8
Температура плавления ...........
Начальная температура тела ......
Эффективный к. п. д. процесса на-
грева изделий дугой (при свароч-
ном токе 700—800 а и напряжении
дуги 30—35 е) ...................
Приведенная теплопроводность, вы-
численная из опытных данных о
длине ванны по уравнению (11,13) X = 0,063 кал/см. сек.°C
Коэффициент температуропроводнос-
ти ................................. а — 0,0553 см2!сек
С помощью приведенных выше уравнений было вычислено
пространственное положение линий, определяющих форму ван-
ны, т. е. изотермы Т — Т„п в плоскости Z — 0 и такой же изотер-
1 В выполнении вычислений и измерений участвовал Б. М. Зильбер-
штейн.
Сварочная ванна
49
мы для поперечного сечения х = const, отвечающего максималь-
ной ширине ванны. Расчеты были проведены при выбранном ре-
жиме наплавки: /д =720 a; UR = 32 в; vCB = 12 м!час — в
предположении, что наплавка производится одним, двумя и
тремя электродами (при расстоянии между осями электродов
10 и 15 мм) и лентой шириной 20, 40, 70 и 100 мм.
Затем наплавка в указанных условиях была осуществлена
экспериментально. Форма ванны в плоскости z = 0 изучалась пэ
конечному кратеру с помощью измерительного микроскопа;
форма поперечного сечения — по протравленным макрошлифам,
также с помощью микроскопа. Результаты вычислений и изме-
рений представлены на рис. 21 и 22.
Как видно из графиков, глубина проплавления при много-
электродной наплавке (и особенно при наплавке электродной
лентой) получается значительно меньшей, чем при наплавке
одним электродом, так как при прочих равных условиях давле-
ние дуги на поверхность ванны тем меньше, чем меньше плот-
ность тока. Лента малой толщины позволяет осуществить устой-
чивый процесс наплавки при средней плотности тока около
10 а/тилг2; это приблизительно в 10 раз меньше, чем плотность
юка при наплавке одной проволокой в условиях данной серии
опытов. В результате глубина провара при наплавке лентой ши-
риной 100 лш составляет всего 0,9 лт/и, тогда как при наплав-
ке проволокой диаметром 3 мм она достигает 17,9 мм (при оди-
наковых токе, напряжении и скорости перемещения дуги). Лен-
та плавится практически одновременно по всей ширине (горит
то одна, то несколько дуг, которые перескакивают с места на
место). Получается минимальная глубина проплавления основ-
ного металла и вместе с тем обеспечивается надежный равно-
мерный провар по всей ширине наплавленного валика. Путем
наплавки электродной лентой можно свести долю основного
металла к 5—10%. На рис. 23 показан макрошлиф валика, на-
плавленного лентой, и вид оплавленного конца ее.
Регулирование формы сварочной ванны увеличением числа
электродов и с помощью ленты наиболее эффективно, и ему, не-
сомненно, предстоит большое будущее, особенно при наплавке
плоских деталей.
Вес металлической ванны
Интегрирование уравнения (II.3) позволяет определить вес
металла в объеме, ограниченном изотермической поверхностью
Т=ТПЯ [36].
Вес ванны
8кХ vc-te (7пл — 7\ца
4 Заказ 390
о да а л 40 я) 6D /о а)
. > ।-----1-----1____I -;-------------->—1
Рис. 21. Форма свароч-
ной ванны при наплавке
одним, двумя и тремя
электродами. Режим на-
плавки: / д — 720 а;
Сд — 32 в; осв— 12 м/час.
Вверху — форма ванны
в плане, внизу — форма
максимального попереч-
ного сечения. Сплошные
линии — вычислено,
(пунктир — результаты
измерений
Рис. 22. Форма сварочной ванны (в плане и мак-
симальном поперечном сечении) при наплавке
проволокой и лентой различной ширины. Режим
наплавки: Уд — 720 а; 1_)д— 32 в; oLB— 12 м/час.
Сплошные линии — вычислено. пунктир — ре-
зультаты измерений
Сварочная ванна
Подставляя величину А из уравнения (II. 13), получаем:
(11.15)
Gr =
4t>cTB (7rJ[ — Т о)
При заданной температуре основного металла
зависит только от тока и напряжения дуги:
и уравнение (II. 15) можно переписать в виде:
4vcTB (Гид — Т0)
длина ванны
(11.16)
GB =
(Н.17)
Рис. 23. Оплавленный конец ленты и сечение наплавки,
выполненной ленточным электродом
Для сварки малоуглеродистой стали под флюсом при То = 20е,
по опытным данным Н. Н. Рыкалина, К. В. Любавского и
I. И. Лазарева [143],
р » 3,2 10—4 см/в-а.
Подставив в уравнение (II. 17) эту величину, а также другие
постоянные величины для тех же условий сварки, получим:
_ 7,68 10-8 • V д • 'д
—
(11.18)
По этой формуле можно приближенно вычислить вес ванны
при наплавке валика на изделие из малоуглеродистой стали.
52
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Объем жидкого металла в ванне при сварке под флюсом зна-
чительно больше, чем при ручной дуговой сварке. Для экспери-
ментального определения объема ванны неоднократно применя-
ли опрокидывание [1, 77]. Такой способ, однако, неизбежно свя-
зан с ошибками: часть жидкого металла, пронизанная растущи-
ми кристаллами, очень быстро теряет текучесть и не выливается.
Как показали Ю. А. Нехендзи и А. М. Самарин, жидкотекучесть
стали становится нулевой при наличии приблизительно 20%
твердой фазы [97].
Это обстоятельство может привести к серьезным погрешно-
стям.
Для более точного определения веса сварочной ванны нами
совместно с И. К. Походней применен так называемый метод
распределения [175]. В электродную проволоку, на известном
расстоянии от ее конца, заделывали навеску примеси, хорошо
растворяющейся в жидкой стали и практически не подвергаю-
щейся окислению в условиях сварки. Наиболее удобной оказа-
лась зачеканка взвешенного кусочка тонкой никелевой проволо-
ки. Затем производили наплавку на массивную пластину, причем
через 1—2 сек. после расплавления навески дуга обрывалась,
так как конец проволоки выходил из подающих роликов аппа-
рата. По среднему содержанию никеля в кратере наплавки мож-
но было определить вес металлической ванны, в которой рас-
творилась навеска.
Вблизи границы сплавления, как показал Г. Л. Петров [116],
наплавленный и основной металл перемешиваются неполностью.
Это явление наблюдалось и в наших опытах. В главной части
ванны никель был распределен равномерно, а в периферийной
Таблица 4
Результаты опытов по определению веса ванны методом распределения
№ серии опытов Режим сварки Вес главной части ванны г Вес перифе- рийной части ванны, г Сбщий вес ванны, г
ток а напряже- ние дуги в скорость сварки м/чис
1 м 300 24 20 5,20 0,57 5,77
2 м ЗиО 29 20 5,75 0,83 6,58
3 м ЗиО 36 20 6,31 2,39 8.70
4 м 5и0 26 24 19,00 2,60 21,60
5 м 5и0 36 24 22,80 3,72 26,52
6 м 5О0 49 24 28,20 2,80 31,00
7 м 830 25 24 37,75 5,55 43,30
8 м 820 29 24 62,55 6,25 68,80
9 м 860 36 24 9о,50 15,10 К.5,60
10 м 830 42 24 78,50 8,35 86,85
Сварочная ванна
53
части вблизи границы сплавления содержание его получалось
промежуточным (между содержанием в нелегированном наплав-
ленном металле и в главной части ванны). Объем этой перифе-
рийной части мы определили
расчетом, исходя из протяженно-
малоуглеродистой
проволокой. Начальная
основного металла 20°
Рис. 24. Вес ванны при наплавке на
пластину малоуглеродистой стали
такой же
температура
сгн участка неполного пере-
мешивания и геометрической
формы ванны.
В табл. 4 представлены
средние результаты опреде-
ления веса ванны для деся-
ти серий опытов по наплавке
малоуглеродистой стали на
разных режимах.
На рис. 24 сопоставлены
результаты расчета по фор-
муле (11.18) (сплошные ли-
пни) и экпериментов (точ-
ки). По порядку цифр совпа-
дение можно признать удов-
летворительным, хотя рас-
сеяние результатов опытов
довольно велико. Как пока-
зывают эти данные, вес ван-
ны изменяется в широких
пределах с изменением ре-
жима наплавки, так как он
прямо пропорционален про-
изведению квадратов тока и
Из уравнения (II. 14) следует, что вес ванны обратно про-
порционален квадрату разности температуры плавления и на-
чальной температуры основного металла и, значит, быстро ра-
напряжения
дуги.
стет при подогреве основного металла.
5. СРЕДНЯЯ ТЕМПЕРАТУРА СВАРОЧНОЙ ВАННЫ
Средняя температура ванны — условное понятие; это темпе-
ратура, которую имела бы ванна, если бы все содержащееся
в ней тепло было распределено равномерно по объему расплав-
ленного металла. В действительности только в отдельных точ-
ках сварочной ванны наблюдается температура, равная средней.
Тем не менее, понятие средней температуры удобно для расчетов
и оценок.
Для измерения средней температуры ванны при сварке под
флюсом нами с И. К. Походней [175] применялся калориметри-
ческий метод. Схема наших опытов показана на рис. 25.
54
Металлургические вопросы сварки и наплавки
На заданном режиме наплавлялся валик на толстую пласти-
ну с просверленным с обратной стороны углублением. В опре-
деленный момент тонкая перемычка над углублением проплав-
лялась и большая часть металла сварочной ванны 1 выливалась
в установленный под пластиной калориметр. В процессе выли-
вания часть металла 2 успевала закристаллизоваться. Для уче-
Рис. 25. Схема опыта ло определению температуры
ванны калориметрическим методом
та потерь тепла струей льющегося металла служила массивная
медная труба 3 с зачеканенной термопарой. Основная масса
металла ванны попадала в металлический калориметр 4—мед-
ный блок, окруженный тепловой изоляцией. Тотчас после выли-
вания металла трубка 3 заменялась изолирующей крышкой.
Повышение температуры трубки 3 и блока 4 измеряли с по-
мощью зеркальных гальванометров и Г2. По окончании опы-
та слиток металла 5 взвешивали и по известным значениям теп-
лоемкости определяли среднюю температуру вылившегося ме-
талла. Сравнивая вес слитка с весом ванны, определенным при
таком же режиме сварки по методу распределения, находили вес
невылившейся части металла. Теплосодержание этой части ван-
ны определяли, исходя из данных Ю. А. Нехендзи и А. М. Са-
марина [97[. Поскольку жидкотекучесть стали становится нуле-
вой при наличии ~20% твердой фазы, то среднее удельное
Сварочная ванна
55
к>плосодержание невылившегося металла sH определяется вели-
чиной:
SH ^тв^пл Д' 0,8 WnJI,
(11.19)
где ств — средняя теплоемкость твердого металла от нормаль-
ной температуры до точки плавления;
йупл — скрытая теплота плавления.
По новым данным [232, 152, 57] для железа и малоуглероди-
пои стали £тв — 0,165 кал!г- град-, = кал!г. Подставляя
<нн величины в уравнение (II. 19), находим удельное теплосо-
держание невылившейся малоуглеродистой стали:
s„ = 0,165 • 1530 + 0,8 • 65 = 304 кал/г.
Обозначим:
su—теплосодержание вылившегося металла, кал/г\
tnа — вес вылившегося металла, г.
Тогда среднее удельное теплосодержание металла ванны оп-
ределяется из уравнения:
___ tnaSa + Sh (бв — та)
(11.20)
Средняя температура ванны 7В вычисляется по уравнению:
’ __ -- (СтвТпЛ “Т И>пл) | у
В -- I 1 ПЛ1
(11.21)
где сж — средняя удельная теплоемкость жидкого металла.
Величина в скобках — теплосодержание расплавленного ме-
талла при температуре плавления. Для железа и малоуглероди-
стой стали
ствТпл + ^'пл = 0,165 • 1530 + 65 = 317 кал/г.
Опыты по определению средней температуры ванны были
проведены при наплавке малоуглеродистой стали под флюсом
АН-348-А и высоколегированной стали Х12ВФ.
При наплавке малоуглеродистой стали на пластины из Ст. 3
толщиной 25 мм ток изменяли в пределах от 300 до 860 а, на-
пряжение дуги — от 24 до 49 в. Скорость перемещения дуги со-
ставляла 20,3 м/час при сварке током 300 а и 24,1 м)час во всех
остальных опытах. Наплавка производилась постоянным током,
при обратной полярности. Каждая серия калориметрических
•опытов (5—10) дублировалась для определения среднего веса
ванны по методу распределения. Средние данные по десяти се-
риям сведены в табл. 5. В числителе указаны минимальные и
максимальные значения, а в знаменателе — средние значения
величин.
56
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Таблица 5
Средняя температура сварочной ванны при наплавке малоуглеродистой стали
на различных режимах
№ серии опытов — Ток а Напряжение Дуги ид- « Средний вес ванны Ов, г Вес вылитого металла а 2 Теплосодержа- ние вылитого металла кал/г Средняя тем- пература вы- литого ме- талла, °C Средняя тем- пература.ван- ны. °C
1 м 290—310 24—25 5,77 3,87—4,65 356—379 1820 1710
ЗиЗ 24,3 3,94 369
290—310 29—30 6,58 4,22—4,40 385—436 2060 1860
2 м Зио 29,2 4,33 411
3 м 290—310 35,5—37 8,70 3,20—7,25 335—499 2080 1840
292 36,3 5,43 415
4 м 490—510 25,5-26 21,6 16,70—20,93 345—410 1880 1810
5о5 25,6 17,73 379
5 м 490—520 35,5-37,5 31,0 11,43—20,08 392—452 2020 1770
502 36,3 14,78 403
6 м 480—530 47,5-52,5 31,0 8,93—18,30 327—502 2040 1730
498 49,2 14,10 407
7 м 820—850 25-25,5 43,3 22,15-31,68 366—394 1875 1730
832 25,3 28,16 378
8 м 795—840 28—30 68,8 24,40—38,80 413-435 2140 1790
822 29,3 33,82 426
9 м 850-865 35-36,5 105,6 38,30—62,56 368—429 1950 1705
857 35,8 52,50 392
10 м 810-850 41—43 86,9 43,25-48,65 357—426 1980 1735
834 42,2 45,46 396
Рассмотрение данных табл. 5 приводит к выводу, что сред-
няя температура ванны не зависит от тока и напряжения дуги в
изученных пределах. При сварке малоуглеродистой стали под
флюсом типа АН-348-А средняя температура ванны равна
1770±100°. При увеличении тока или напряжения изменяется ко-
личество расплавляемого металла, но средняя температура
остается постоянной.
Аналогичные результаты были получены при калориметриче-
ском определении средней температуры ванны при наплавке вы-
сокоуглеродистой высокохромистой стали Х12ВФ на пластину
Сварочная ванна
57
in такой же стали. Средний химический состав наплавленного
металла был следующий: 1,71% С; 0,19% Si; 0,62% Мп;
12,8% Сг; 1,0% W; 0,81% V. Наплавка производилась порошко-
вой электродной проволокой под флюсом АН-30; ток изменялся
*>г 280 до 500 а, напряжение дуги — от 25 до 38 в. Средняя тем-
пература ванны оказалась равной 1560±60°; никакой связи меж-
ду средней температурой ванны и режимом наплавки не уста-
новлено. Сопоставление результатов определения средней тем-
пературы при наплавке стали разного состава показывает зави-
симость температуры ванны от физических свойств металла:
температура плавления стали Х12ВФ — около 1310°, приблизи-
тельно на 220° ниже, чем малоуглеродистой стали. Соответст-
венно более низкой оказалась и средняя температура сварочной
ванны.
На основе теории распространения тепла можно приближен-
но вычислить среднюю температуру сварочной ванны. Впервые
такое вычисление произвел В. И. Дятлов [36]. Путем интегриро-
вания уравнения (П.З) он определил общее теплосодержание
сварочной ванны
<2В =-------ч------ кал (II. 22)
4кХи(7пл-70)
и, разделив его на найденный интегрированием того же урав-
нения вес ванны [уравнение (II. 14)], получил среднее удельное
теплосодержание ванны:
5» = -^=2ств(7пл-70). (11.23)
G»
Вместе с тем среднее удельное теплосодержание ванны мо-
жет быть выражено уравнением:
SB «= Ств^пл + Ст>То + (Тв — ^пл) Сж’+.И'пл"] (П .24)
Из этих уравнений Дятлов получил:
Тв = Тпл + . (Ц.25)
Интегрирование уравнения (II. 3) для определения суммар-
ного теплосодержания ванны производится по объему, запол-
ненному расплавленным металлом, но скрытая теплота плавле*
ния остается при этом неучтенной. Можно внести соответствую-
щую поправку и представить общее теплосодержание ванны
вместо уравнения (11.22) в виде:
Qb =--------q---------Gawnn. (11.26)
4тА v (Тпл - Т9)
58
Металлургические вопросы сварки и наплавки
В этом случае среднее удельное теплосодержание ванны со-
ставляет:
5в=-7Л = 2ств(Тпл-70)-И;пл. (Ц.27)
Из уравнений (11.24) и (11.27) следует:
Тв = 7ПЛ + ств(Гпл-7-0)-2^пл . (j!. 28)
Из уравнения (II. 25) В. И. Дятлов вычислил среднюю тем-
пературу .ванны при сварке малоуглеродистой стали и То—20°;
он получил Тв =2450°.
Из уравнения (11.28), при пользовании современными значе-
ниями теплофизических констант, получается для тех же усло-
вий Тв = 2200°.
Обе вычисленные величины' достаточно далеки от результа-
тов экспериментов. Это показывает, что теория распространения
тепла, основанная на теплопроводности, может применяться к
сварочной ванне лишь в качестве первого, довольно грубого при-
ближения.
Наиболее важным выводом, который следует из расчетов и
экспериментов, является независимость средней температуры
ванны от режима сварки. В. И. Дятлов писал: «Температура
сварочной ванны и удельное теплосодержание металла в ней не
зависят от режима сварки и являются функцией теплофизических
свойств металла» [36].
Большое влияние на среднюю температуру ванны должна
оказывать также температура основного металла.
6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР В ПРЕДЕЛАХ СВАРОЧНОЙ
ВАННЫ
Н. Христенсен и Д. Чипман [205] при сварке открытой дугой
измеряли температуру ванночки вольфрамо-молибденовой тер-
мопарой. Проволоки изолировали с помощью двухканальной
трубки из глинозема, горячий спай сваривали атомно-водород-
ным способом; при измерении он оставался открытым. Термопару
вставляли снизу в отверстие, высверленное в пластине, на ко-
торую наплавляли валик. Положение спая контролировали по
шлифу. Термоэлектродвижущая сила записывалась регистриру-
ющим милливольтметром.
Температуру в различных точках сварочной ванны при свар-
ке стали под флюсом мы измеряли термопарой погружения [133,
168]. Наиболее подходящей оказалась платино-платинородиевая
термопара, хотя верхний предел измерений был при этом огра-
ничен температурой плавления платины 1769°. Проволочки тер-
мопары изолировались кварцевыми капиллярами, горячий спай
Сварочная ванна
59
оставался незащищенным. Для измерения температуры при
сварке на малых режимах (ток 200—300 а) применялись про-
волочки диаметром 0,1 мм, на более мощных режимах — диа-
метром 0,4 мм. Для записи температуры был использован шлей-
фовый осциллограф.
Термопару погружали в сварочную ванну с помощью неболь-
шого приспособления из текстолита, которое крепилось к мунд-
штуку сварочной головки. Расстояние от места погружения тер
мопары до оси электрода равнялось 21 ±1 мм, глубина погру-
жения спая составляла 2 мм от уровня поверхности основного
металла. По истечении одной минуты от начала сварки спай
термопары погружали в расплавленную ванну и фиксировали
и определенной точке. Сварка продолжалась, причем дуга уда-
лялась от погруженного спая, который оставался в охлаждаю-
щемся жидком, а затем закристаллизовавшемся металле. Запись
температуры продолжалась в течение 60 сек. Пример записи
показан на рис. 26, где указана точка погружения спая в ванну.
Измерения показали, что при установившемся режиме в каж-
дой точке ванны температура изменяется по определенному за-
кону. Воспроизводимость измерений была удовлетворительной.
Гак, например, в трех опытах при сварке малоуглеродистой элек-
тродной проволокой под флюсом АН-348-А на режиме: ток 330 а;
напряжение 40 в; скорость перемещения дуги 16 м!час, в точке,
находящейся на оси шва, максимальная измеренная температура
составляла 1625°; 1695° и 1670°.
Распределение температур исследовалось при наплавке высо-
кохромистой высокоуглербдистой стали типа Х12. Для стали это-
го типа ликвидус лежит около 1310°, солидус — около 1150°, что
облегчает проведение опытов (по сравнению с малоуглеродистой
сталью). Наплавку производили порошковой проволокой марки
Х12ВФ под флюсом АН-30 на пластину из стали Х12Ф1. Длина
ванны составляла 60 мм. Максимальная температура, измерен-
ная при погружении спая термопары на расстоянии 21 мм от оси
электрода, была различной в зависимости от расстояния до оси
ванны.
Представление о распределении температуры в различных по-
перечный сечениях ванны дает схема рис. 27, построенная на ос-
новании обработки результатов опытов.
Как видно из приведенных данных, температуры в пределах
обследованной части ванны распределяются своеобразно. В точ-
ках, близких к оси ванны, благодаря интенсивному перемешива-
нию конвекционными потоками температура довольно круто па-
дает при приближении к периферии; у границы с основным ме-
таллом снижение температуры замедляется, по-видимому, вслед-
ствие выделения скрытой теплоты кристаллизации металла. Па-
дение температуры идет более медленно до затвердевания боль-
60
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Сварочная ванна
61
шей части металла (до перехода металла в твердо-жидкое состо-
яние). После завершения кристаллизации распространение тепла
определяется теплопроводностью
к распределение температур в
затвердевшем металле соответст-
вует закономерностям, описывае-
мым теорией распространения
юпла. Замедление падения темпе-
ратуры вблизи границ жидкой
ванны свидетельствует о том, что
дендритные кристаллы, растущие
в хвостовой части ванны, прони-
кают в жидкий металл на некото-
рую глубину.
Заметим, что температуры ван-
ны, измеренные непосредственно,
находятся в удовлетворительном
соответствии с приведенными вы-
ше результатами калориметриче-
ского определения. Поскольку при
изменении режима сварки изме-
няется только объем ванны, а
средняя температура остается по-
стоянной, можно предположить,
что распределение температур в
ванне сохраняет подобие с изу-
ченным и при других режимах,
материалах и способах дуговой
сварки. Доказательством могут
служить результаты, полученные
Д. М. Рабкиным при исследова-
нии сварочной ванны при сварке
алюминия полуоткрытой дугой: в
Рис. 27. Схема распределения
температуры в различных попе-
речных сечениях ванны
основных чертах распределение температур ib ванне сходно с
описанным выше [135].
Глава Ш
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ШЛАКА И МЕТАЛЛА ПРИ СВАРКЕ
и НАПЛАВКЕ
1. ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СРЕДЫ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩЕЙ
С ЖИДКИМ МЕТАЛЛОМ
Металл, наплавленный на воздухе или в среде защитных га-
зов, существенно отличается по составу от электродной прово-
локи. Для малоуглеродистой стали показательны данные, при-
веденные в табл. 6.
Таблица 6
Химический состав малоуглеродистой стали, наплавленной
в различной газовой среде
Содержание, %
с Si Мп Р о N
Металл
Проволока 0,09 0,02 0,42 0,034 0,030 0,01 0,003
Металл, наплавленный голым электродом на возду- хе 0,02 Следы 0,13 0,031 0,025 0,20 0,17
атом но-водород ной сваркой . 0,04 0,02 0,40 0,022 0,024 0,045 0,017
ацетилено-кислородным пла- менем 0,06 Следы 0,15 0,022 0,028 0,05 0,015
Углерод и марганец особенно сильно окисляются при наплав-
ке на воздухе. При атомно-водородной сварке сохраняется мар-
ганец, но металл сильно обезуглероживается вследствие образо-
вания метана.
Примеси низколегированных сталей окисляются в разной сте-
пени, в зависимости от содержания кислорода в газовой среде (с
учетом диссоциации при высоких температурах) и от сродства
данного элемента к кислороду. В наибольшей мере окисляется
углерод, в меньшей мере марганец, еще меньше кремний и почти
не окисляется хром [ЮЦ-
Данные для высоколегированной стали представлены в табл. 7.
Многослойную наплавку производили постоянным током обрат-
ной полярности. Режим наплавки: ток 200 а, напряжение дуги
30 в, расход газа 16 л1мин.
Как видно из этих данных, хром и вольфрам почти не окис-
ляются в рассматриваемых условиях, углерод окисляется сильно,
марганец и кремний меньше, ванадий еще меньше; в условиях
опытов углекислый газ оказался более окислительной средой,
чем воздух.
Взаимодействие шлака и металла при сварке
63
Таблица 7
Хи мический состав металла, наплавленного порошковой проволокой
ПП-ЗХ2В8 в различной газовой среде и под флюсом [129]
Среда Металл с Содержание, % V
Si Мп Сг W
Проволока 0,70 0,32 1,50 2,95 10,4 0,41
Аргон технический Наплавленный ме- талл 0,56 0,31 1,41 2,91 10,3 0,40
Углекислый газ То же 0,20 0,23 0,96 2,76 10,0 0,28
Иг» «дух » » 0,38 0,24 1,07 2,91 9,8 0,35
Флюс АН-20 » » 0,38 0,65 0,95 2,68 9,9 0,32
Изменение состава металла, вызванное его взаимодействием
со шлаком в процессе сварки и наплавки, изучалось многими
к следователями [3, 32, 33, 66, 67, 77]. По этому вопросу на-
коплен очень большой фактический материал. Эксперименталь-
ные исследования дали наиболее четкие результаты в работах,
посвященных сварке под флюсом. Флюс представляет собой го-
могенный шлак, без металлических частиц, органических веществ
и других материалов, применяемых в электродных покрытиях.
Эго существенно упрощает задачу. Исследование К. В. Любав-
гкого [77] позволило выяснить главнейшие закономерности пове-
дения марганца и кремния при сварке под флюсом.
Сопоставляя состав металла шва с исходным составом (рас-
считанным по правилу смешения), К- В. Любавский нашел, что
переход марганца из шлака в металл зависит: а) от содержания
МпО во флюсе при постоянной основности; б) от основности
флюса, т. е. отношения (CaO + MgO-|-MnO) : SiO2 при постоян-
ном содержании МпО.
Переход в металл шва марганца и кремния сопровождается
окислением углерода; если в металле содержатся другие легко
окисляющиеся примеси (например, хром, титан), то они будут
окисляться тем больше, чем больше МпО и SiO2 содержит флюс.
К. В. Любавский показал, что по этой причине обычные высоко-
кремнистые флюсы непригодны для сварки хромоникелевой
аустенитной стали типа 1Х18Н9Т [79].
Разработка низкокремнистых флюсов [179] создала новые
возможности для воздействия на состав металла. Марганцевые
низкокремнистые флюсы позволяют в широких пределах регули-
ровать содержание марганца и кремния в металле шва, безмар-
ганцевые — сохранить окисляющиеся примеси.
64
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Для иллюстрации влияния состава флюса на состав наплав-
ленного металла приведем результаты некоторых опытов по на-
плавке. Наплавлялось пять слоев постоянным током обратной
полярности; режим наплавки: ток 400 а, напряжение дуги 30—
35 в, скорость перемещения дуги 20 м!час, диаметр проволоки
3,5 мм.
Химический состав использованных для опытов флюсов при-
веден в табл. 8.
Таблица 8
Результаты химического анализа опытных флюсов
Содержание, %
Марка флюса SiO2 А12оа CaF2 МпО СаО MgO к2о FeO 8 Р
АН-30 .... 3,3 40,6 21,2 0,10 17,8 16,0 1,0 0,03 0,06
АН 20 ... 22,0 29,0 31,7 0,25 5,6 10,8 2,8 0,8 0,02 0,07
АН-22 ... 17,9 23,1 22,8 7,8 12,5 12,4 1,5 1,0 0,04 0,09
АН 10 . . . . 22,1 19,5 21,0 31,7 6,5 0,6 0,4 1,1 0,15 0,10
АН-348-А . . 41,3 2,9 5,0 37,5 4,8 5,8 -— . 0,9 0,09 0,13
Результаты анализа верхнего слоя наплавленного металла
(состав которого практически не зависит от основного металла),
а также состав применявшейся электродной проволоки приведе-
ны в табл. 9.
Таблица 9
Результаты анализа проволоки и наплавленного металла
Содержание, °1О
Металл С Si Мп Сг W V О
Проволока ПП-ЗХ2В8 .... Металл, наллавленнь.й: 0,72 0,31 1,60 2,78 9.20 0,40 —
под АН-30 0,42 0,25 1,46 2,65 8.92 0,34 0,006
» АН-20 0.37 0,65 0,95 2,44 8.60 0,32 0,008
» АН 22 0,33 0,32 2,35 1,86 8.65 0,30 0,009
» АН 10 0,28 0,34 2,44 2,09 8,14 0,30 0,008
» АН-348-А 0,24 0,70 1,81 1,95 7,40 0,31 0,010
Проволока ПП-Х12ВФ .... Металл, наплавленный: 2,32 0,32 0,47 15.1U 1,12 0,26 —
под АН 30 1,82 0,25 0,45 14,2 1,10 0,20 —
» АН-20 1,70 0,82 0,26 13,9 1,10 0,20 —
» АН-22 1,64 0,36 1,45 13,71 1.10 0,20 ——.
к АН-10 • 1,67 0,3о 2,70 13.65 1,63 0,19 —
» АН-348-А 1,61 0,56 1,97 13,10 1,01 0,19 —-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
65
Из данных таблицы видно, что углерод окисляется значи-
тельно сильнее, чем другие примеси. Содержание углерода в на-
плавленном металле в большой мере зависит от типа флюса.
В зависимости от состава флюса, содержание кремния и мар-
ганца в наплавленном металле может быть увеличено или умень-
шено в несколько раз по сравнению с содержанием в электродной
проволоке.
Окисляться и переходить в шлак может до одной трети хро-
ма, содержащегося в проволоке. Менее подвержены окислению
ванадий и вольфрам.
Другие примеси, применяемые для легирования наплавленно-
го металла,— никель, молибден и медь, практически не окисля-
ются при наплавке под флюсом, а титан и алюминий окисляются
сильнее, чем углерод.
2. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА НАПЛАВКИ НА СОСТАВ НАПЛАВЛЕННОГО
МЕТАЛЛА
При сварке толстопокрытыми электродами режим можно из-
менять лишь в узких пределах, причем удобно контролируемы-
ми параметрами являются ток и скорость перемещения дуги.
Имеются наблюдения влияния режима на переход элементов в
металл шва. Так, И. А. Липецкий [72] обнаружил, что увеличе-
ние тока от 180 до 300 а уменьшает переход кремния и марганца
из покрытия в металл шва. Н. Христенсен и Д. Чипман [205] наш-
ли, что увеличение тока от 150 до 280 а привело к снижению со-
держания марганца в наплавленном металле от 0,57 до 0,40%-
Интересные данные, характеризующие влияние скорости
сварки на переход кремния и марганца, получили А. Барджонэ
и В. Готтарди [200], проводившие наплавку электродами с прут-
ком из марганцовистой стали следующего' состава-: 0,14% С;
0,07% Si; 1,75% Мп и покрытием, которое содержало 50,7% SiO2;
32,9% СаО; 10,2% MgO; 1,7% FeO; 0,46% MnO; 3,2% А12О3. Ре-
зультаты анализов наплавленного металла представлены
в табл. 10.
Гораздо более существенное влияние оказывает режим при
сварке под флюсом. При однослойной сварке на средних режи-
мах заметно влияет напряжение дуги: чем больше напряжение,
гем сильнее изменяется состав металла. Исследование состава
металла шва в широком диапазоне режимов сварки показало,
что при заданных исходных материалах состав шва существенно
«ависит от напряжения дуги [177] и от сварочного тока [45]; зна-
чительно слабее влияет скорость перемещения дуги.
При многослойной наплавке исключается влияние основного
металла, и состав наплавленного металла зависит только от
электродной проволоки и от взаимодействия металла и шлака.
» Зак. 390
66
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Т аблица 10
Влияние скорости на состав наплавленного металла при сварке
покрытыми электродами
Скорость наплавки м/час Содержание в металле, % Содержание в шлаке
Мп Si FeO, %
6,1 0,356 1,02 4,11
12.2 0,363 0,94 4,43
. 18,3 0,371 0,89 4,48
24,4 0,376 0,87 4,87
36,6 0,418 0,73 5,81
48,8 0,444 0,65 Не опр.
68,5 0,461 0,45 Не опр.
Для исследования влияния режима на химический состав на-
плавленного металла была проведена многослойная наплавка
проволокой из углеродистой стали 70, диаметром 3 мм, и порош-
ковой электродной проволокой марки ПП-ЗХ2В8, диаметром
3,5 мм, под флюсом АН-348-А и АН-30 (результаты анализа
флюсов см. в табл. 8).
Чтобы получить максимальное постоянство режима, наплавку
производили постоянным током обратной полярности. Сварочный
ток изменялся в пределах от 200 до 800 а, напряжение дуги — от
25 до 42 в. Скорость перемещения дуги была постоянной —
20 м/час.
Содержание примесей в 5-м слое наплавки в зависимости от
режима при наплавке под флюсом АН-348-А показано: на
рис. 28 — для проволоки из стали 70, на рис. 29 — для порошко-
вой проволоки ПП-ЗХ2В8. Как видно из графиков, ток слабо
влияет в диапазоне 600—800 а. Резко усиливается взаимодейст-
вие шлака с металлом в диапазоне 300—600 а. Дальнейшее
уменьшение тока влияет слабее. Увеличение напряжения усили-
вает взаимодействие шлака и металла во всех случаях, особен-
но при малых токах.
Из сравнения результатов этих опытов с данными, представ-
ленными в табл. 7 и 9, видно, что изменение режима влияет на
состав наплавленного металла даже сильнее, чем изменение со-
става газовой среды или флюса, причем тем значительнее, чем
больше окислительная способность последнего. Поэтому при
наплавке под низкокремнистым флюсом АН-30 зависимость со-
става металла от режима дуги проявляется менее резко, что по-
казывают данные табл. 11.
Состав наплавленного металла зависит также в определен-
ной мере от скорости перемещения дуги. Опыты по наплавке бы-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
67
ли проведены при токе 400 а, напряжении дуги 30 в и различной
скорости. Результаты опытов представлены в табл. 12.
Уменьшение скорости наплавки ослабляет взаимодействие
шлака и металла.
Рис. 28. Зависимость состава
5-го слоя металла, наплавлен-
ного проволокой из стали 70
под флюсом АН-348-А, от тока
и напряжения дуги
Рис. 29. Зависимость состава
5-го слоя металла, наплавлен-
ного порошковой проволокой
ПП-ЗХ2В8 под флюсом
АН-348-А, от тока и напряже-
ния дуги
Заметное влияние оказывает и полярность електрода. Взаи-
модействие шлака и металла протекает при обратной полярно-
с ги в большей мере, чем при прямой, что можно иллюстрировать
данными табл. 13. Опыты проводились при токе 200 а, напряже-
нии 42 в, скорости наплавки 24 м/час и различной полярности
•лсктрода.
Таким образом, химический состав наплавленного металла
зависит от режима наплавки. Качественно эту зависимость мож-
но определить так: взаимодействие металла с газовой средой, а
ыкже шлака и металла сказывается при сварке и наплавке тем
68
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Таблица 11
Изменение состава металла, наплавленного проволокой ПП-ЗХ2В8 под
флюсом АН-30, в зависимости от режима наплавки
Ток, а Напряжение дуги, в Содержание, %
с Si Мп Сг
200 42 0,33 0,10 1,12 2,47
600 25 9,51 0,34 1,53 2,81
Таблица 12
Влияние скорости перемещения дуги на химический состав
наплавленного металла
Электродная проволока Флюс Й is О ср >. Я2 <У Q $ О.К у OciS Содержание, %
с SI Мп Сг
ОВС (из стали 70) АН-348-А 30 0,27 0,67 1,71
То же 10 0,38 0,53 0,91 —
ПП-ЗХ2В8 АН-30 30 0,42 0,22 1,30 2,68
То же 10 0,46 0,25 1,45 2,79
Таблица 13
Влияние полярности электрода на химический состав
наплавленного металла
Электродная проволока Флюс Полярность электрода Содержание, %
С Si Мп Сг
ОВС (из стали 70) АН-348-А Обратная (+) 0,19 1,03 2,48 —
То же Прямая (—) 0,28 0,78 1,77 —
ПП-ЗХ2В8 АН -30 Обратная (+) 0,33 0,10 1,12 2,47
» То же Прямая (—) 0,41 0,19 1,27 2,60
сильнее, чем меньше ток, чем больше напряжение дуги и чем
больше скорость перемещения дуги.
, При наплавке под флюсом определенное влияние на химиче-
ский состав наплавленного металла оказывают также диаметр
Взаимодействие шлака и металла при сварке
69
электрода, наклон изделия и электрода и другие факторы, от ко-
торых зависит пространственное положение столба дуги, а сле-
довательно, и относительная масса шлака.
3. ИСПАРЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ СТАЛИ ПРИ ДУГОВОЙ СВАРКЕ
И НАПЛАВКЕ
Поскольку в активном пятне на конце электрода достигается
температура кипения металла, можно предположить, что изби-
рательное испарение примесей, температура кипения которых
ниже температуры кипения железа, существенно сказывается на
составе металла в процессе сварки. Такая гипотеза была выска-
зана А. А. Аловым [3].
В наибольшей мере возможно избирательное испарение мар-
ганца, температура кипения которого равна 2150° [57], т. е. на
600° ниже температуры кипения железа (2750°). Хром (темпера-
гура кипения 2430°) и кремний (температура кипения 2630°)
уже значительно меньше подвержены избирательному испаре-
нию.
Из данных табл. 7 видно, что при наплавке в среде аргона
теряется 6% исходного количества марганца и только 3% исход-
ного кремния; следовательно, избирательное испарение действи-
тельно имеет место. Однако потери хрома во всех случаях мень-
ше, чем кремния. Это показывает, что разница в сродстве к кис-
лороду играет более важную роль, чем разница в 200° в темпера-
туре кипения.
При сварке и наплавке под флюсом конденсация металличе-
ского пара происходит на внутренней поверхности оболочки рас-
плавленного флюса — шлака, окружающей полость, где горит
дуга. Испарившиеся примеси не выводятся из сферы реакции.
При наплавке в условиях, исключающих окисление, содержание
марганца в наплавленном металле изменяется лишь незначи-
тельно по сравнению с его содержанием в проволоке (см.
табл. 9).
В общем можно сказать, что явление избирательного испаре-
ния играет незначительную роль при изменении состава металла
в процессе наплавки.
4. ДОСТИЖИМОСТЬ РАВНОВЕСИЯ МЕЖДУ ШЛАКОМ И МЕТАЛЛОМ
ПРИ СВАРКЕ И НАПЛАВКЕ
Возможность равновесия в сварочной ванне
Термодинамические расчеты позволяют определить направ-
ление изменения состава металла при его взаимодействии со
шлаком. Переход примесей из металла в шлак или в газовую фа-
зу в результате химических реакций с окружающей средой зави-
70
Металлургические вопросы сварки и наплавки
сит .прежде всего от сродства к кислороду. График зависимости
от температуры изобарных потенциалов реакций диссоциации
окислов AZ° (рис. 30) построен по данным книги С. Т. Ростов-
цева [142]; он дает общую характеристику поведения примесей
Рис. 30. Зависимость от тем-
пературы изменения изобарно-
го термодинамического потен-
циала в стандартных условиях
AZ°, характеризующего срод-
ство элементов к -кислороду.
Пунктиром показана экстрапо-
ляция
любого сплава. Так, в сплавах на основе железа никель, медь
и кобальт при сварке не окисляются, ванадий окисляется замет-
но, титан сильно, алюминий — очень сильно. В сплавах на ос-
нове титана ванадий вовсе не окисляется, а алюминий окисляет-
ся умеренно по сравнению с основным компонентом. Если в ста-
ли присутствует определенное количество титана, то окисление
хрома и марганца уменьшается, и т. д. Эти выводы, которые
можно сделать теоретически, пользуясь графиком, вполне совпа-
дают с опытными данными.
График, приведенный на рис. 30, относится к равновесным ус-
ловиям, и применение его полностью обосновано только в том
случае, если при сварке достигается равновесие между метал-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
71
юм, шлаковой фазой, состоящей из рассматриваемого окисла,
и газовой фазой. Но достижимо ли вообще равновесие при свар-
ке и достигается ли оно фактически? В советской и зарубежной
литературе можно найти много самых различных высказываний
на эту тему. Н. Н. Рыкалин и Н. О. Окерблом в своем обзоре важ-
нейших работ по теории сварочных процессов [147] отмечают, что
«самая достижимость равновесия при сварке дискутируется».
Между тем принципиальная достижимость равновесия пред-
ставляется не такой уж сложной проблемой.
При установившемся процессе сварки сварочная ванна, по
справедливому замечанию А. А. Ерохина [39], представляет со-
бой квазистационарную систему не только в тепловом, но также
и в физико-химическом отношении.
Это значит, что каждая отдельная порция металла, подвергаю-
щаяся расплавлению, испытывает одинаковую последователь-
ность процессов нагрева, перемешивания с жидким шлаком, от-
деления металла от шлака, остывания и кристаллизации.
На рис. 31 схематически показаны изменения, которые после-
довательно претерпевает исходный объем основного металла,
шлака и электродной проволоки при сварке под флюсом. Рас-
сматриваемый объем металла ограничен изотермическими по-
верхностями. Если выбрать в качестве элементарного достаточ-
но малый объем металла и шлака, то можно считать, что весь
объем в каждый момент времени находится при некоторой оп-
ределенной температуре. Достижение равновесия при каждой
данной температуре зависит от того, как велика при ней ско-
рость химических реакций, а также, насколько исходный состав
металла отличается от находящегося в равновесии со шлаком
данного состава.
В стадии 2 (см. рис. 31) происходит смешивание основного и
электродного металла и их перемешивание со шлаком. Ввиду
очень высокой температуры металла и шлака и весьма большой
удельной межфазной поверхности, на этой стадии процесса ско-
рость реакций велика; при благоприятных условиях вполне
возможно достижение равновесия.
В стадии 3 температура металла и шлака снижается, но вме-
сте с тем уменьшается скорость ее изменения. Можно предполо-
жить, что и здесь возможно достижение равновесия между шла-
ком и металлом.
Наконец, в стадии 4, предшествующей кристаллизации метал-
ла, относительно долго сохраняется температура, близкая к точке
плавления. Реакции, протекающие на этой стадии процесса, опре-
деляют окончательный состав металла шва. Если достигается
равновесие между шлаком и металлом, то оно должно относиться
к температуре, не намного превышающей температуру затверде-
вания металла.
Рис. 31. Схема изменений, которые последовательно претерпевает
определенный объем металла и шлака в сварочной ванне при
сварке под флюсом. 1—5 — последовательные положения рас-
сматриваемого объема металла и шлака
Взаимодействие шлака и металла при сварке
73-
Взаимодействие между затвердевшим металлом и жидким
шлаком затрагивает только весьма тонкий поверхностный слой
металла [137].
Изложенные соображения не касаются узкой зоны металла
шва, непосредственно прилегающей к основному металлу, где
перемешивание недостаточно и где главную роль играет диффу-
зия [117].
Итак, для элементарных объемов металла, из которых в ко-
нечном счете слагается весь наплавленный валик (кроме началь-
ного и конечного участка), равновесие в принципе достижимо.
Достигается ли оно фактически на различных стадиях процесса,
или, что то же, в различных зонах сварочной ванны, зависит при
прочих равных условиях от распределения температуры! в ванне.
О равновесии при сварке открытой дугой
Нам известна только одна работа, авторы которой экспери-
ментально исследовали распределение температуры в сварочной
ванночке при сварке открытой дугой [205]. Исследование было
выполнено в лаборатории выдающегося американского метал-
лурга Д. Чипмана. Авторы измеряли температуру по оси свароч-
ной ванночки с помощью вольфрам-молибденовой термопары
погружения с оголенным спаем.
Результаты своего исследования Н. Христенсен и Д. Чипман
описывают следующим образом: «Там, где холодный основной
металл нагревается движущейся дугой, нагрев происходит со
скоростью, которая значительно, но неизвестно на сколько, пре-
вышает 2000° в секунду. Как только металл достигает темпера-
туры около 2000°, его температура поддерживается примерно по-
стоянной, благодаря энергичному перемешиванию в ванночке.
Падение температуры главной массы сварочной ванночки от
2000° до 1520° происходит в узкой зоне вблизи границы твердого
и жидкого металла».
При таком распределении температуры в ванночке можно
ожидать, что состав затвердевшего металла шва будет близок к
равновесному, соответствующему 2000°. Быстрое охлаждение в
данном случае фиксирует состав металла, установившийся при
высокой температуре.
Н. Христенсен и Д. Чипман изучали поведение только одно-
го элемента — марганца. Опыты проводили путем наплавки
электродами, покрытие которых состояло из шлакообразующих
материалов. Исследованные шлаки содержали 78—91 % (FeO +
+ MnO-|-SiO2); 3-5% А12О3; 2—4% (CaO + MgO); 4—8%
(Na2O + К2О); до 8% TiO2. Определялось содержание мар-
ганца в наплавленном металле.
74
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Для определения равновесного состава металла и шлака про-
бы помещали во вращающийся тигель и выдерживали в индук-
ционной печи при температуре 1600—1685°. На основании шести
таких опытов была построена кривая зависимости константы
равновесия от температуры. Следует отметить весьма значитель-
ное рассеяние опытных данных; кривая зависимости константы от
температуры проведена не столько на основании выполненных
опытов, сколько по аналогии с кривой Кербера и Эльзена [227].
Расчет с помощью построенной кривой показал, что содержа-
ние марганца в средней части наплавленного валика и состаз
шлаковой корки соответствуют равновесию при температуре
около 2000°.
Сходные результаты ранее получил Д. И. Бабкок [199], кото-
рый исследовал 81 вариант состава металла и шлака при сварке
покрытыми электродами. Шлаки в основном состояли из МпО,
SiO2, FeO и А12О3 с небольшими примесями TiO2, К2О и др. Рас-
чет по формулам, предложенным Чипманом для подобных шла-
ков, показал, что составы металла и шлака приблизительно соот
ветствуют равновесию при температуре 1900°.
И. Ролласон и И. Бишоп [244] предположили, что-при сварке
должно достигаться равновесие между металлом и шлаковыми
включениями. Авторы провели анализ неметаллических включе-
ний, извлеченных из металла различного состава, а также расче-
ты по уравнениям, предложенным для мартеновского процесса.
Они пришли к выводу, что составы металла и шлака близки к
равновесным, вычисленным для температуры 1710°.
Имеются, однако, и противоположные данные, свидетельству-
ющие об отсутствии равновесия между шлаком и металлом. Так,
Г. Клауссен [206], изучая состав металла и шлака пои сварке
покрытыми электродами, нашел, что для разных шлаков значе-
ния температуры, вычисленные по уравнениям зависимости от нее
константы равновесия, колеблются в пределах от 1560 до 2030°,
причем для одного и того же шлака температура, вычисленная
по реакции марганца, составляет, например, 1570°, а вычисленная
по реакции кремния 1800°. В большинстве опытов Клауссена рав-
новесие не было достигнуто, но автор отмечает существенное
приближение к равновесию некоторых реакций, в особенности, ре-
акции распределения серы между шлаком и металлом.
Б. И. Брук и С. Ф. Юрьев [19] провели исследование дости-
жимости равновесия при сварке открытой дугой с помощью ра-
диосеры S35. Весьма малые количества радиоактивного изотопа
вводили в покрытие или в состав прутка электродов типа ОММ5
и УОНИ-13/45. После наплавки интенсивность излучения шлака
и металла измерялась с помощью счетчика. Было доказано, что
равновесное распределение серы между шлаком и металлом не
достигается, а поскольку сера обычно беспрепятственно распре-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
75
деляется между реагирующими фазами, то выводы авторов
должны быть распространены вообще на сварку открытой ду-
гой. Брук и Юрьев отмечают, однако, что увеличение сварочного
тока от 100 до 250 а способствовало приближению к равновесно-
му распределению серы между шлаком и металлом.
О равновесии при сварке под флюсом
При сварке и наплавке под флюсом нередко применяется
ток до 1000 а и более, а длительность существования сварочной
ванны значительно больше, чем при сварке открытой дугой. Ис-
следование распределения температуры в сварочной ванне пока-
зало, что в хвосте ванны имеется довольно обширная зона, где
температура расплавленного металла плавно понижается, при-
ближаясь к точке ликвидус или к точке плавления.
Нередко наблюдается заметное приближение состава метал-
ла и шлака к равновесному. Так, например, содержание кисло-
рода в наплавленном металле зависит, при прочих равных усло-
виях, от содержания в нем кремния и от активности (SiO2) * в
шлаке:
ISi].[Op_. (III.1)
Si o(SiO2) '
Работами К. В. Любавского [77, 79], а также Т. М. Слуцкой
'[155] доказано, что при сварке под низкокремнистыми флюсами
содержание кислорода в металле шва резко снижается.
Отсутствие данных об активности кремнезема в низкокремни-
стых шлаках лишает возможности произвести количественные
расчеты без специальных экспериментов по определению равно-
весного состава шлака и металла. Однако задача облегчается
при переходе к шлакам, насыщенным кремнеземом, содержащим
более 50% SiO2. В таких шлаках активность SiO2, как известно,
равна единице, и расчетьи существенно упрощаются.
Взаимодействие железа и железоуглеродистых сплавов со
шлаками, состоящими из SiO2, МпО и FeO, было предметом це-
лого ряда работ. Кроме фундаментального исследования Кербера
и Эльзена [227], необходимо назвать также более новую работу
II. Герасименко [220] и, в особенности, отличающееся тщатель-
ностью экспериментов исследование А. Д. Крамарова [54].
А. Д. Крамаров дает следующие уравнения для констант рав-
новесия:
lgKM = lg [Mnlg£°L = _±550_ 4- 186. (III.2)
S 'Mn 6 (МпО) T V
* Здесь и в дальнейшем формулы веществ, растворенных в металле,
шключены в квадратные скобки, растворенных в шлаке — в круглые скобки
76
Металлургические вопросы сварки и наплавки
lg Ksi = 1g (FeO)2 • [Si] = - + 10,64. (111.3)
lgL = lg7Fb7 = ~^?L + 0’756- (IIL4>
(rCkJ) J
Из уравнений (III. 3) и (III. 4) получаем:
g A"Si - lg[Si] • [O]2 = - - 31^°° + 12,152. (II 1.5)
При наличии углерода в металле и избыточного кремнезема
в шлаке соотношение концентраций углерода и кремния в метал
ле выражается по Крамарову уравнением:
С = !g S =-------+ 17’62- И11 -б>
I'd 1
С помощью этих уравнений можно вычислить состав метал-
ла, находящегося в равновесии с соответствующим шлаком, если
известна температура, или температуру, если известен состав
металла и шлака.
Было проведено несколько опытов, чтобы оценить, в какой
мере металл и шлак успевают приблизиться к равновесию в
процессе сварки под флюсом.
Для проведения опытов был выплавлен специальный флюс
41 следующего состава: 53,6% SiO2; 35,4% МпО; 2,0% FeO;
3,5% А12О3; 4,3% СаО; 0,8% MgO; 2,7% CaF2.
По химическому составу этот флюс, состоящий в основном
из SiO2 и МпО, близок к шлакам, взаимодействие которых с ме-
таллом изучал А. Д. Крамаров.
В качестве основного и электродного металла была использо-
вана сталь трех марок: армко, Ст. 3 и 65Г. Результаты анализа
использованных пластин толщиной 20—30 мм и проволоки диа-
метром 4 мм представлены в табл. 14.
Таблица 14
Результаты анализа пластин и электродной проволоки
Марка стали Образец Содержание, %
с Мп Si
Армко Пластина 0,01 0,10 Следы
Армко Проволока 0,02 0,08 0,01
Ст. 3 Пластина 0,18 0,31 0,02
65Г Пластина 0,65 1,12 0,30
65Г Проволока 0,69 0,95 0,22
Взаимодействие шлака и металла при сварке
77
Для исследования взаимодействия шлака и металла были
произведены однослойные наплавки постоянным током обрат-
ной полярности во всех случаях на одинаковом режиме: ток
580—600 а, напряжение дуги 30—32 в, скорость наплавки
18 м]час.
Использованные в шести опытах материалы, вычисленный
исходный состав и результаты анализа металла шва, а также
шлака, снятого со шва и тщательно освобожденного от металли-
ческих капелек и нереагировавшего флюса, представлены
в табл. 15.
Таблица 15
Результаты анализов металла и шлака при наплавке
под флюсом 41, %
Номер опыта
1 2 3 4 5 6
Основной металл . Армко Ст. 3 65Г Армко Ст. 3 65Г
Проволока .... Армко Армко Армко 65Г 65Г 65Г
Доля основного металла в соста- ве шва . . . 0,66 0,69 0,60 0,64 0,65 0,64
^исходи - 0,014 0,13 0,39 0,26 0,36 0,67
Мписходн .... 0,09 0,24 0,70 0,42 0,54 1,06
Si ИСХОДИ 0,01 0,02 0,18 0,08 0,09 0,27
1С] 0,01 0,10 0,30 0,17 0,28 0,56
[Мп] 0,29 0,53 0,82 0,56 0,59 0,94
[Si] 0,30 0,34 0,45 0,40 0,32 0,52
(О] 0,021 0,030 0,011 0,025 0,006 0,005
(SiO,) ... 47,7 48,1 47,9 48,3 48,8 48,1
(МпО) 34,1 34,1 34,9 33,8 34,1 34,5
(FeO) 6,8 7,2 5,4 7,2 7,2 6,1
(СаО) 3,4 3,4 5,1 4,2 4,4 4,8
(MgO) 0,8 0,7 0,9 0,6 0,7 0,5
(A12O3) 4,9 3,4 3,6 3,9 3,6 3,9
(CaFz) 2,3 2,6 2,2 2,5 2,4 2,3
При расчетах сумму основных компонентов SiO2, МпО и FeO
принимали за 100% и вычисляли приведенный состав шлака.
Из данных табл. 15 видно, что состав шлака во всех шести
опытах был очень близким. Средний приведенный состав шлака
для всех опытов: 54,0% SiO2; 38,5% МпО и 7,5% FeO.
78
Металлургические вопросы сварки и наплавки
В табл. 16 представлен вычисленный по приведенным выше
уравнениям состав металла, который находится в равновесии с
указанным шлаком при различных температурах.
Таблица 16
Состав металла, равновесного со шлаком при различных температурах
(результаты расчета)
Содержание в металле, % Температура, СС
1500 1600 1700 1800 1900
[С] . 0,33 0,21 0,14 0,09 0,06
[Мп] 0,28 0,41 0,57 0,78 1,03
(Si] 0,04 0,15 0,47 1,32 3,20
(О] 0,011 0,017 0,025 0,035 0,049
Сопоставление этих данных с результатами анализов, пред-
ставленными в табл. 15, приводит к выводу, что ни в одном опы-
те не было достигнуто равновесие при температуре, предшест-
вовавшей затвердеванию металла.
Для суждения о существовании равновесия при иных темпе-
ратурах мы предположили, что оно было достигнуто, и, зная со-
став металла и шлака, вычислили соответствующую температу-
ру. Результаты вычислений представлены в табл. 17.
Таблица 17
Результаты расчета температуры (°C), при которой шлак и металл
предположительно находятся в равновесии
Расчет температуры Номер опыта
1 2 3 4 5 6
По /<Мп. уравнение (III. 2) .... 1520 1710 1740 1720 1740 1830
По L', уравнение (III. 4) 1655 1740 1555 1690 1390 1365
По KS1, уравнение (III. 5) . . . . 1660 1710 1620 1700 1545 1550
По Л’щ с , уравнение (III. 6) ... 1990 1720 1630 1680 1610 1570
Из этих данных видно, что в опытах № 2 и 4 расчет по всем
уравнениям дает близкие температуры—около 1700°. В осталь-
ных четырех опытах расчет дает резко расходящиеся цифры, что,
но-впдимому, позволяет заключить об отсутствии равновесия
между металлом и шлаком.
Взаимодействие шлака и металла при сварке 79
Если бы металл и шлак реагировали продолжительное вре-
мя при постепенно понижающихся температурах (например, при
1850°, затем при 1800°, затем при 1750° и т. д.), то, вероятно, при’
каждой из этих температур устанавливалось бы равновесие.
Независимо от исходного состава, при одинаковом шлаке во
всех опытах должен был бы получиться одинаковый металл. Од-
нако при сварке время, в течение которого металл может взаи-
модействовать со шлаком, очень кратко. К тому же скорость хи-
мических реакций весьма быстро падает с понижением темпера-
туры. Ввиду этого равновесие при температурах порядка 1800—
1600° может быть достигнуто только при определенном благо-
приятном сочетании условий, среди которых, видимо, важную
роль играет исходный состав металла. Можно предположить,,
что такое сочетание условий имело место в опытах № 2 и 4, бла-
годаря чему шлак и металл при понижении температуры до 1700°
оказались в равновесии. При дальнейшем снижении температуры
скорость реакций уменьшается так сильно, что состав металла и
шлака уже не успевает изменяться с температурой. Затвердева-
ние фиксирует состав, отвечающий высокой температуре.
В общем случае исходный состав металла далек от равновес-
ного со шлаком; это в особенности имеет место при износостой-
кой наплавке. Как показали наши опыты, при сварке под флю-
сом равновесие между металлом и шлаком, вообще говоря, не-
достигается. Наблюдается только стремление к равновесию.
Ввиду этого расчеты по уравнениям констант могут служить лишь,
для ориентировочных целей.
5. КИНЕТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ШЛАКА И МЕТАЛЛА
ПРИ СВАРКЕ
Как показано выше, средние температуры капель металла,,
шлака и сварочной ванны, практически стабильны при изменении
режима сварки. При сварке малоуглеродистой стали такой же
проволокой под обычным флюсом характерны такие темпера-
туры:
Капли электродного металла .. 2300±200°
Шлак........................ 1550± 100°
Ванна....................... 1770±100°
Между тем химический состав наплавленного металла очень,
сильно зависит от режима наплавки.
Для объяснения влияния режима сварки в свое время были
выдвинуты два предположения:
1) в зависимости от режима изменяется эффективная темпе-
ратура сварочной ванны и капель металла;
80
Металлургические вопросы сварки и наплавки
2) увеличение количества расплавляемого флюса приводит
к разбавлению шлака и изменяет концентрации реагирующих ве-
ществ на поверхности раздела шлак — металл [177].
В. И. Дятлов предположил, что влияние режима обусловлено
процессами в газовой фазе — в столбе дуги. В зависимости от
режима сварки предположительно изменяется парциальное дав-
ление пара железа, от которого зависит содержание примесей в
наплавленном металле [36].
Приведенные выше экспериментальные данные показывают,
что первое предположение должно быть отброшено.
Связь между относительной массой шлака и интенсивностью
взаимодействия шлака и металла подтверждается опытом.
Что касается гипотезы В. И. Дятлова, то опытные данные,
позволяющие судить о ее правильности, пока отсутствуют. Сле-
дует отметить, что согласно этой гипотезе равновесие достигает-
ся не только в пределах газовой фазы (что не вызывает сомне-
ний), но также между газовой фазой и жидким металлом и шла-
ком. Последнее допущение представляется сомнительным. Кро-
ме того, конечный состав наплавленного металла зависит от
взаимодействия между шлаком и металлом, без участия газовой
фазы, которое вовсе не рассмотрено В. И. Дятловым.
Возможности применения термодинамических представлений
к исследованию реакций шлака и металла ограничены, как сле-
дует из данных, представленных в предыдущем разделе. Даль-
нейшее приближение к действительности можно получить, если
рассмотреть взаимодействие шлака и металла с точки зрения
кинетики.
По законам кинетики сложных гетерогенных процессов на-
блюдаемая скорость сложного процесса определяется скоростью
наиболее медленно развивающегося элементарного процесса,
который является контролирующим фактором.
Поскольку взаимодействие протекает на межфазной грани-
це, необходимыми элементарными процессами являются: а) под-
ход к границе раздела частиц, участвующих в реакции, б) соб-
ственно химический или электрохимический акт и в) удаление от
границы раздела продуктов реакции.
Во многих случаях элементарных процессов оказывается
больше и природа их сложнее. Так, при восстановлении кремния
существенное значение имеют: разрыв связей кремния и кисло-
рода в ионах Si/)*-; переход железа из металлической в шлако-
вую фазу; адсорбция поверхностно-активного кремния у меж-
фазной границы в металле. При окислении углерода контро-
лирующим фактором часто является процесс зарождения и ро-
ста пузырьков на межфазной границе и т. д.
П. Я- Агеев подверг анализу кинетику процесса окисления уг-
лерода при плавке стали [2]. Из данных о вязкости и поверхност-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
81
ном натяжении шлаков он рассчитал коэффициент диффузии
1 еО в шлаке и показал, что при прочих равных условиях ско-
рость диффузии в шлаке во много раз меньше, чем ib металле.
< 'опоставление рассчитанных и фактических скоростей окисле-
ния углерода при электроплавке стали привело П. Я- Агеева к вы-
воду, что «решающую роль в снабжении металла окислителем иг-
рает процесс перехода частиц окислителя через поверхность раз-
дела шлак — металл». Агеев подчеркивает значение величины
»т<>й поверхности для скорости процесса.
II. С. Куликов и А. А. Жуховицкий изучали кинетику перехо-
да железа из шлака в металл с помощью радиоактивного изото-
на железа [61]. Атом или ион железа должен иметь достаточную
энергию, чтобы преодолеть энергетический барьер на межфазной
поверхности, порвать связи, удерживающие его в шлаковой фа-
»е и переместиться в металлическую. Авторы исследовали отно-
сительную роль этого процесса и процесса миграции в шлаковой
и в металлической фазе. Они нашли, что скорость реакции меж-
ду шлаком и металлом определяется скоростью массопередачи
в шлаке. Перемешивание шлака, например, привело к резкому
ускорению изотопного обмена.
В работе О. А Есина и В. Н. Шихова [41] изучена кинетика
кремневосстановительного процесса при взаимодействии почти
чистого железа с синтетическим кислым шлаком, насыщенным
кремнеземом. В условиях значительного конвективного переме-
шивания расплава химический состав шлака сильно влияет на
скорость процесса. Высота шлакового слоя не оказывала влия-
ния. В данном случае диффузионное сопротивление было сосре-
доточено в тонком слое шлака, прилегающем к поверхности
взаимодействия фаз. Скорость восстановления кремния в опытах
была примерно пропорциональна величине межфазной поверх-
ности.
Исследованиями О. А. Есина и В. Н. Шихова доказано, что
важнейшими факторами, которые определяют скорость взаимо-
действия жидких металла и шлака, являются величина межфаз-
ной поверхности и условия массопередачи в шлаке.
Существенной особенностью сварочных процессов, в частно-
сти сварки под флюсом, является участие в реакции относитель-
но очень большого количества шлака (по сравнению с плавкой
стали в печах), причем соотношение количества металла и шла-
ка изменяется с изменением режима сварки.
Для суждения о кинетике взаимодействия жидких металла и
шлака удобно определенным образом схематизировать процесс
перемешивания и разделения металла и шлака, происходящий
при сварке под флюсом. Важно при этом сохранить в схеме глав-
нейшие черты реального процесса.
о Зак. 390
82
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Несомненно, что взаимодействие металла и шлака в значи-
тельной мере протекает уже при переносе в дуге. В процессе пе-
реноса имеет место контакт двух жидких фаз (шлаковая оболоч-
ка на каплях металла). Шлак активно реагирует с металлом.
Однако это только промежуточная стадия процесса взаимодей-
ствия. При сварке под флюсом решающее влияние на конечный
состав металла шва оказывают процессы в расплавленной ван-
Рис. 32. Схема последовательных стадий 1—4 разделения шлака
и металла:
а — при относительной массе шлака Ф •= 0,4; б — при относительной мае
се шлака Ф =1,1
не. Для упрощения будем рассматривать только эту, определяю-
щую стадию всей сложной реальной цепи, т. е. процессы, проис-
ходящие в расплавленной ванне. Непосредственно после прохо-
да дугой рассматриваемого сечения наплавленного валика капли
металла разной величины оказываются взвешенными в шлаке.
Значительная часть капель, покрытых оболочкой, попадает в ме-
таллическую ванну; здесь шлак собирается в капли, которые
всплывают и присоединяются к слою шлака. Одновременно идет
оседание металлических капель в шлаке и их слияние с металли-
ческой ванной (рис. 32).
В слое, прилегающем к межфазной поверхности, равновесие
между шлаком и металлом достигается очень быстро, так как
тонкий поверхностный слой непрерывно обновляется [321. Ско-
рость реакции определяется скоростью подвода реагирующих ве-
ществ и отвода продуктов реакции. В этом случае скорость из-
Взаимодействие шлака и металла при сварке
83
менения концентрации во времени может быть выражена извест-
ным уравнением:
^ = /<S(Cn0B-C), (III.7)
at
dC
где---------скорость изменения концентрации в объеме рас-
dt
сматриваемой фазы;
К — коэффициент скорости;
S — величина поверхности соприкосновения фаз;
С — концентрация в объеме фазы;
Слов — концентрация на поверхности.
При постоянных К. и S концентрация в объеме изменяется по
закону реакций первого порядка, так как интегрирование урав-
нения (III. 7) дает:
In---Спов -- = I(St. (III.8)
Коэффициент К обычно определяется, как отношение коэффи-
циента диффузии D к толщине д неперемешиваемого (так назы-
ваемого ламинарного) слоя у межфазной поверхности:
к=4- (1п-9)
о
Расчет величины коэффициента диффузии, например, МпО из
данных о вязкости и поверхностном натяжении шлака дает для
температур от 1450 до 2300° величины D от 3-10-7 до
2,5 • 10-5 см21сек.
Толщина слоя б, в котором массопередача осуществляется
путем диффузии, весьма мала. При отсутствии перемешивания
она составляет 0,02—0,05 мм, а в условиях непрерывного переме-
щения капель одной фазы в среде другой, вероятно, гораздо
меньше.
Скорость взаимодействия шлака и металла при сварке под
флюсом, как и при других металлургических процессах, опреде-
ляется не только диффузией в «чистом» виде, но и массопереда-
чей, на которую оказывают влияние градиент температуры в
среде, условия естественной и принудительной конвекции и
другие факторы. Особенно важна величина межфазной поверх-
ности.
Разница в величинах межфазной поверхности и в удельных
массах шлака и металла при наплавке на разных режимах зна-
чительна. Можно предположить, что этими различиями обуслов-
лено влияние режима сварки на состав металла. Количество
шлака, приходящееся на единицу поверхности раздела, а следо-
вательно, возможность массопередачи и транспортировки ком-
ь*
84
Металлургические вопросы сварки и наплавки
понентов и продуктов реакции, имеет решающее влияние для
процессов восстановления кремния и марганца, окисления хро-
ма, титана и других легирующих примесей.
Кинетика окисления углерода более сложна, чем кинетика
окисления и восстановления других примесей. Возникновение пу-
зырьков окиси углерода наиболее верятно на поверхности раз-
дела шлак — металл. Однако энергетические соображения по-
казывают, что пузырьки окиси углерода должны, очень быстро
отрываться от капель жидкого металла, оседающих в шлаке: по-
верхностная анергия на границе жидкая сталь — газ около
1200 э1ся?, на границе жидкая сталь — шлак около 850 э/сж2, на
границе шлак — газ около 300 э/см2. Следовательно, отрыв пу-
зырьков от капель способствует уменьшению энергии системы, а
поэтому весьма вероятен. Быстрый отрыв пузырьков обусловлен
кроме того разницей в плотности, вследствие которой пузырьки
стремятся вверх, а капли металла вниз. Струи шлака, обтекая
капли, смывают пузырьки окиси углерода. Возникновение нового
зародыша на межфазной поверхности происходит не сразу, и
этот процесс является дополнительным контролирующим факто-
ром.
Если сравнить данные табл. 15 и 16, то можно заметить, что
опыты № 2 и 4, где было достигнуто равновесие около 1700°, от-
личались близостью исходного содержания углерода к равновес-
ному. Содержание углерода изменяется гораздо медленнее, чем
кремния и марганца.
Мелкие капли в процессе наплавки в большей степени взаи-
модействуют с флюсом: вносят больше марганца или кремния в
сварочную ванну при наплавке под флюсом АН-348-А, теряют
больше хрома при наплавке высоколегированной проволокой
под флюсом АН-20.
Для проверки правильности этого предположения были произ-
ведены спектральные анализы капель различного размера, со-
бранных при опытах по наплавке на быстро вращающийся диск.
Результаты анализов (табл. 18), выполненных под руковод-
ством ст. научн. сотрудника Е. С. Кудели, в известной мере соот-
ветствуют высказанным соображениям.
Придавая решающее значение относительной массе, мы тем
самым принимаем, что практически весы шлак, образующий шла-
ковую корку, участвует во взаимодействии с металлом ввиду
весьма интенсивного перемешивания (см. рис. 32).
Для проверки этого положения были поставлены опыты с ра-
диоактивным индикатором *. В вакуумной печи была расплавле-
В проведении опытов участвовал инж. Л. А. Позняк.
Взаимодействие шлака и металла при сварке
85
на углеродистая сталь, содержащая 0,34% С; 0,16% Si и 0,50%
Мп и в расплав введена радиосера S35. Путем ковки, холодной
прокатки и волочения была изготовлена электродная проволока
диаметром 3,5 мм, которой наплавлялись валики под флюсами
АН-348-А и АН-20 на двух режимах, обеспечивающих весьма раз-
личную относительную массу шлака: 1) 400 а\ 45 в; 27 м)час и
2) 800 а; 28 в; 27 м!час.
Таблица 18
Результаты спектрального анализа капель различного размера,
извлеченных из шлака
Размеры капель мм Опыт № 3. Проволока —сталь 70, содержит 0,34% Мп, флюс АН-343-А Опыт № 8. Проволока ЭИ701, содержит 2,92% Сг, флюс АН-20
Мп, % Сг, %
1,4—1,6 0,8—1,1 0,4—0,6 0,1—0,2 1,21; 1,17; 1,23 1,31, 1,59, 1,38, 1,16 1,84; 1,9(; 2.21; 2.22 1 77; 2,52; 3,5; 3,6 2.85; 2,59; 2,68 2,71; 2.65; 2,50 1,66; 0,84; 0,74 2,29; следы; следы
Из шлаковой корки, снятой со шва без раздробления и под-
вергнутой отжигу при 550° (для снятия внутренних напряжений),
были изготовлены шлифы. Исследование авторадиограмм, полу-
ченных после экспозиции в течение 15 суток на специальной фото-
пленке, показало, что радиосера, перешедшая в шлак, распреде-
лена по сечению шлаковой корки довольно равномерно. Прожил-
ки шлака с повышенным или пониженным (против среднего) со-
держанием серы занимают лишь незначительную часть сечения.
Наблюдаются отдельные яркие точки — капельки металла, не
успевшие осесть до затвердевания шлака.
В металлической ванне также неизбежно остаются капельки
шлака, не успевшие всплыть до ее затвердевания.
Изучение шлаковых включений, извлеченных из металла шва
при сварке малоуглеродистой стали [77], показало, что размера
шлаковых частиц (обычно шариков бесцветного силикатного стек-
ла) лежат в пределах от. 0,002 до 0,021 мм. К. В. Любавский от-
мечает, однако, что коэффициент преломления шлаковых включе-
ний резко отличается от коэффициента преломления флюса, а со-
держание SiO2 во включениях заметно выше. Он пришел к выво-
ду, что включения имеют преимущественно эндогенный характер
и представляют собой продукты раскисления.
Можно предположить, что состав капельки шлака, всплываю-
щей в слое жидкого металла, изменяется в результате химиче-
ского взаимодействия между шлаком и металлом. Кроме того, ка-
86
Металлургические вопросы сварки и наплавки
пелька шлака в металле представляет собой готовый зародыш
шлаковой фазы. Выделение продуктов раскисления при снижении
температуры металлической ванны должно существенно облег-
чаться наличием таких готовых зародышей. В результате этого
вторичного процесса состав шлаковых капелек, вероятно, сильно
изменяется, но исходные включения при сварке под флюсом име-
ют экзогенное происхождение: это капельки шлака, не успевшие
всплыть.
Глава IV
ЛЕГИРОВАНИЕ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
при износостойкой наплавке
1. СПОСОБЫ ЛЕГИРОВАНИЯ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
Наилучший эффект износостойкая наплавка дает обычно при
применении высоколегированных сплавов и инструментальных
сталей для рабочего слоя изделий, тело которых изготовлено из
простой углеродистой стали.
Получение легированного наплавленного металла возможно
различными способами: использованием соответствующего элек-
тродного материала; восстановлением легирующих примесей из
флюса; присадкой их тем или иным путем в сварочную ванну.
Техника и технология получения легированного наплавленного
металла составляют самостоятельную задачу, которая может ре-
шаться по-разному.
В отличие от ручной дуговой наплавки, при механизирован-
ной наплавке разнообразных изделий используется весьма широ-
кий диапазон режимов. Во всех случаях желательна максималь-
ная производительность и, значит, максимальный ток; однако в
зависимости от формы изделия и размеров его ток приходится
выбирать так, чтобы не допустить стекания металла, чрезмерной
глубины проплавления, подрезов и пр. Практически ток выбирает-
ся в пределах от 100 до 1000 а, скорость перемещения дуги — от
5 до 60 м!час.
Изменение режима неизбежно, но в разной степени (в зави-
симости от химического состава используемых материалов, а так-
же от способа легирования) отражаются на составе наплавлен-
ного металла.
Рациональный выбор способа легирования имеет большое зна-
чение, особенно в том случае, когда наплавке подвергаются ответ-
ственные изделия, на поверхности которых недопустимы дефекты
или отступления от заданного химического состава металла. Важ-
ны и такие факторы, как трудоемкость и экономичность техноло-
гического процесса наплавки легированного металла.
Многочисленные варианты видов легирования наплавленного
металла можно свести к четырем принципиально различным спо-
собам, схематически представленным на рис. 33 применительно
к наплавке под флюсом.
Способ I— применение легированной электродной проволоки
или ленты и обычного флюса.
Способ II — присадка легирующих материалов через прово-
локу или ленту (порошковая проволока и лента, составная
и свитая проволока и др.); флюс обычный.
88
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Способ III — применение обычной проволоки или ленты и ле
тирующего флюса; механическая примесь ферросплавов к флюсу,
керамический флюс и т. п.
Способ IV— нанесение легирующих примесей на поверхность
изделия, наплавка обычной электродной проволокой под обычным
флюсом, с полным расплавлением легирующих материалов.
К этому способу должны быть отнесены укладка на поверхность
Рис. 33. Схема основных способов легирования маплаз-
ленного металла:
Z — легированная проволока, обычный флюс; II — легирование че-
рез проволоку (порошковую, составную и т.п.), обычный флюс; ///—
обычная проволока, легирующий флюс; IV — обычная проволока,
обычный флюс, нанесение легирующих материалов на наплавляемую
поверхность в виде порошка, пасты и т. п.
легированного присадочного прутка, насыпка порошка, намазы-
вание паст и др.
Строго говоря, ни один из этих способов не встречается в чи-
стом виде: взаимодействие электродного металла со шлаком в
какой-то степени всегда имеется, значит и при легировании с по-
мощью проволоки (способы I и II) известную роль играет флюс.
При использовании легирующего флюса (способ III) часть при-
месей вносит проволока ит. д. Эти обстоятельства имеют, однако,
подчиненное значение, если речь идет о наплавке высоколегиро-
ванного износостойкого металла.
2. НАПЛАВКА ЛЕГИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПРОВОЛОКОЙ
ИЛИ ЛЕНТОЙ
Этот способ, успешно применявшийся еще Н. Г. Славяновым,
в настоящее время широко используется при наплавке под флю-
сом проволокой из низколегированных сталей (например, 18ХГСА,
Легирование наплавленного металла при наплавке
89
ЗОХГСА), а также при наплавке проволокой аустенитного класса
типа Х18Н8 и Х25Н20. Возможность массового производства сва-
рочной и конструкционной проволоки различного состава делает
этот способ весьма перспективным и для целей износостойкой на-
плавки. Здесь, однако, встречаются затруднения, ограничиваю-
щие возможности способа I.
Вследствие взаимодействия электродного металла со шлаком
в процессе наплавки наплавленный металл по составу довольно
сильно отличается от использованной проволоки. При многослой-
ной наплавке (когда разбавлением за счет основного металла
можно пренебречь) содержание всех примесей, обладающих
большим сродством к кислороду, чем основа сплава, изменяется
в разной степени.
Упрощенная характеристика окисляемое™ примесей с по-
мощью так называемого «коэффициента перехода» (отношения
содержания того или иного элемента в наплавленном металле к
его содержанию в электродной проволоке) для сварки под флю-
сом мало пригодна. Коэффициент перехода различен при одной
и той же проволоке и разных флюсах, при фиксированных флюсе
и проволоке и разных режимах, при различном содержании сопут-
ствующих примесей и т. д.
Графики состава наплавленного металла при наплавке угле-
родистой проволокой под флюсом М3 348-А представлены на
рис. 28 Более полное и наглядное представление о составе на-
плавленного металла в зависимости от режима многослойной
наплавки можно получить, если нанести на диаграмму, построен-
ную в координатах ток — напряжение, линии равных концентра-
ций того или иного элемента — изоконцентраты углерода, крем-
ния и марганца для рассматриваемого случая. При построении
диаграммы состава наплавленного металла по графику зависи-
мости состава от тока и напряжения используется то обстоятель-
ство, что состав наплавленного металла приблизительно линейно
зависит от напряжения дуги (при данном токе) [125, 138].
Диаграмма состава наплавленного металла (рис. 34) пока-
зывает, что в данном случае состав изменяется в очень широких
пределах. Можно говорить, в сущности, о двух типах металла,
которые можно наплавить с помощью данной проволоки и флю-
са АН-348-А. В одном случае это сталь, содержащая в среднем
0,25% С; 0,85% Si; 2,1% Мп; в другом — сталь, содержащая
0,42% С; 0,38% Si и 0,9% Мп. Области режимов, соответствую-
щие тому и другому типу стали, представлены на рис. 35.
Говоря о наплавке стали определенного типа, мы подразуме-
ваем пределы допусков по составу, установленные многолетней
металлургической практикой, т. е. для случая 1 (см. рис. 35):
0,20—30% С; 0,7—1,0% Si и 1,8—2,4% Мп. Такая точность ле-
гирования достаточна. Металл, отвечающий верхнему или ниж-
90
Металлургические вопросы сварки и наплавки
нему пределу, имеет практически одинаковые механические свой-
ства. То же относится и ко второму типу наплавленного металла.
Следует отметить, что обла-
Рис. 34. Концентрация
примесей в металле, на-
плавленном на различ-
ных режимах, представ-
ленная с помощью изо-
концентрат. Проволока
О,68"/о С; 0,21% Si;
О,34с/о Мп; флюс
АН-348-А
сти режимов, показанные на
рис. 35, могут в известной сте-
пени сдвинуться при изменении
состава электродной проволо-
ки (особенно это относится к
зоне 2).
При равных термических ус-
ловиях наплавки твеодость на-
плавленного металла в первом
случае получится 200—230 Яв\
а во втором 230—260 /7В .
Определенный состав на-
плавленного металла при ис-
пользовании высокоуглероди-
стой проволоки и флюса типа
АН-348-А можно получить
только в пределах определен-
ных, довольно узких областей
режимов.
Рис. 35. Области режи-
мов, в пределах кото-
рых при наплавке прово-
локой по рис. 34 полу-
чается металл, содержа-
щий в среднем:
1 — 0,25*/. С; 0 85% Si;
2,1 «/о Мп, с твердостью 200—
230 */в, 2 - 0.42% С;
0,38*/# Si; 0,9% Мп, с твер-
достью 230—260
Если флюс не содержит МпО и содержит мало SiO2, его окис-
лительная способность снижается и диаграмма состава наплав-
ленного металла показывает более широкую область возможных
Легирование наплавленного металла при наплавке
91
режимов наплавки. На рис. 36 представлены изоконцентраты уг-
лерода, марганца, кремния и хрома при наплавке проволокой
ЭИ701 под флюсом АН-20, а также область, в пределах которой
наплавленный металл отвечает по составу стали ЗХ2В8 (содержа-
Рис. 36. Диаграмма состава наплавленного металла
в зависимости от режима наплавки. Проволока
ЭИ701: 0.56% С; 0.43% Si; 1.55% Мп; 2,92% Сг,
9,06% W; 0,39% V. Флюс АН-20:
а — изоконцентраты кремния, марганца, хрома и углерода;
б — область режимов, в пределах которой наплавленный
металл содержит 0.30—0,40% С; 0,45—0.75% Si; 0,9—
1,3% Мп; 2,4—2,65% Сг; 8,2-8,5% W; 0,3—0,4% V
ние вольфрама и ванадия мало изменяется с изменением режи-
ма) .
Из флюсов, получивших до сих пор применение в промышлен-
ности, наиболее низкое содержание SiO2 имеют флюсы АН-30 и
48-ОФ-6: первый может содержать до 5%, второй — до 4% SiO2;
количество прочих окислов, способных восстанавливаться при
сварке, жестко ограничено. Тем не менее при наплавке не удается
полностью исключить окисление примесей. Показательны резуль-
таты анализа, приведенные в табл. 19. Наплавка производилась
92
Металлургические вопросы сварки и наплавки
в пять слоев на режиме: ток — 400 а, напряжение дуги 30—35 в,
скорость перемещения дуги — 20 м/час.
Таблица 19
Результаты химического анализа высоколегированной проволоки
и наплавленного металла
Металл Содержание, %
с Si Мп Сг N1 Т1
Проволока Х2СН1СГ6Т Металл, наплавленный 0,10 0,77 8,08 22,42 9,83 0,80
под АН-30 0,10 0,93 6,60 20,51 9,82 0,50
» АН-20 0,10 1,69 5,35 19,93 9,77 0,25
» АН-348-А 0,С8 2,26 6,10 14,89 9,85 0,15
Из данных таблицы следует, что титан, марганец и хром за-
метно окисляются при наплавке под флюсом АН-30. В большей
мере это происходит при наплавке под флюсом АН-20.
Окисление углерода при наплавке под низкокремнистыми
флюсами отсутствует, но при использовании высокоуглеродистой
проволоки оно также наблюдается в значительной степени. Мно-
гие износостойкие сплавы содержат 1—2% углерода. Ввиду ча-
стичного окисления углерода в процессе наплавки содержание его
в проволоке должно быть всегда выше, чем в наплавленном ме-
талле. Повышение же содержания углерода чрезвычайно затруд-
няет волочение высоколегированной проволоки.
Предполагалось, что некоторые легирующие примеси нецеле-
сообразно вводить через проволоку, поскольку нагрев до высоких
температур при переносе в дуге может ослабить модифицирую-
щее действие, например, титана [183]. Экспериментальная провер-
ка этих предположений показала, что главным фактором является
окисление титана. Из данных табл. 19 видно, что при использова-
нии флюса АН-348-А в наплавленном металле остается лишь ма-
лая доля концентрации титана, имевшейся в проволоке. Однако,
если взять флюс АН-20 или, еще лучше, АН-30, то можно сохра-
нить нужное количество титана и получить эффект измельчения
структуры. На рис. 37 слева показана структура металла, наплав-
ленного проволокой Х20Н10Г6Т под флюсом АН-348-А, а спра-
ва — той же прово токой под флюсом АН-20. Состав металла при-
веден в табл. 19. При наличии в наплавленном металле 0,25% Ti
устраняется столб штость и получается дезориентированная пер-
вичная структура, что и требуется в данном случае.
Крупными преимуществами легированной проволоки являют-
Легирование наплавленного металла при наплавке
93
Рис. 37. Структура металла, наплавленного проволокой Х20Н10Г6Т.
Электролитическое травление в 20°/о-Н'ОЙ хромовой кислоте. Увеличе-
ние 110. а—.наплавка под флюсом АН-348-А, б — наплавка
под флюсом АН-20
ся высокая однородность распределения примесей в наплавлен-
ном металле, а также простота и удобство ее использования.
Производство и применение легированной проволоки для на-
плавки развито у нас пока недостаточно. Трудности производства
малых количеств легированной проволоки отмечаются и в зару-
бежной технической литературе.
3. НАПЛАВКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКОЙ
Техническая мысль давно работает над поисками электродно-
го материала, способного заменить малодоступную высоколегиро-
ванную проволоку. В архиве изобретателя электросварки Н. Н. Бе-
нардоса сохранился альбом, где изображены предложенные им в
различное время формы угольных и металлических электродов
1182]. Среди них имеются «трубчатые электроды, с сердцевиной из
разных порошков».
Проволока в виде трубки, свернутой из мягкой металлической
ленты и заполненной порошком, испытывалась не раз. В. Е. Са-
хапович провел лабораторные испытания «электродов с внутрен-
ней обмазкой» для автоматической сварки открытой дугой и по-
лучил удовлетворительное качество сварки [150].
В начале 30-х гг. для наплавки зубьев шарошек буровых до-
ют был предложен «трубчато-зернистый сплав» — релит.
94
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Для изготовления электродной проволоки с порошком внутри
или порошковой проволоки мы применили волочение — процесс
очень простой и производительный [166]. Материалами служат
лента холодного проката из мягкой стали (может быть использо-
вана лента из никеля, кобальта, меди и т. п.) и порошок, пред-
ставляющий собой смесь размолотых ферросплавов, железного
порошка и т. д. Лента сворачивается в трубку встык путем протя-
Рис. 38. Отрезок ленты, извлеченный из фильера
пивания через фильер из твердого сплава или металлокерамики.
Перед фильером на ленту подается порошок, подлежащий запрес-
совке. Порошок захватывается лентой и заполняет образующую-
ся трубку. Подачу порошка регулируют таким образом, чтобы
просыпающийся излишек был возможно меньше. Заполненная
трубка непрерывно наматывается на первый барабан четырехба-
рабанного волочильного стана.
Участок ленты с порошком в процессе сворачивания показан
на рис. 38. На рис. 39 представлен многократный волочильный
Рис. 39. Четырехбарабанный волочильный стан для промышлен
кого производства порошковой проволоки
Легирование наплавленного металла при наплавке
95
стан для промышленного производства порошковой проволоки.
По выходе из первого (сворачивающего) фильера проволока на-
матывается на барабан и в то же время разматывается с него, по-
ступая в следующий фильер для уменьшения диаметра и запрес-
совки порошка. Стан работает со скольжением, проволока немно-
го буксует по поверхности трех первых барабанов, благодаря че-
му предупреждается образование петель. В процессе работы на
каждом из этих барабанов имеется только 2—3 витка проволоки.
На последнем, четвертом барабане получается готовая порошко-
вая проволока. Производительность стана — 250 кг проволоки в
смену. Промышленное производство освоено.
Для иллюстрации однородности состава металла, наплавлен-
ного порошковой проволокой, в табл. 20 приведены результаты
химического анализа стружки, взятой при обточке наплавленных
валков. Анализы были произведены в разное время на протяже-
нии года, режим наплавки — одинаковый во всех случаях.
Таблица 20
Результаты химического анализа стружки, взятой при обточке
наплавленных валков
(Порошковая проволока ПП-ЗХ2В8, флюс АН-20)
№ опытов Содержание, %
с Si Мп Сг W V
1 0,33 0,70 0,61 2,75 9,27 0,26
2 0,35 0,72 0,60 2,74 9,32 0,25
3 0,32 0,69 0,58 2,80 9,38 0,27
4 0,33 0,65 0,59 2,76 9,40 0,30
5 0,36 0,64 0,70 2,56 9,20 0,23
6 0,35 0,67 0,63 2,53 9,32 0,22
Как видно из этих данных, постоянство состава при одинако-
вом режиме наплавки получается достаточно хорошее, разумеет-
ся, при тщательном соблюдении технологии.
При изменении режима наплавки состав наплавленного метал-
ла изменяется и в тем большей степени, чем большей окислитель-
ной способностью обладает флюс. На рис. 40 представлена диа-
грамма состава металла, наплавленного порошковой проволокой
марки ПП-ЗХ2В8 под флюсом АН-348-А, построенная по данным
графиков рис. 29. Область режимов, в пределах которой можно
получить определенный состав наплавленного металла, в этом
случае узка.
На рис. 41 показана диаграмма состава наплавленного метал-
ла для проволоки ПП-ЗХ2В8 в сочетании с флюсом АН-20, не со-
Легирование наплавленного металла при наплавке
97
держащим МпО и содержащим почти вдвое меньше SiO2, чем
предыдущий флюс (см. табл. 8). Область режимов, в пределах
которой можно получить требуемый состав наплавленного метал-
ла, здесь значительно шире.
Применение безмарганцевого флюса с еще более низким со-
держанием кремнезема, например флюса АН-30, позволяет полу-
Рис. 42. Диаграмма состава наплавленного металла
в зависимости от режима наплавки Проволока
ПП-ЗХ2В8: О,72°/о С; 0,31'Vo Si; 1,60°/о Мп; 2,78% Сг,
9,20"/о W; 0,40% V; флюс АН-30:
а — изоконцентраты кремния, марганца, хрома и углерода;
б — диапазон режимов, в пределах которого наплавленный
металл содержит; 0,35—0,45% С; 0,1—0,3% Si; 1,15—
1,45% Мп; 2.5—2,8% Сг; 8,7-9,1% UZ; 0,32-0,38% V
чить еще более широкую область допустимых режимов. На рис. 42
представлена диаграмма состава наплавленного металла для про-
волоки ПП-ЗХ2В8 и флюса АН-30. Проволока была взята такая
же, как при наплавке под флюсом АН-348-А, но окисление угле-
рода здесь значительно слабее, и в результате диапазон режимов
для получения концентрации 0,3—0,4% углерода смещается. Что-
бы получить совладение изоконцентрат 0,35% С с приведенными
7 Зак. 390
Рис. 43. Диаграмма состава наплавленного металла в за-
висимости от режима наплавки. Высокохромистая высо-
коуглеродистая порошковая проволока, флюс АН-348-А:
°- б и 6 — изоконцентраты хрома, марганца и углерода; г —
область режимов, в пределах которой наплавленный металл со-
держит 1.5—1,8% С; 0.6—1.0% Мп; 14—16"/. Сг
Рис. 44. Диаграмма состава наплавленного металла в за-
висимости от режима наплавки. Высокохромистая высо-
коуглеродистая порошковая проволока, флюс АН-30:
вверху — изоконцентраты хрома и углерода; внизу — область ре-
жимов, в пределах которой наплавленный металл содержит 1.5—
1,6"/. С; 14-16% Сг
Легирование наплавленного металла при наплавке
99
на рис. 40, в состав шихты, заполняющей проволоку, следовало»
бы ввести меньше углерода.
При наплавке сталей и сплавов с более высоким содержанием
углерода и других легко окисляющихся примесей влияние свойств
флюса сказывается в большей степени. На рис. 43 и 44 показаны
диаграммы состава наплавленного металла, построенные по экс-
периментальным данным И. К. Походни [125]. Наплавка высоко-
хромистой высокоуглеродистой стали производилась в обеих се-
риях опытов одинаковой порошковой проволокой, содержащей
2,34% С; 0,15% Si; 0,39% Мп; 17,64% Сг и 0,35% V. Характер
расположения изоконцентрат указывает, что при изученных ре-
жимах напряжение дуги оказывает на состав наплавленного ме-
талла более сильное влияние, чем величина тока. При наплавке
под флюсом АН-348-А определенный состав наплавленного ме-
талла можно получить только в пределах узкой области режи-
мов. При наплавке под флюсом АН-30 диапазон допустимых ре-
жимов значительно шире.
При правильном выборе состава флюса порошковая проволо-
ка позволяет в достаточно широких пределах варьировать режим
наплавки.
Порошковую проволоку целесообразно применить в тех слу-
чаях, когда соответствующая легированная проволока вообще не
может быть изготовлена или получается слишком дорогой, т. е.
для наплавки высоколегированных, высокоуглеродистых сплавов.
В опытном порядке или при небольшом масштабе производства
порошковая проволока применяется также для наплавки средне-
легированных и низколегированных сталей, для газоэлектриче-
ской сварки теплоустойчивых сталей и пр.
4. НАПЛАВКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЕГИРУЮЩИХ ФЛЮСОВ
Восстановление марганца происходит в процессе наплавки
лишь в слабой степени. Тем не менее, используя углеродистую
проволоку, малый ток, высокое напряжение и многослойную на-
плавку, можно под флюсом АН-348-А получить наплавленный ме-
талл, содержащий до 2,4% Мп, под флюсом АН-10—до 4% Мп.
Как показал А. С. Тумарев [162], взаимная обусловленность
состава контактирующих фаз является свойством всех гетероген-
ных систем. Элементы, обладающие даже более низкой упруго-
стью диссоциации окисла, чем основа сплава, могут быть введены
в металл посредством присадки их окислов к шлаку; разумеется,
переход в металл элементов с более высокой упругостью диссо-
циации должен наблюдаться в большей степени.
Для сложных реальных систем количественные расчеты пока
невозможны. К тому же при сварке наблюдается только стремле-
ние к равновесию. Из данных рис. 30 следует, что присутствие в
7*
100
Металлургические вопросы сварки и наплавки
шлаке окислов никеля, меди, кобальта, вольфрама, молибдена,
хрома и ниобия должно обеспечивать эффективное легирование
металла соответствующими примесями. Лабораторное исследова-
ние флюсов, содержащих окисли легирующих элементов, провели
польские исследователи Ю. Пилярчик и Я. Венгжин [237].
В табл. 21 приведены некоторые результаты их опытов.
Таблица 21
Содержание окислов в составе флюса и состав наплавленного металла
Окисел । Содержание во флюсе, % Содержание элемента в наплавленном металле ,%
окисла элемента
МпО 34,87 27,0 0,92
46,44 35 7 1,33
54,31 42,0 1,89
Сг2О8 4,52 3,1 0,42
9,65 6,6 1,15
18,07 12,8 2,13
wos 9,04 7,5 1,32
12,34 10,5 4,(8
34,68 27,5 6,38
МоО3 5,14 3,55 1,48
8,47 5,6 2,49
Однако практического применения подобные флюсы пока не
получили по ряду причин.
Окислы легирующих элементов, кроме марганца и хрома,
сравнительно дороги и малодоступны. При введении в состав
флюса больших количеств Сг2О3 технологические свойства изме-
няются к худшему. Пока еще не разработаны гомогенные леги-
рующие флюсы, пригодные для промышленного использования.
Большие затруднения возникают при плавке подобных флюсов в
электропечи из-за восстановления примесей графитом электрода.
Для получения наплавленного металла с нужной твердостью не-
обходимо использовать не обычную, а высокоуглеродистую про-
волоку. Легирующие примеси из этих флюсов плохо используются
при наплавке, велики потери их в шлаковой корке.
Перечисленные трудности, по-видимому, отпадают, если при-
мешивать ферросплавы к флюсу. Попытки решить задачу легиро-
вания таким способом были предприняты еще в 1941 г. Однако
результаты были часто неудовлетворительными: при каждом пе-
ресыпании происходила сепарация по удельному весу. Возникали
участки, где ферросплавов было слишком много; там появлялись
трещины. В других местах получались мягкие участки и т. п.
Легирование наплавленного металла при наплавке
101
Удельный вес сварочных флюсов 2,7—3,7 г/см?. Избежать се-
парации по удельному весу можно в том случае, если ферроспла-
вы будут находиться в смеси в виде крупинок, близких по форме
и размерам к зернам флюса и обладающих примерно одинаковым
с флюсом удельным весом.
А. Е. Денис и Л. М. Гутман разработали рецептуру легирую-
щих флюсов, представляющих собой смесь флюса АН-20 или
АН-10 с 7% дробленой алюминиевой лигатуры, отличающейся
большой хрупкостью и имеющей удельный вес 3,4 г)см3 (сплав
80% А1 и 20% Fe) [7]. Достоинством такого флюса является воз-
можность наплавки деталей, ранее наплавленных электродами с
меловой обмазкой. Обычные флюсы при этих условиях дают по-
ристый наплавленный слой; примесь определенного количества
алюминия устраняет поры.
В табл. 22 приведен в качестве примера состав металла, на-
плавленного малоуглеродистой электродной проволокой на токе
330—350 а, при напряжении дуги 28—30 в.
Таблица 22
Состав наплавленного металла сильно зависит от режима. Та-
кой способ легирования получил некоторое применение на ремонт-
ных предприятиях транспорта для восстановления размеров раз-
личных изношенных деталей.
Однако возможности легирования с помощью флюсов-смесей
ограничены и вероятность сепарации полностью не исключена.
Чтобы устранить сепарацию, можно приклеить частицы фер-
росплава к крупинкам флюса (например, с помощью раствори-
мого стекла). Но существенным недостатком всех вариантов ле-
гирующего флюса остается сильно выраженная зависимость со-
става наплавленного металла от режима наплавки. Относительная
масса флюса определяет здесь не только скорость массопередачи
в шлаке и удаления продуктов реакции от межфазной поверхно-
102
Металлургические вопросы сварки и наплавки
ста. Крупинки ферросплава оседают в слое расплавленного шла-
ка и поступают в ванну на всем ее протяжении; влияние относи-
тельной массы шлака на состав наплавленного металла должно
сказываться здесь гораздо сильнее, чем при легировании через
проволоку.
Для того чтобы количественно оценить зависимость состава
металла, наплавленного под легирующим флюсом, от режима,
был приготовлен легирующий флюс путем перемешивания порош-
ков флюса АН-348-А или АН-20, феррохрома марки Хр1 и рас-
творимого стекла. Флюс и феррохром были предварительно
просеяны через сито с 1600 отв!см2 и тщательно перемешаны с
растворимым стеклом. После высушивания и прокалки при 400°
масса была раздроблена для получения крупки с размером зерен
0,2—3,0 мм.
В готовом легирующем флюсе содержалось 25% феррохрома
и 10% сухого силиката натрия.
Наплавку производили в три слоя малоуглеродистой электрод-
ной проволокой, на постоянном токе, при обратной полярности.
Скорость перемещения дуги во всех опытах была 20 м!час.
Диаграммы состава наплавленного металла в зависимости от
режима наплавки представлены на рис. 45 и 46. Как видно из
диаграммы, определенный состав наплавленного металла может
быть получен только в пределах узкой полосы режимов.
При использовании флюса АН-348-А, который обладает срав-
нительно высокой окислительной способностью и большой вяз-
костью, наплавленный металл при прочих равных условиях содер-
жит меньше хрома. Однако полоса допустимых режимов полу-
чается значительно шире, чем в том случае, когда шлаковой осно-
вой служит АН-20. Часть хрома, содержащегося в частицах фер-
рохрома, окисляется в процессе оседания. Скорость оседания ча-
стиц в слое флюса АН-348-А значительно меньше, чем в слое
флюса АН-20, поскольку при 1550° вязкость АН-348-А составляет
1,4 пуаза, плотность 3,6 г/см3, тогда как АН-20 при той же темпе-
ратуре имеет вязкость 0,5 пуаза и плотность 2,7 г/см3. При ис-
пользовании АН-20 изменение относительной массы шлака,
естественно, более резко отражается на составе наплавленного
металла.
Легирующий флюс рассмотренного типа на основе флюса,
очень близкого к АН-348-А, Ю. Пилярчик и Я- Венгжин примени-
ли для наплавки прокатных валков в производственных условиях
[237]. Флюс смешали с 10% феррохрома (60% Сг; 3,5% С), 5%
ферромарганца (80% Мп; 1% С) и небольшим количеством рас-
творимого стекла; смесь высушили, раздробили и просеяли. Сред-
ний состав наплавленного металла получили следующий: 0,3% С;
2,5—3% Мп, 0,5% Si; 2,5—3% Сг.
Рис. 45. Диаграмма состава наплавленного металла в за-
висимости от режима наплавки. Малоуглеродистая про-
волока и легирующий флюс: 65% флюса АН-348-А + 25%
феррохрома Хр1 + 10% растворимого стекла:
Рис. 46. Диаграмма состава наплавленного металла в за-
висимости от режима наплавки. Малоуглеродистая про-
волока и легирующий флюс: 65% флюса АН 20 + 25%
феррохрома Хр1 + 10% растворимого стекла:
вверху — изоконцентраты кремния, и хрома; внизу — область
режимов, в пределах которой наплавленный металл содержит
10—12V* Сг; 0,6—!,!«/• SI и 0,3—0,7«/» Мп
104
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Авторы подчеркивают необходимость строгого соблюдения по-
добранных опытным путем режимов наплавки.
Мож,но приготовить неплавленный флюс таким же способом,
как покрытия качественных электродов.
Опыты сварки открытой дугой с использованием в качестве
флюса смеси порошков, отвечающей электродному покрытию
[149], или дробленых покрытий [95] проводились давно. При этом
количество флюса по отношению к расплавляемой электродной
проволоке было примерно такое же, как и в покрытых электродах.
К- К. Хренов предложил применить флюсы подобного рода для
сварки и наплавки закрытой дугой. Эти флюсы, получившие на-
звание керамических [183], получаются посредством замешивания
на растворимом стекле смеси тонко размолотых ферросплавов,
минералов и химикатов, гранулирования тестообразной массы,
сушки и прокалки крупки.
Керамическим флюсам для сварки и наплавки посвящен ряд
работ К. К. Хренова, Д. М. Кушнерева, Ю. А. Юзвенко, К. В. Пет-
раня, В. Г. Малышева и др. Керамические флюсы выпускаются
некоторыми американскими фирмами [249]. Для наплавки высоко-
легированных сплавов К. К. Хренов и Д. М. Кушнерев разрабо-
тали флюс КС-1, который рекомендуется в качестве основы. Пу-
тем присадки к этому флюсу различных количеств легирующих
примесей можно получить наплавленный металл нужного состава.
Флюс КС-1 отличается хорошими стабилизирующими свой-
ствами, обеспечивает отличное формирование наплавленного ва-
лика и вполне удовлетворительную отделимость шлаковой корки.
Состав флюса КС-1 (в весовых частях):
Мрамор ........................ 57,7
Плавиковый шпат.................20,0
Двуокись титана ............... 15,0
Ферротитан ....................... 6.0
Ферромарганец марки Мн1 ......... 0,5
Ферросилиций марки Си75........... 0,8
Растворимое стекло плотностью 1,35 20,0
Благодаря присутствию мрамора возможно частичное окис-
ление титана, кремния, марганца и других примесей, поскольку
при высокой температуре СаСО3 диссоциирует с образованием
СО2. Главным раскислителем служит титан ферротитана. Ко-
личества окислителя и раскислителя здесь хорошо сбалансиро-
ваны, в наплавленном металле остается лишь малое количе-
ство титана, достаточное, однако, для его модифицирования.
При наплавке под керамическим флюсом необходимо строго
соблюдать оптимальный диапазон режимов наплавки, иначе
неизбежно серьезное отклонение состава наплавленного метал-
ла от заданного. Изменение относительной массы шлака в за-
висимости от тока и напряжения дуги при наплавке под кера-
Легирование наплавленного металла при наплавке
105
мнческим флюсом марки КС-Р9Б показано на рис. 47 (по дан-
ным 10. А. Юзвенко [194]). На рис. 48 представлены области ре-
жимов, в пределах которых обеспечивается получение металла
1аданного химического состава при многослойной наплавке под
Рис. 47. Влияние тока и напряже-
ния на относительную массу шла-
ка при наплавке под керамическим
флюсом КС-Р9Б малоуглеродистой
электродной проволокой диаметром
2 мм. По данным Ю. А. Юзвенко [191]
керамическими флюсами на
основе флюса КС-1 [194].
Сопоставление с данными,
представленными на рис. 45
и 46, показывает, что при
наплавке под керамически-
ми легирующими флюсами
полоса допустимых режи-
мов получается примерно
такая же, как и при исполь-
зовании легирующих флю-
сов на основе плавленых.
Рис. 48. Области режимов,
в пределах которых обеспе-
чивается получение наплав-
ленного металла заданного
химического состава при
iM-ногослойной мая лавке
под флюсом на основе КС-1
малоуглеродистой электрод-
ной проволокой:
Предложены керамические флю- / — диам. г мм-, 2 — диам.
СЫ ДЛЯ НаПЛаВКИ сталей И сплавов По данным Ю. А. Юзвенко
различных составов, содержащих Г1941
до 25—30% легирующих примесей. Если требуется более высокое
легирование, то приходится часть примесей вводить через прово-
локу: при чрезмерном увеличении процента металлических со-
ставляющих ухудшаются технологические свойства флюса.
Керамические флюсы иногда применяют в сочетании с высоко-
легированной проволокой для дополнительной присадки неко-
торых примесей.
Недостатком керамического флюса является низкая меха-
106
Металлургические вопросы сварки и наплавки
ническая прочность зерен, что затрудняет пневматическую
транспортировку флюса. При растирании зерен в порошок ста-
новится возможной сепарация по удельному весу. Технология
массового производства легирующих флюсов пока не разра-
ботана. Кустарное изготовление керамического флюса трудо-
емко и обходится довольно дорого.
Серьезным достоинством керамического, как и других ле-
гирующих флюсов, является возможность использования в ка-
честве электрода малоуглеродистой проволоки или ленты.
5. ЛЕГИРОВАНИЕ НАНЕСЕНИЕМ ПРИМЕСЕЙ НА НАПЛАВЛЯЕМУЮ
ПОВЕРХНОСТЬ
Как лабораторный прием получения наплавленного метал-
ла желательного состава этот способ применялся давно. Поро-
шок соответствующего ферросплава насыпали на поверхность
пластины или з неглубокую канавку на поверхности, а затем
производили наплавку малоуглеродистой электродной проволо-
кой под обычным флюсом. Количество насыпанного ферроспла-
ва и режим наплавки выбирали так, чтобы весь насыпанный
порошок был полностью расплавлен. Благодаря энергичному
перемешиванию металла в сварочной ванне примесь, введенная
таким путем, распределяется достаточно равномерно по сече-
нию наплавленного валика. При легировании путем нанесения
на поверхность примесей окисление, при прочих равных усло-
виях. происходит в сравнительно слабой степени. По расплав-
лении примеси сразу попадают в металлическую ванну, следо-
вательно, шлак воздействует меньше, чем при легировании че-
рез проволоку^ При равномерном распределении примеси по
длине наплавляемого валика можно получить наплавленный ме-
талл заданного состава.
Для производственного назначения этот способ легирования
использовал С. Р. Фрумин [180], приспособивший к сварочному
трактору бункер-дозатор. Изменяя зазор между ссыпной труб-
кой и наплавляемой поверхностью, можно высыпать заданное
количество ферросплава на единицу длины.
Подобный способ может быть применен для наплавки за-
щитных листов бункерных устройств, деталей желобов, транс-
портеров и пр., когда она осуществляется многоэлектродным
методом или ленточным электродом. Первые опыты в этом
направлении дали положительные результаты!. Наплавка по
слою сталинитовой шихты производилась шестью электродами
из малоуглеродистой проволоки под флюсом АН-348-А на ре-
жиме: ток 1400—1450 а, напряжение дуги 36—38 в, скорость
перемещения 18 м!час.
Ширина валика, наплавляемого за один проход, составляла
Легирование наплавленного металла при наплавке
107
75 мм. Наплавленный металл содержал 2,06% С; 3,70% Мп;
0,63 % Si; 4,0% Сг.
Способ насыпания порошка перед дугой, очевидно, прием-
лем для наплавки тел вращения только очень большого диа-
метра. Было предложено приготовлять пасты из порошка фер-
росплавов на связке из глицерина или растворимого стекла;
пастой заполняются канавки на поверхности подлежащих на-
плавке заготовок, затем производится сушка, прокалка и, на-
конец, наплавка. Для наплавки использовали малоуглеродистую
проволоку, обычные флюсы; применялись режимы, обеспечи-
вающие проплавление всего сечения заполненной пастой ка-
навки [53]. В таком виде этот способ оказался очень трудо-
емким, а точность легирования получилась низкой; наплавлен-
ные заготовки инструмента давали большой процент брака.
Применительно к плоским деталям грубых устройств и меха-
низмов рассматриваемый способ легирования имеет крупные
преимущества: он прост и дешев. Серьезным недостатком, од-
нако, является зависимость состава наплавленного металла от
сечения наплавляемого валика, которое определяется током и
скоростью перемещения дуги. Кроме того, имеется зависимость
от напряжения, обусловленная изменением относительной мас-
сы шлака. Наконец, глубина проплавления основного металла
зависит от количества насыпанной присадки. Ввиду этого дози-
ровка легирующих примесей должна подбираться опытным пу-
тем, применительно к конкретному изделию и вполне опреде-
ленному режиму наплавки; более или менее значительное из-
менение тока и напряжения ведет к изменению состава, а зна-
чит, и свойств наплавленного слоя.
Как видно из сказанного, легирование по этому способу го-
раздо менее универсально, чем по трем Предыдущим способам.
6. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ ЛЕГИРОВАНИЯ
Достижимая точность легирования зависит как от тщатель-
ности изготовления применяемых при наплавке материалов,
гак и от величины области режимов, в пределах которой состав
металла отклоняется от среднего в допустимой мере. Если ка-
чество материалов до некоторой степени зависит от организа-
ции их производства, то область режимов определяется при-
родой процесса и выбором состава флюса и электрода.
На рис. 49 различной штриховкой показаны области режи-
мов при наплавке высоколегированного металла под флюсом
ЛП-20: для способов I, II и III данные взяты из рис. 36, 41 и 46
(полосы совмещены путем переноса начала координат), для
способа IV — вычислены применительно к постоянной дозиров-
ке и переменному сечению наплавленного валика.
108
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Из рисунка видно, что способы I и II обеспечивают доста-
точно широкие рабочие области, так что случайные колебания
Рис. 49. Области режимов, в пределах которых состав наплавленного
t металла в допустимой мере отклоняется от среднего:
/— наплавка прсволокой ЭИ701 под флюсом АН-20; // — наплавка порошковой
проволокой ПП-ЗХ2В8 под флюсом АН-20; /7/— наплавка малоуглеродистой про-
волокой под легирующим флюсом на основе АН-20; /V— наплавка малоуглероди-
стой проволокой под флюсом АН-20 по насыпанному слою порошка ферросплава
тока и напряжения дуги, неизбежные при наплавке в производ-
ственных условиях, не должны отражаться на химическом со-
ставе наплавленного слоя.
Способ III даст узкую полосу допустимых режимов; соблю-
дение напряжения дуги в таких пределах связано с определен-
ными затруднениями. Случайные отклонения от заданного со-
става здесь значительно более вероятны, чем при использова-
нии легирующей проволоки.
Легирование наплавленного металла при наплавке
109
Способ IV позволяет получить заданный состав только в
очень узком диапазоне режимов. Уже небольшое отклонение
тока и напряжения от требуемого неизбежно приводит к недо-
пустимым отклонениям состава наплавленного металла. Оче-
видно, что способ IV дает наименьшую точность легирования.
Производственная надежность, т. е. постоянство состава на-
плавленного металла, наличие технологических дефектов в на-
плавленном слое, с трудом поддается объективной опенке.
Все же можно утверждать, что способ / — применение ле-
гированной проволоки и обычного плавленого флюса — значи-
тельно надежнее всех других способов легирования.
При использовании порошковой проволоки изредка наблю-
даются дефекты, связанные с неравномерным заполнением
трубки порошком или с недостаточно тщательным перемешива-
нием шихты Небрежное хранение, обусловливая ржавление
проволоки, может приводить к образованию пор в наплавлен-
ном слое.
Керамические флюсы ввиду большого числа составляющих
требуют тщательного контроля и усреднения сырья. При поль-
зовании только рецептом состава, как это, к сожалению, все
еще принято во многих электродных цехах, колебания в со-
держании материалов вызывают колебания технологических
свойств. Сепарация по удельному весу также может вызывать
неоднородность состава наплавленного металла.
Способ IV хуже других, так как качество наплавки зави-
сит от равномерности насыпания порошка на наплавляемую
поверхность. Примитивные дозаторы дают неточные результа-
ты. Ручная насыпка мало надежна. Попытки конструирования
различных питателей с автоматическим регулированием коли-
чества высыпаемого порошка пока не дали положительных ре-
зультатов. Однако их можно добиться при использовании в ка-
честве присадочного металла пластин или ленты. При наплавке
неплавящимся электродом в среде защитного газа IV способ
легирования является единственно возможным. Общая харак-
теристика четырех способов легирования сведена в табл. 23.
7. ВЫБОР СПОСОБА ЛЕГИРОВАНИЯ
Автоматическая наплавка большого количества одинаковых
изделий встречается довольно редко. На большинстве заводов
необходима наплавка изделий различных типоразмеров, а это
означает, что способ легирования должен обеспечить получе-
ние металла требуемого состава в достаточном диапазоне ре-
жимов.
Пусть, например требуется наплавить прокатные валки диа-
метром 450 и 750 мм. В первом случае оптимальный режим —
110
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Общая характеристика способов легирования при наплавке под флюсом
Легирование наплавленного металла при наплавке
111
ток 340—380 а, напряжение дуги 28—32 в, а во втором — ток
510—550 а, напряжение дуги 32—35 в (подробнее см. стр. 275).
Если сопоставить эти данные с графиком, приведенным на
рис. 49, то окажется, что пер-вый режим может дать нужный со
став наплавленного металла при способах легирования I, II и
III, а второй режим приемлем только при способах / и II. Что-
бы получить нужный состав при легирующем флюсе (способ
III), следовало бы поднять напряжение дуги до 35—38 в. Во
многих случаях это невозможно из-за стекания металла. В дан-
ном случае для наплавки валков двух типоразмеров нужно
иметь два различных легирующих флюса либо применять элек-
тродную проволоку разных диаметров, что в производственных
условиях неудобно, а иногда и невозможно.
Приведем пример из области наплавки плоских деталей.
При наплавке поверхности ножа вдали от режущей кромки
применяется оптимальный режим — ток 350 — 380 а, напряже-
ние 28—32 б; у самой кромки, во избежание стекания металла,
напряжение нужно снизить до 25—28 в. Из графика рис. 49
видно, что такое изменение, не нарушая существенно состава
металла при легировании по способам I и И, вызовет, однако,
нежелательное отклонение состава при легировании через флюс
по способу 111. В данном случае при наплавке одного изделия
нужная ширина диапазона режимов может быть обеспечена
только при легировании через проволоку.
Требуемая точность легирования наплавленного металла,
естественно, зависит от типа избранного износостойкого сплава.
Так, при наплавке быстрорежущей стали Р18 требуется полу-
чить в наплавленном слое 0,75 ± 0,05% С и 18,3 ± 0,7% W,
иначе говоря, допускается отклонение в пределах 4—7% от
среднего содержания примеси. При наплавке слоя стали Х12М
(1,45—1,70% С, 11,0—12,5% Сг и 0,4—0,6 Мо) допустимое от-
клонение от среднего составляет 6—8%). При наплавке других
высоколегированных инструментальных сталей также требуется
точность легирования, измеряемая допустимым отклонением в
5—10% от среднего содержания примеси.
При наплавке слоя низколегированной стали, приближаю-
щейся по составу к марке 12ГС или 18ХГСА, допустимое откло-
нение от среднего значительно больше: оно составляет пример-
но 15-^20%. В этом случае требования к точности легирования
могут быть понижены.
Нет надобности требовать высокой точности легирования
при наплавке грубых изделий, например деталей дробильно-
размольных механизмов. Состав наплавленного металла может
в этом случае изменяться в достаточно широких пределах, и
это не отражается заметно на службе наплавленных деталей-
Глава V
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОР В НАПЛАВЛЕННОМ МЕТАЛЛЕ
Требования к надежности предупреждения пор при наплав-
ке многих изделий значительно строже, чем при сварке: при
механической обработке наплавленной поверхности внутренние
поры, которые в обычных условиях могли бы остаться незаме-
ченными, вскрываются. Раковинки на обработанной поверхно-
сти, разумеется, недопустимы.
При сварке и наплавке под флюсом поры наблюдаются в
общем гораздо чаще, чем при сварке открытой дугой. Это иног-
да ограничивает применение сварки под флюсом, несмотря на
крупные преимущества этого метода во всех других отноше-
ниях.
1. ОПЫТНЫЕ ДАННЫЕ О ВОЗНИКНОВЕНИИ ПОР ПРИ СВАРКЕ
И НАПЛАВКЕ
Влияние ржавчины, влаги /и газов воздуха
Давно замечено, что швы и наплавленные валики получа-
ются пористыми при наличии ржавчины на наплавляемой по-
верхности, на свариваемых кромках или на электродной прово-
локе. Увеличение количества ржавчины усиливает пористость.
Образованию пор способствует также влажность флюса. На
поверхности зерен воздушно-сухого флюса всегда имеется ад-
сорбированная влага. И. В. Кирдо нашел, что стекловидный
флюс, высушенный на воздухе при 105°, содержит 0,03%. а пем-
зовидный флюс — 0,15% адсорбированной влаги [49]. Условия
сварки под флюсом способствуют поглощению водорода. Так,
при сварке под пемзовидным флюсом в металл шва переходит
около 7% водорода, содержащегося в флюсе, тогда как при
сварке открытой дугой, по данным ряда исследований [10, 242],
в металле шва остается мен^е 1 % водорода, содержащегося в
покрытии электрода.
Радикальной мерой для предупреждения пор при сварке
под пемзовидным флюсом является, как показал Ю. Д. Брусни-
цын [20], прокалка флюса при 900° в течение 5 часов. При этом
удаляется влага всех видов — гигроскопическая, конституцион-
ная и адсорбированная, что резко уменьшает склонность к по-
рам. Прокаленный флюс должен храниться в герметической
таре.
Поры в металле образуются при плохой защите его от азо-
та воздуха. И. Д. Фаст получил пористый шов при сварке чи-
П редупреждение пор в наплавленном металле
113
стого железа такой же проволокой открытой дугой на воздухе
|213].
Флюс обычно обеспечивает хорошую изоляцию дуги и ме-
талла от воздуха. Однако при сварке небрежно собранных сты-
ковых и угловых швов, при чрезмерной крупности зерен флю-
са, при наплавке у края изделия (когда удержание флюса за-
труднено) воздух попадает в дугу, что приводит к возникнове-
нию пор. К. В. Любавский [77, 78] полагал, что основной при-
чиной пор в этом случае, а также в присутствии ржавчины яв-
ляется реакция:
FeO + С — Fe + СО, (V.1)
развивающаяся в расплавленном металле. Косвенным под-
тверждением этого предположения служил тот факт, что поры
Перемещение
дуги
Рис. 50. Автоматическая наплавка под флюсом с подачей
газа в дугу. Схема опыта
можно вызвать искусственно, если ввести в разделку шва
большое количество окалины Fe3O4.
В нашей работе [171] было, однако, доказано эксперимен-
тально, что из главных компонентов воздуха поры вызывает
азот, а не кислород. Опыты были проведены при сварке мало-
углеродистой стали такой же проволокой под флюсом АН-348.
На поверхности пластины была прострогана канавка, в кото-
рую укладывали трубочку из малоуглеродистой стали для по-
дачи в процессе сварки газа (рис. 50). По мере перемещения ду-
ги трубочка расплавлялась. Само по себе наличие трубочки не
вызвало образования пор. Трубочку присоединили к газометру
и через осушительную колонку подавали воздух в количестве
500 см3 на 100 мм длины шва. Получился весьма пористый на-
плавленный валик. Далее таким же образом и в том же коли-
честве была произведена подача газовых смесей: 21% Ог +.
8 Зак. 390
114
Металлургические вопросы сварки и наплавки
+ 79% Аг и 79% N2+21% Аг. В первом случае получилась со-
вершенно плотная наплавка, а во втором — пористый валик,
точно такой же, как при подаче в дугу воздуха.
Аналогичным способом было проверено влияние других га-
зов: водорода, аргона и углекислого газа. При сварке с пода-
чей в дугу водорода был получен пористый шов. Введение в ду-
гу аргона и углекислого газа не вызвало образования пор; бо-
лее того, было установлено, что при подаче этих газов можно
получить плотный шов на ржавом металле, сварка которого
под флюсом в обычных условиях давала пористые швы [171].
Исследование состава газов, окружающих дугу при сварке
под флюсом, было проведено И. В. Кирдо [49]. В зависимости
от условий сварки, газы дуги содержали от 30 до 85% СО; до
25% Н2 и до 45% N2. Анализ металла шва показал, что в плот-
ных швах содержание водорода не превышало 6,5 слР/ЮО г,
азота — 5,8 слг3/100 г*. В пористых швах было найдено зна-
чительно большее количество водорода и азота.
Содержание азота и водорода в наплавленном металле на-
ходится в прямой зависимости от содержания их в газах дуги.
Технологические факторы
Д. М. Рабкин показал, что наличие пор в наплавленном ме-
талле зависит от рода тока: при сварке на постоянном токе и
обратной полярности (электрод-плюс) наблюдается минималь-
ная пористость, при прямой полярности пористость больше.
Максимальная склонность к порам имеет место при сварке на
переменном токе. Количественные данные приведены в работе
[84]. Например, при сварке нахлесточных соединений количест-
во ржавчины, вызывавшее поры, составляло на 100 мм длины:
шва: при обратной полярности 0,9 г, прямой — 0,5 г, при пе-
ременном токе — 0,4 г.
Условия удаления газов из жидкого металла в свою очередь,
оказывают большое влияние на возникновение пор. Поскольку
растворимость водорода и азота в жидком металле больше,,
чем в твердом, а скорость диффузии достаточно велика, при.
кристаллизации каждого элементарного слоя сварочной ванны
происходит перераспределение и жидкий металл обогащается!
водородом и азотом. Постепенно в ванне накапливается коли?
чество газа, пересыщающее ее в такой мере, что происходит за-
рождение поры. Атомарный водород и азот внутри поры ассо-
циируются в молекулы, концентрация газов в жидком метал-
* Растворимость газов в металле здесь и ниже выражена с помощью
объема, приведенного к нормальной температуре 25° и нормальному давле-
нию 760 мм рт. ст.
П редупреждение пор в наплавленном металле
115
ле на некотором расстоянии от поры снижается, затем процесс
накопления газов в ванне возобновляется. Периодичность часто
проявляется при сварке под флюсом: поры обычно распола-
гаются цепочкой, на примерно одинаковом расстоянии друг от
друга.
Увеличение скорости кристаллизации также имеет важное
значение: при усиленном отводе тепла рост кристаллов обгоня-
ет рост и всплывание пузырьков газов, и в металле образуются
поры. Значительно увеличивает пористость высокая скорость пе-
ремещения дуги. Склонность к порам растет при уменьшении
силы тока и понижении температуры основного металла. Ана-
логично влияют и другие факторы, увеличивающие скорость
роста кристаллов. Некоторое значение для удаления газов име-
ет и форма ванны: из широкой и мелкой ванны газы удаляются
легче и быстрее, чем из глубокой и узкой.
Влияние состава флюса
Первое систематическое исследование влияния химического
состава флюса на пористость швов провел К. В. Любавский
[77], разработавший методику количественной оценки склонно-
сти к порам. Для этой цели производилась наплавка малоугле-
родистой электродной проволокой под флюсом различного со-
става на пластины с канавками. В канавки вводилось опреде-
ленное количество ржавчины, которая была равномерно рас-
пределена по длине. Количество ржавчины в граммах на
100 мм длины шва, которое вызывает образование пор при
фиксированных условиях сварки, и явилось критерием для
оценки относительной склонности к порам. С помощью таких
опытов было установлено, что повышение содержания S1O2
уменьшает склонность к порам. К. В. Любавский обратил осо-
бое внимание на положительную роль фтористого кальция.
Примесь CaF2 к доменному шлаку АШ, использовавшемуся в
качестве флюса, позволила резко уменьшить склонность к по-
рам [80]. Этот эффект автор связывал с понижением вязкости
расплавленного флюса. В табл. 24 приведены данные из рабо-
ты [77].
Серия опытов с флюсами примерно постоянного состава, в
которых СаО заменена МпО, показала, что такая замена сильно
способствует уменьшению склонности к порам.
Дальнейшие исследования позволили выяснить еще некото-
рые важные закономерности влияния состава флюса.
Мы установили, что введение щелочей в состав флюса (на-
пример, для улучшения стабилизирующих свойств) существенно
увеличивает склонность к порам, что видно из данных табл. 25.
8*
116
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Таблица 24
Влияние содержания фтористого кальция на склонность к образованию пор
Марки- ровка флюса Химический состав. % Вязкость при 1500® пуазы Количе- ство ржавчи- ны. вызы- вающее п<»ры, г на 100 мм
SiO, А1,О, СаО MgO МпО FeO CaF,
1Б 49.2 0.8 17,0 12,0 19.2 1,5 4.0 0,05
П1Б 44,1 1.4 19,1 14.1 16.0 1,4 6,0 1.5 0,20
1В 41,2 9.2 1,9 1.1 46.2 0.6 — 5,8 0,20
II1B 42,4 1.6 1,8 0.5 45,1 0,6 8,2 1,5 0,60
Наплавка под низкокремнистыми флюсами № 13, № 14 и
№ 15 проводилась малоуглеродистой проволокой на пластину из
стали, легированной кремнием (наплавленный металл содер-
жал 0,28—0,30% Si); наплавка под флюсами ОСЦ-45 и ОСЦ-45А
производилась на малоуглеродистую сталь.
Измерения вязкости показали, что при 1500° флюсы № 13 и
ОСЦ-45А имеют более низкую вязкость, чем флюс ОСЦ-45, од-
нако склонность к порам у первых значительно больше. Таким
образом, вязкость флюса не связана непосредственно со склон-
ностью к порам.
Таблица 25
Влияние щелочных металлов на склонность к образованию пор
Марки- ровка флюса Химический состав, % Количество ржавчины, вызывай щее поры, г на 100 ММ
SiO, Al,О, с»о MgO МпО FeO К.о+ Na,О CaF,
№ 13 19,9 15.4 8,3 0.6 29.6 1.0 4,0 21,2 0,3
№ 14 20.9 17,1 6,6 0.5 33,1 0,9 2,0 18.9 0,4
№ 15 21,8 17,8 3.2 0,6 33,7 1.1 1.0 20,8 0,6
OCLI-45 41,0 2,8 4,1 0,4 42,3 0,9 — 8,6 0,6
ОСЦ-45А 41,0 3,2 4,3 0,8 41,3 1.4 1.8 7,0 0,4
При наплавке под флюсом расплавленный металл отлично
защищен от азота воздуха. Главной причиной пор является во-
дород, содержащийся во влаге или в ржавчине (масло на по-
верхности металла или примеси органических материалов во
флюсе также могут служить источниками водорода)
Предупреждение пор в наплавленном металле
117
В работах [51, 171] была выдвинута мысль, что важнейшим'
фактором, от которого зависит пористость шва при сварке под
флюсом, является сродство фтора к водороду. При сварке обра-
зуется тетрафторид кремния SiF4 по реакции:
2CaF2 + 3SiO2 = SiF« + 2CaSiO3. (V.2)
Взаимодействие SiF4 с водяным паром и водородом приводит
к связыванию водорода в виде HF, нерастворимого в жидкой
стали, чем предупреждается пористость. На возможность проч-
ного связывания водорода в дуге указывал В. Д. Таран [159].
Такое связывание и достигается в присутствии фтора.
Исследования К. В. Любавского и М. М. Тимофеева [81], а
также Д. М. Рабкина [136] показали, что при постоянном содер-
Рис. 51. Влияние содержания CaFs
при постоянном содержании SiO2 на
склонность к порам:
/ — по данным Д. М. Рабкина; 2 — по
данным К. В. Любавского и М. М. Тимо-
феева
жании SiO2 склонность к порам зависит от содержания CaF2 в
составе флюса. Рабкин провел опыты путем частичной или пол-
ной замены CaF2 на MgO (% CaF2 + % MgO = 11,2-е- 16,0).
Любавский и Тимофеев заменяли CaF2 на СаО (% CaF2 +
+ СаО = 11,8-ь 13,3). Результаты обоих исследований пред-
ставлены на рис. 51.
При отсутствии фтористого кальция в составе флюса склон-
ность к порам настолько увеличивается, что получение плотного
шва становится возможным лишь при самой тщательной очист-
ке свариваемых кромок. По этой причине флюсы, не содержа-
щие CaF2 (например, ТКЗ-Д1 и др.), распространения в про-
мышленности не получили.
Соотношение содержания SiO2 и CaF2 в составе флюса весь-
ма важно для предупреждения пор. Многочисленные опыты в
этом направлении были проведены при разработке низкокрем-
нистых флюсов [178, 179]. Данные этих опытов, а также работы
[122] представлены на графике (рис. 52). Испытывались стекло-
видные флюсы, содержащие 3 10% СаО и различные коли-
чества МпО, MgO и А12О3; черными кружками обозначены флю-
сы, которые давали поры при наплавке на кипящую малоугле-
родистую сталь такой же проволокой и внесении 0,3 г ржавчины
118
Металлургические вопросы сварки и наплавки
на 100 мм длины шва; светлыми кружками — флюсы, которые
при этих условиях давали плотные наплавки. На графике нане-
сена также кривая, отвечающая формуле:
(Cahg)» (SiOg)s
[100 —(Cal-2 +SiO2)l2
= const,
(V.3)
где содержание компонентов выражено в молярных процентах.
Рис. 52. Склонность к порам в зависимости от со-
держания SiO2 и CaF2. Черные кружки — поры при
внесении 0,3 г ржавчины на 100 мм шва; светлые
кружки — пор нет
которые дают одинаковое парциальное давление SiF4. Как пока-
зывает график, экспериментальные данные в общем удовлетво-
рительно согласуются с теоретической кривой.
Д. М. Рабкин выдвинул гипотезу, что отрицательное влия-
ние окислов щелочных и щелочноземельных металлов, как ком-
понентов флюсов, усиливающих склонность к порам, обусловле-
но высоким сродством к кислороду кальция, натрия и калия
При высоких температурах, господствующих в зоне дуги, на-
званные окислы могут восстанавливаться углеродом и кремнием.
Предупреждение пор в наплавленном металле
119
В атмосферу дуги попадают в этом случае пары кальция, калия
и натрия. По мнению Д. М. Рабкина, эти элементы разлагают
в дуге гидроксил, вследствие чего удваивается концентрация
активного водорода. Поскольку при высоких температурах
сродство марганца и магния к кислороду меньше, чем сродство
водорода и кальция, замена СаО на МпО и MgO должна умень-
шать склонность к порам [136].
Результаты проведенного нами экспериментального исследо-
вания влияния окиси магния представлены в табл. 26.
Таблица 26
Влияние замены СаО на MgO на склонность к образованию пор
Маркировка флюса Химический состав, % Количество ржавчины, вызывай щее п ры, г на 100 мм
Si О, А12Оа СаО MgO МпО FeO CaF,
Д1 Д2 дз 44,6 50,3 50,2 16,1 15,8 19,5 30,5 18,1 2,4 2,1 9,4 21,8 1,3 1,35 0,64 1.1 0,9 0,9 4,44 4,50 4,62 0,40 0,50 0,55
Как видно из этих данных, замена СаО на MgO действи-
тельно дает небольшой положительный эффект — склонность к
порам уменьшается. Влияние МпО показано в табл. 24.
Окисление атомарного водорода происходит в зоне дуги осо-
бенно интенсивно, если в состав флюса вводятся высшие окислы
марганца — МпО2 и Мп2О3. При плавке флюса в печи высшие
«кислы разлагаются; в керамических флюсах можно создать
высокую 'концентрацию МпО2 и Мп20з. Подобные флюсы (на-
пример, марки КВС-19) отличаются очень малой склонностью к
норам. Расчеты, выполненные Д. М. Кушнеревым [64], показали,
что при этом важную роль играет окисление водорода.
Влияние крупности зерен и строения флюса
Кроме химического состава флюса, значительное влияние на
склонность к порам оказывают также его гранулометрический
состав и насыпной вес. Это проявляется в слабой степени при
стекловидных и сильнее—при пемзовидных флюсах. Показатель-
ны следующие опытные данные. Стекловидный флюс, содержав-
ший 42,5% SiO2; 30,8% МпО; 16,1% СаО; 6.5% CaF2; 2,5% А12О3
и 1,2% FeO, с крупностью зерен 0,3—3,0 мм, был испытан
В. В. Подгаецким на склонность к порам. Отдельные поры на-
120
Металлургические вопросы сварки и наплавки
блюдались при введении 0,4 г ржавчины на 100 мм длины шва.
Тот же флюс был измельчен до размера зерен 0,1—1,2 мм и ис-
пытан повторно. При этом отдельные поры были вызваны при-
садкой 0,5 г ржавчины на 100 мм длины шва.
Пемзовидный флюс АН-348 обладает значительно меньшей
склонностью к порам, чем стекловидный флюс такого же соста-
ва [165]. Изменяя условия грануляции, В. В. Подгаецкий и
А. В. Мельник приготовили серию содержащих фтор стекловид-
ных и пемзовидных флюсов почти одинакового состава, отличаю-
щихся по насыпному весу. Стекловидный флюс давал поры при
введении 0,7 г ржавчины на 100 мм длины шва, а пемзовидный
с насыпным весом 1,06 г!см3 — только при введении 1,7 г/Ю0 мм
[122]. С другой стороны, пемзовидный флюс, не содержащий фто-
ра, хуже защищает дугу от воздуха, чем стекловидный, вносит
больше влаги в зону сварки. При сварке под бесфтористым пем-
зовидным флюсом склонность к порам больше, чем под стекло-
видным такого же состава [80].
Керамические неплавленые флюсы по плотности зерен близ-
ки к пемзовидным. В состав керамических флюсов обычно вво-
дятся ферросилиций, ферротитан или ферроалюминий и плави-
ковый шпат [183]. При достаточном содержании этих составляю-
щих достигается очень малая склонность к порам. По данным
авторов [183] наименее склонен к порам флюс К-1, содержащий
15% ферросилиция и 10% плавикового шпата. Металл однослой-
ного шва, сваренного под этим флюсом, содержит в среднем
0,89% Si. Флюс К-1 значительно превосходит флюс ОСЦ-45 по
устойчивости против пор; при сварке под флюсом К-1 заметно
выделение значительного количества тетрафторида кремния.
Влияние примесей основного металла и проволоки
Положительное влияние энергичных раскислителей на умень-
шение склонности к порам хорошо известно. Наши опыты пока-
зали, что устранение пор достигается уже очень малой присад-
кой раскислителей (например, 0,05% Ti или 0,06% А1 или 0,10%
Si [171].
Малая склонность к порам при сварке стали, легированной
кремнием, широко использовалась в период Великой Отечест-
венной войны, когда из-за отсутствия флюса приходилось при-
менять различные заменители и тем не менее удавалось полу-
чать удовлетворительные швы [109].
Введение в металл шва до 5% таких примесей, как молибден,
марганец, ванадий и хром, не позволяет устранить поры. Много-
численные опыты по сварке стали, содержащей от 0,10 до 1%
углерода, под различными флюсами показали, что углерод не
Предупреждение пор в наплавленном металле
121'
вызывает увеличения склонности к порам. Недавно влияние уг-
лерода при аргоно-дуговой сварке плавящимся электродом
изучали Г. В. Ойлер и Р. Д. Стут [236], которые также нашли,
что увеличение содержания углерода от 0.14 до 0.80% в основ-
ном металле не оказывает влияния на склонность к порам.
Некоторые примеси резко усиливают склонность к порам.
Таково влияние серы и селена в больших количествах, ка-
кие применяются, например, в автоматных сталях для улучше-
ния обрабатываемости [197, 215, 221]. Отрицательное действие
азота проявляется при наплавке под флюсом изношенных из-
делий, которые прежде были наплавлены электродами со ста-
билизирующим покрытием. Старый наплавленный металл в та-
ком случае содержит 0,14—0,18% N, и при наплавке под флюсом
возникает большое количество мелких пор. Зарождению этих
пор, по-видимому, способствует также микропористость такого
рода металла.
Примеси проволоки, за исключением углерода, оказывают в
общем такое же действие, как и примеси основного металла;
различия обусловлены более энергичным окислением компонен-
тов, поступающих из проволоки, при сварке под наиболее рас-
пространенными высококремнистыми марганцевыми флюсами.
По этой причине небольшие количества алюминия и титана дают
лишь слабый эффект. Однако при использовании флюса, содер-
жащего много фтора, или при достаточно высоком содержании
раскислителей алюминий и титан уменьшают склонность к по-
рам. Предложена электродная проволока, легированная алю-
минием [47].
Введение кремния в проволоку для предупреждения пор бы-
ло использовано В. И. Дятловым еще в первом варианте техно-
логии сварки малоуглеродистой стали, предложенном в
СССР [109].
Разработанная В. И. Дятловым и М. Я. Горловым кремнемар-
ганцевая проволока Св-ЮГС содержит 0,6—0,9% Si. Следует от-
метить, что при содержании в проволоке более 0,8% Si и низком
содержании углерода в верхних слоях многослойной наплавки
иногда наблюдается пористость, вызванная, по-видимому, накоп-
лением водорода.
Повышение содержания углерода в проволоке приводит, с
одной стороны, к повышению содержания кремния в наплавлен-
ном металле за счет восстановления из флюса, с другой, — к
усиленному образованию СО в дуге за счет окисления углерода
проволоки. В результате, как показали А. Е. Аснис и Л. М. Гут-
ман [6]. удается в некоторых случаях уменьшить количество пор
при наплавке на ржавый металл. Содержание в проволоке та-
ких примесей, как марганец, хром, вольфрам и молибден, не ока-
зывает заметного влияния на склонность к порам.
122
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Высокое содержание серы в металле проволоки (более 0,7%
S) вызывает появление пор. Поскольку, однако, количество се-
ры всегда жестко ограничивается техническими условиями на
электродную проволоку, практически образования пор, вызван-
ных этим фактором, не наблюдается.
2. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПОР
О растворимости газов в жидком металле
Несмотря на то, что поры могут быть вызваны различными
причинами, механизм возникновения пузьпрьков в кристалли-
зующейся сварочной ванне всегда связан с изменением раство-
римости газов при изменении температуры.
Рис. 53. Связь растворимости газа
в металле с упругостью пара:
а — труднолетучее вещество; б — лег-
колетучее вещество; 1 — собственно рас-
творимость; 2 - снижение растворимости
под влиянием повышения упругости пара;
3 — результирующая кривая раствори мо-
сти газа в металле (И. Е. Горшков [29])
При дуговой сварке и наплавке металл подвергается нагре-
ву в широком диапазоне температур — от температуры плавле-
ния до температуры кипения. Экспериментальных работ, в ко-
торых растворимость газов была бы изучена в таком интервале
температур, пока нет.
Теоретический анализ этого вопроса дал И. Е. Горшков [29],
который показал, что существует тесная связь между раствори-
мостью газа и упругостью пара металла. При температуре плав-
ления жидкий металл растворяет значительно больше газа, чем
твердый. По мере повышения температуры расплавленного ме-
талла растворимость газов увеличивается сперва быстро, затем
все медленнее. Кривая растворимости проходит через максимум,
и при дальнейшем повышении температуры растворимость газов
начинает падать; при температуре кипения металла она равна
нулю. И. Е. Горшков предложил диаграмму (рис. 53), характе-
ризующую связь растворимости газа в металле с упругостью
пара.
Предупреждение пор в наплавленном металле
123
Растворимость водорода и азота в железе изучалась рядохМ
исследователей [94, 195]. В настоящее время имеются удовлетво-
рительные данные относительно упругости пара железа и важ-
нейших его примесей [57]. Это позволяет построить диаграммы
Горшкова для некоторых сплавов и газов.
Растворимость водорода в жидком железе при температурах
до 1800° изучали М. М. Карнаухов и А. Н. Морозов; они пред-
ложили уравнение:
lgV[H] = 0;5 lgpHj--+0,888, (V.4)
где Р1Н] — растворимость водорода, сл13/100 г железа;
рн —давление, мм рт. ст.
Растворимость азота в жидком железе при 1600° изучал
Т. Коотц; на основании его измерений И. Д. Фаст предложил
уравнение зависимости растворимости азота от температуры при
PN =1 атм:
— <0,715, (V.5)
где S[N]—растворимость азота, % [215].
Измерения растворимости азота по более совершенной ме-
тодике, при температурах до 1700°, провели также М. М. Кар-
наухов и А. Н. Морозов; результаты представлены в работе [94]
таблицей и графиком, который можно считать наиболее досто-
верным в настоящее время.
Примесь марганца в количестве до 1% оказывает лишь не-
значительное влияние на растворимость водорода и азота в же-
лезе [94]. Раствор марганца в железе при такой низкой концент-
рации можно считать идеальным. По закону Рауля парциаль-
ное давление пара компонента идеального раствора равно про-
изведению давления пара чистого компонента на его молярную
долю в растворе. Ввиду близости атомных весов железа и мар-
ганца можно в данном случае заменить молярные доли весовы-
ми процентами и вычислить парциальное давление компонентов
над сплавом 1% Mn+99% Fe по уравнению:
Рре + мп ~ 0>99Рре + 0,01РМп.
Упругости пара железа и марганца в зависимости от темпе-
ратуры описываются следующими уравнениями [57]:
lg Рре =-----------1,27 lg Т + 13,98; (V. 6)
1g Рмп = - -- 3-04 ’6 Т + 19>44' <V-7>
124
Металлургические вопросы сварки и наплавки
На основании этих уравнений нами были вычислены раство-
римости водорода и азота при высоких температурах, причем
предполагалось, что суммарное давление в пузырьках
Рн, + Рре + мп = 760 мм Рт- ст-
или
Pn, +Рре + мл=760 MM PT- СТ.
Отсюда находили величины рн и pN , а по данным Карна-
ухова и Морозова определяли растворимость.
Диаграмма результирующей растворимости водорода и азо-
та в сплаве 99% F'e+1% Мп представлена на рис. 54. Макси-
Рис. 54. Растворимость водорода и азота в сплаве
99°/о Fe + 1% Мп в зависимости от температуры
мальная растворимость: водорода — при температуре около
2400°, азота — при 2200°. Если сравнить с этими цифрами сред-
нюю температуру металла, отрывающегося от конца электрода
(-—2150°), температуру капель металла при переносе в дуге
(примерно 2200—2500е) и среднюю температуру ванны ( ~ 1770°),
то можно прийти к выводу, что максимальное насыщение водо-
родом и азотом должно происходить в дуге при переносе капе-
лек металла.
Из графика рис. 54 следует, что максимальная раствори-
мость водорода составляет 43 сэи3/100 г, или 0,0039% азота —
47 сэи3/100 г, или 0,059%. Содержание водорода в металле, на-
П редупреждение пор в наплавленном металле
125
плавленном покрытым электродом, зависит от типа покрытия.
При сварке электродами с целлюлозным покрытием в металле
шва содержится водорода около 20 см3/\00 г [242]. Л. Ониши и
М. Мизуно при сварке электродами ильменитового типа нашли
водорода в металле 21,9 слг3/100 г [248]; аналогичные результа-
ты получил И. Д. Фаст [214]. Минимальное содержание водоро-
да, наблюдавшееся при дуговой сварке «низководородными»
электродами основного типа, составляло от 3,5 [248] до
6,5 слт3/100 г [214]. Примечательно, что в металле шва анетиле-
по-кислородной сварки те же японские авторы обнаружили
только 3—5 см3/\00 г водорода. Это безусловно связано с более
низкой температурой металла при газовой сварке и соответ-
ственно более слабым поглощением водорода.
Содержание азота в металле, наплавленном голыми электро-
дами открытой дугой, находится в пределах 0,12—0,18% [4], т. е.
значительно выше предела растворимости. Это, возможно, объ-
ясняется наличием при указанных условиях сварки окиси азо-
та и атомарного азота в дуге и образованием нитридов железа,
которые всегда наблюдаются в структуре подобных швов. При
сварке качественными электродами и тем более под флюсом
конечное содержание азота в наплавленном металле не превы-
шает 0,02—0.03%.
При охлаждении расплавленного металла до температуры
плавления растворимость газов постепенно уменьшается, но все
же остается довольно высокой. Затвердевание вызывает скачко-
образное падение растворимости азота — в 4 раза, водорода — в
1,7 раза.
В сварочной ванне всегда сосуществуют жидкий и твердый
металл. Скорость диффузии водорода при температуре плавле-
ния стали велика, и водород очень быстро перераспределяется
между кристаллами и жидким металлом. Скорость диффузии
азота меньше, но разница в растворимости значительно больше.
В результате восходящей диффузии в жидкой ванне накопляют-
ся газы. Часть этих газов непрерывно удаляется в виде пузырь-
ков, прорывающихся через эластичную оболочку расплавленно-
го шлака, которая окружает дугу при сварке под флюсом. Если
скорость удаления газов меньше, чем скорость накопления их в
жидкой ванне, то становится возможным зарождение пузырь-
ков. Пересыщение, необходимое для образования пузырьков,
определяется условиями возникновения зародышей.
Зарождение пузырьков в сварочной ванне
Исследования И. А. Андреева [5], П. Я. Агеева [2] и др. пока-
зали, что зарождение газовых пузырьков в однородном жидком
расплаве, не содержащем твердых частиц, практически невоз-
126
Металлургические вопросы сварки и наплавки
можно. Во время плавки стали, кристаллизации стальных отли-
вок и слитков зарождение пузырьков всегда происходит на гра-
нице раздела фаз: на дне сосуда, на подине печи или на поверх-
ности раздела шлак — металл. При этом первичный пузырек
может приобретать одну из форм, показанных на рис. 55. Вели-
Рис. 55. Форма пузырьков, образующихся на гори-
зонтальной межфазной поверхности
чина краевого угла определяется, как известно, соотношением
межфазных натяжений из уравнения:
cose = ^k£Z^_. (V,8)
°2, г
где индексы обозначают соприкасающиеся фазы, показанные на
рис. 55.
Рост и отрыв пузырьков происходит по-разному, в зависи-
мости от того, больше или меньше прямого краевой угол 0. Слу-
чай / соответствует острому углу смачивания, т. е. жидкость 2
смачивает твердое тело или жидкость / лучше, чем газ. Слу-
чай II соответствует тупому углу смачивания: газ смачивает
твердое тело или жидкость 1 лучше, чем жидкость 2.
Поведение растущих пузырьков показано схематически на
рис. 56. При остром краевом угле пузырек отрывается полно-
стью и не успевает вырасти до больших размеров. При тупом
краевом угле, как показал Е. И. Несис [98], рост пузырьков на
горизонтальных поверхностях происходит с образованием пере-
шейка. При увеличении пузырька перешеек сужается и в мо-
мент, когда подъемная сила становится равной силам сцепле-
ния вдоль сечения перешейка, наступает разрыв. При этом на
дне остается небольшой пузырек в виде линзы, который и яв-
ляется готовым центром кипения.
П редупреждение пор в наплавленном металле
127
В сварочной ванне нет горизонтальных поверхностей, где
могли бы сохраниться линзоподобные пузырьки. Опыт показы-
вает, что, если ванна пересыщена газами, зарождение пузырь-
ков происходит преимущественно на поверхности растущих
кристаллов. Эта поверхность хорошо смачивается жидким ме-
таллом, что должно вести к быстрому отрыву и всплыванию га-
зовых пузырьков по схеме рис. 56, /. Л. С. Сапирэ обнаружил в
сварном шве поры, очень похожие по очертаниям на пузырьки
Рис. 56. Схема роста и отрыва пузырьков
от горизонтальной поверхности в зависи-
мости от краевого угла смачивания 0
этого типа. Но, кроме того, в реальных условиях возможность
неполного отрыва пузырьков и сохранения готовых зародышей
в большой степени зависит от скорости кристаллизации. Как по-
казывает схема на рис. 57, отрыв пузырьков без остатка происхо-
дит только при умеренной скорости роста кристаллов. При боль-
шой скорости кристаллизации после отрыва главной части пу-
зырька в затвердевшем слое остается зародыш и процесс роста
пузырька немедленно возобновляется. Наличие готового центра
зарождения играет решающую роль, поскольку в этом случае не
требуется значительного пересыщения ванны.
При сварке под флюсом выделение газов продолжается до
тех пор, пока не закристаллизуется все сечение шва, и поры вы-
ходят обычно на поверхность металла, образуя сквозные свищи.
Из практики сварки хорошо известно, что при многослой-
ной сварке и наплавке поры часто переходят из слоя в слой,
пронизывая всю толщу наплавленного металла. Причиной слу-
жит наличие готовых центров зарождения пузырьков. Как по-
казал И. А. Андреев [5], а также Е. И. Несис [98], поры, разме-
ры которых лежат в определенных пределах, зависящих от ве-
личины краевого угла и от степени пересыщения жидкости га-
128
Металлургические вопросы сварки и наплавки
зом, являются важнейшими центрами зарождения пузырьков.
При наплавке последующего слоя на пористый предыдущий за-
рождение новых пузырьков легче всего происходит там, где
имеются готовые поры; в результате при многослойной сварке
возникают канальцы, которые начинаются в первом пористом
слое и проникают через все наплавленные слои. Предупредить
Патч скорость кристаллизации
большая скорость коисталлизоции
Рис. 57. Схема роста и отрыва пузырьков при различной
сталлизации металла сварочной ванны
скорости кри-
переход пор можно путем высверливания их в первом слое, т. е.
путем увеличения диаметра отверстия до размеров, значительно
превышающих размеры зарождающихся пузырьков.
Газы, нерастворимые в жидкой стали
»
Возникновение пор зависит не только от насыщения ванны
водородом и азотом, поскольку эти газы обладают известной
растворимостью в 6-железе и при благоприятных условиях мо-
гут оставаться в пересыщенном твердом растворе. Важны так-
же реакции, развивающиеся в сварочной ванне и приводящие к
образованию газов, нерастворимых в жидкой стали, а именно —
взаимодействие кислорода с углеродом и водородом.
Предупреждение пор в наплавленном металле
129
Реакция образования СО изучалась многими исследователя-
ми. По С. Маршаллу и Д. Чипману условия равновесия при со-
держании менее 0,2% С выражаются уравнением:
Ig___Рсо-
[%С][%О]
I860
1,643.
(V.9)
Т
Равновесные содержания углерода и кислорода при трех
температурах, вычисленные по этому уравнению, представлены
па графике рис. 58 в виде сплошных линий. Изменение темпе-
Рис. 58. Равновесные концентрации углерода и кис-
лорода в ванне (линии) и результаты анализов свар-
ных швов. Для пористых швов знаки частично
зачернены
ратуры не вызывает существенного изменения интенсивности
выделения СО. На том же графике нанесены результаты опреде-
ления содержания углерода и кислорода в металле шва при
сварке под флюсом [77, 169, 171] и при сварке покрытыми элект-
родами [10, 242]. Для тех случаев, когда швы получались порис-
тыми, кружки или квадратики частично зачернены. Равновесие
реакции при сварке не достигается, но общая тенденция, по-ви-
димому, указывает на стремление к равновесию. Если металл
содержит одновременно много кислорода и углерода, то обра-
зование СО может вести к возникновению пор. Однако, как ука-
| Зпк 390
30
Металлургические вопросы сварки и наплавки
зано выше, увеличение содержания углерода в основном метал-
ле или в проволоке при сварке под флюсом обычно не вызыва-
ет пор.
При сварке качественными электродами повышение содер-
жания углерода в покрытии не приводит к появлению пор [10],
С другой стороны, к их возникновению приводит повышение со-
держания кислорода (например, путем введения окалины в раз-
делку шва при сварке под флюсом или увеличения содержания
окислителей по сравнению с содержанием раскислителей в по-
крытии электрода). Это позволяет выдвинуть предположение^
что важную роль, кроме образования СО, играет еще другая
реакция, в которой участвует кислород, но не участвует углерод,,
а именно — реакция между находящимися в растворе кислоро-
дом и водородом.
Взаимодействие растворенных водорода и кислорода в жид-
ком металле пока еще мало изучено. Многие исследователи пы-
тались вычислить растворимость водорода в присутствии FeO с
помощью данных известной работы Д. Чипмана и А. М. Самари-
на, в которой было исследовано равновесие реакции:
FeH; Н- Н2О,. = Н2 + ЕеОж. (V. 10)
При этом вычисляли парциальное давление водорода, зада-
ваясь той или иной концентрацией FeO, а затем по закону Зи-
вертса рассчитывали содержание водорода в растворе. Однако
экспериментальное исследование. А. Н. Морозова с сотрудника-
ми [94] показало, что в присутствии кислорода растворимость
водорода резко снижается, так что опыт дает очень большое рас-
хождение с расчетом по описанной методике.
Если сопоставить остаточное содержание кислорода и водо-
рода в металле шва, то выясняется закономерность результатов.
На рис. 59 представлены опытные данные определений содержа-
ния кислорода и водорода в металле шва, выполненных Л. Ри-
вом [242] и В. В. Баженовым [10]. Сварка производилась качест-
венными электродами различных типов, кислород определялся
вакуум-плавкой, водород — измерением объема газа, выделив-
шегося из образца при температуре 200° (Рив) и 50° (Баженов).
Пористые швы отмечены частично зачерненными кружками (у
Рива нет указания о наличии пор). На графике сплошной лини-
ей нанесена кривая, соответствующая уравнению [Н]2 [О] =
= const, и пунктиром — линия, соответствующая уравнению
[Н] • [О] = const.
Сплошная линия, по-видимому, несколько лучше согласует-
ся с опытными данными.
Во всяком случае, нет сомнения, что в расплавленном метал-
ле происходит реакция между растворенными в нем кислородом
Рис. 59. Содержание водорода и кислорода в свароч-
ной ванне по данным работ [242] и [10[ Сплошная
линия отвечает выделению водяного пара, пунктир-
ная — гидроксила
Рис. 60. Совместная раство-
римость водорода v кисло-
рода в железе при давле-
нии 22 мм рт. ст. и двух
температурах. По данным
Морозова и др. [94]
Рис. 61. Совместная раствори-
м । зол >родь и кислорода в
железе при 1540° в зависимо-
сти от парциального давления
водяного пара Вычислено по
данным Фаста [214]
132
Металлургические вопросы сварки и наплавки
и водородом с образованием водяного пара или гидроксила по
уравнениям:
[О] + 2 [Н] = Н2О; (V.H)
[О] + [Н] = ОН. (V.12)
Ю. А. Нехендзи указывает, что реакция (V. 11) может ини-
циировать возникновение пузырей в стальных отливках [96].
А. Н. Морозов, Чучмарев и Борисов нашли, что равновесие этой
реакции существенно зависит от давления и температуры [94].
На рис. 60 представлен график, построенный по данным этого
исследования, относящимся к давлению 22 мм рт. ст. и темпера-
турам 1560° и 1680°. Сравнение этого графика и рис. 58 показы-
вает, что взаимодействие кислорода с водородом в большей сте-
пени зависит от температуры, чем взаимодействие кислоро-
да с углеродом.
И. Д. Фаст, также изучавший равновесие реакции (V. И)
[214], нашел, что константа равновесия Кн о в уравнении
|%И|-[%°1 (VJ3)
Рн„О
при температуре 1540° равна 1,1 • 10-6, если [Н] и [О] выражены
в весовых процентах, а давление водяного пара — в атмосферах.
График, построенный по этим данным, представлен на рис. 61.
Легко заметить большое его сходство с рис. 60.
Таким образом, снижение температуры при кристаллизации,
а также уменьшение парциального давления водяного пара в
газовой среде, контактирующей с жидким металлом, должно
уменьшать совместную растворимость водорода и кислорода.
Если содержание водорода и кислорода в металле оказывает-
ся больше предела растворимости, становится возможным воз-
никновение пузырьков.
Следовательно, содержание водорода в сварочной ванне ока-
зывает большое влияние и на образование пузырьков газов, не-
растворимых в жидкой стали.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПОР
Физические свойства шлака, реакции в жидком шлаке
Предположение, что склонность к порам определяется вяз-
костью расплавленного флюса, было выдвинуто в свое время
К. В. Любавским. Он писал: «Снижение вязкости флюса — шла-
ка ведет к увеличению газопроницаемости жидкого шлака, на-
ходящегося над кристаллизующейся частью сварочной ванны,
и, следовательно, облегчает удаление пузырьков СО из затвер-
П редупреждение пор в наплавленном металле
133
девающего металла» [77]. Предполагалось, что при равном со-
держании SiO2 и МпО склонность к порам тем меньше, чем ниже
вязкость флюса. Дальнейшие исследования показали, однако,
что положительное влияние CaF2 не может быть объяснено сни-
жением вязкости; многие компоненты, уменьшающие вязкость
расплава, как, например, К2О, Na2O, вместе с тем увеличивают
склонность к порам или не оказывают заметного влияния в обыч-
ных флюсах, как, например, TiO2 [171].
Рис. 62. Свободная энергия реакций при взаи-
модействии CaF2, Н2О и SiO2 в зависимости
от температуры
Новые указания на вязкость шлака, как фактор, определя-
ющий будто бы склонность к порам [197], нельзя поэтому при-
знать обоснованными. Из физических свойств шлака некоторое
значение для предупреждения пор, возможно, имеет поверхност-
ное натяжение и межфазное натяжение шлак — металл. Пока
этот вопрос еще очень мало исследован.
Влияние химического состава шлака на склонность к порам
объясняется тем, что при высоких температурах шлак, содержа-
щий CaF2, вступает в реакцию с водяным паром. В результате
водород связывается в прочное соединение HF. Взаимодействие
CaF2 с водяным паром можно представить уравнением
CaF2 + Н2О СаО + 21 IF (V. 14)
или
CaF2 + НаО 4- SiO^CaSiOj 4- 21IF. (V. 15)
Для оценки вероятности протекания этих реакций мы вычис-
лили их свободную энергию, пользуясь значениями термических
констант, приведенными в справочниках [16, 57, 246]. На рис. 62
134
Металлургические вопросы сварки и наплавки
представлены результаты расчета для интервала температур от
нормальной до 3673 °К (температура кипения СаО). Для темпе-
ратур выше 2500 °К расчет выполнен также для реакции
CaF2 + Н2 4-О2 = СаО Ч-2HF. (V.16)
Расчет показывает, что реакция (V. 14) протекает слева на-
право только выше 2000° и ниже температуры кипения CaF2.
Диссоциация водяного пара сравнительно мало изменяет поло-
жение вследствие высокой энтропии газообразного CaF2.
Реакция (V. 15), как видно из графика, лишь в малой степе-
ни может обеспечить связывание водорода при не очень высоких
температурах, поскольку тепловой эффект образования СаБЮз
невелик.
Между тем опыт вполне определенно показывает, что повы-
шение концентрации CaF2 в флюсе уменьшает склонность к по-
рам при сварке. Поскольку из расчета следует, что при темпера-
турах существования жидкого флюса этот фактор не может быть
столь сильным, приходим к выводу, что состав флюса влияет в
первую очередь на процессы в газовой фазе, протекающие в по-
лости, где горит дуга.
Процессы в газовой фазе
Поглощение водорода каплями металла наиболее вероятно
при переносе с электрода на изделие. Состав газовой фазы, без
сомнения, оказывает сильнейшее влияние на этот процесс.
Температура газа столба дуги лежит в пределах от 5000 до
8800 °К [17, 48]. Ближе к стенкам полости, в которой горит ду-
га, температура падает примерно до 2800 °К (температура кипе-
ния компонентов флюса). Необходимо поэтому рассмотреть
процессы, протекающие в газовой фазе, в зоне очень высоких
температур. Изучение этих процессов существенно облегчается
вследствие того, что в столбе дуги достигается термодинамиче-
ское равновесие. Это доказано М. Я. Броуном и Г. И. Погоди-
ным-Алексеевым [18] в отношении процессов ионизации и воз-
буждения атомов, а значит, тем более справедливо в отношении
химических процессов, поскольку при химических реакциях за-
траты энергии меньше, чем при ионизации [36].
Весьма важным процессом является прежде всего диссоци-
ация водяного пара. Поведение водяного пара в дуге при темпе-
ратурах до 4000 °К рассмотрено в работах К- К. Хренова и В. В.
Фролова [164, 182]. Однако авторы пользовались старыми значе-
ниями констант, которые были определены термохимическими
методами. В настоящее время имеются вполне надежные данные
для энергий диссоциации Н2, О2 и ОН [25, 246], что позволяет
/7редупреждение пор в наплавленном металле
135
распространить расчеты па область более высоких температур.
Современные термические константы приведены в табл. 27 (для
Н — по Ксбашевскому и Эвансу {57], остальные — по справоч-
нику [246]).
Таблица 27
Термические константы водяного пара
и продуктов его диссоциации
Вещество A KKU l/МО 1Ъ кал/гри ^люль
J 12v ) .... —57.8 45.11
• . и 3 21
(1 4'».Ы)
он . . 1(1, <6 43 89
н . . 51 .9 27.4
о .... 59.16 38.47
Ниже приведены уравнения реакций диссоциации водяного
пара и соответствующие значения свободной энергии реакции,
вычисленные пэ данным табл. 27 (для реакции V. 17) по [57]).
Ь.О - H2 + -i-O2; AF =58 900—13,1 7. (V.17)
Н.,О = ОИ+-уН2: A F = 67 860 — 14,387. (V.18)
Н.,О = ОН + Н; AF = 119 760—26 187. (V.19)
НгО = О + 2Н; AF = 220760 —48,167. (V.20)
Результаты вычислений представлены на графике (рис. 63).
Как видно из графика, диссоциация вотяного пара ниже прибли-
штельно 4500 К протекает преимущественно по схеме (V. 17),
выше этой т мпературы — по схеме (V.20). В дуге существова-
ние молекул Н2 и О2, по-видимэму, невозможно. В спектре сва-
рочной дуги такие молекулы не обнаружены [51]. Образование
гидроксила по уравнению (V. 19) не исключено, но менее веро-
ятно, чем образование свободных атомов водорода и кислорода.
Следует отметить также, что расчет показывает довольно высо«
кую прочность молекул Н2О, которые, видимо, преобладают в
газовой смеси при температурах ниже 4500 °К-
Приведенные расчеты позволяют, конечно, только ориентиро-
вочно судить о процессах, протекающих в реальных условиях
сварки. В сварочной дуге молекулы водяного пара могут разру-
136
Металлургические вопросы сварки и наплавки
шаться в результате взаимодействия с расплавленным железом
по реакции (V. 10).
С другой стороны, диссоциация паров компонентов флюса,
например МпО и FeO, по уравнению
Me О Me + О (V.21)
должна приводить к повышению концентрации кислорода, а зна-
Рис. 63. Свободная энергия реакций диссо-
циации водяного пара в зависимости от тем-
пературы
Поскольку концентрация водорода, растворенного в металле,
прямо пропорциональна парциальному давлению атомарного
водорода в газовой фазе, пары окислов могут существенно
влиять на содержание водорода, а следовательно, и на склон-
ность к порам.
Возможность реакций подобного типа подчеркивает Г. И. По-
годин-Алексеев [119]. Несколько реакций с образованием гидро-
ксила рассмотрено в работе В. В. Подгаецкого [120]. Вероятность
окисления атомарного водорода газообразными окислами мож-
но оценить с помощью расчета. В табл. 28 приведены термичес-
кие константы некоторых металлов и окислов <в газообразном
состоянии.
Теплоты образования газообразных СаО и MgO можно вы-
числить по энергии диссоциации. Однако особенности спектров
этих молекул затрудняли получение надежных данных. Только
в последнее время удалось получить достаточно точные величи-
ны [23]: D0MgO =100,0 ккал!моль\ £>0СаО =114,8 ккал/моль.
П редупреждение пор в наплавленном, металле
137
Таблица 28
Термические константы газообразных металлов и окислов
Вещество Д Н2вв ккал/моль Источник S..es кал1мо.1ъ1грцЗ Источник
Са 46,04 [246] 36,993 [246]
СаО . . -9,6 * 52,3 [16]
Mg 35,9 [246] 35,5.4 [216]
MgO . . —4,9 * 50,7 [16]
Мп 68,34 [246] 4!,493 [246]
МпО . . 34,6 [246] 54,0 116j
Fe . . . . 96,68 [246] 43,11 ]246]
FeO 33,0 [16] 52,5 *
* В справочниках отсутствует.
Из данных об энергии диссоциации MgO и СаО и теплот об-
разования атомарных магния, кальция и кислорода, приведен-
ных в табл. 27 и 28, вычислены значения ДН298.
Энтропия газообразной FeO вычислена по эмпирической фор-
муле для двухатомного газа [57]:
S288 = 52,7 + 0,04347--^-, (V ,22)
где М — молекулярный вес.
Ниже приведены уравнения реакций и свободные энергии,
вычисленные по данным табл. 28:
СаО,.-Г 2 4 = Н2О_. + Car; A F =—106000 + 25,0 Т. (V.23)
MgO,. + 2 4 = Н2ОГ 4- Mg/, AF = —120 800 + 24,9 Т. (V.24)
FeO + 2Н = H2Or + Fer; AF = — 97900 + 19,0 Т. (V.25)
МпОг + 2.4 = Н2ОГ + Мпг; AF = —127900 + 22,2 Т. (V.26)
Результаты расчета представлены на графике (рис. 64), где
нанесена также линия для водяного пара в соответствии с урав-
нением (V. 20). Из графика видно, что окисление атомарного во-
дорода окисью кальция возможно лишь при относительно низ-
ких температурах, при которых устойчив водяной пар, и, следо-
вательно, газообразная СаО ни в какой мере не способствует
связыванию водорода в дуге. Напротив, в определенном интерва-
ле температур газообразный кальций способен разлагать водя-
ной пар. По иному ведет себя МпО: ниже примерно 6000 °К она
энергично окисляет атомарный водород. Промежуточное поло-
жение занимают FeO и MgO. Следовательно, присутствие МпО,
138
Металлургические вопросы сварки и наплавки
FeO и (в меньшей мере) MgO в газовой фазе способствует умень-
шению количества водорода, растворимого в расплавленном ме-
талле. По-видимому, именно с этим обстоятельством связано
уменьшение склонности к порам при замене СаО на MgO и на
Рис. 64. Свободная энергия реакций диссоциации
водяного пара и окисления атомарного водорода
газообразными окислами
Наиболее важной реакцией, воздействующей на состав газо-
вой фазы при сварке под флюсом, является взаимодействие
CaF2 и SiO2 по уравнению (V. 2).
При температурах ниже 1000° реакция (V. 2) идет справа на-
лево. При высоких температурах реакция энергично протекает
слева направо, чему способствует удаление из зоны реакции га-
зообразного тетрафторида кремния. Для жидких компонентов
уравнение свободной энергии реакции (V. 2), вычисленное по
данным [57] и [246], следующее:
Д F = 70 300 — 36,67. (V. 27)
Упругость SiF4, вычисленная по этому уравнению, показана
на графике рис. 65. Расчет предполагает расплав, состоящий
только из CaF2, SiO2 и CaSiO3, содержащий, например, при
1100° 46,4% CaF2 и 53,6% SiO2. В действительности плавленый
флюс не может содержать такого количества обоих компонентов,
гак как в процессе плавки неизбежно происходит улетучивание
П редупреждение пор в наплавленном металле
139
Рис. 65. Равновесная упругость
тетрафторида кремния над рас-
плавом 2CaF2 -г 3SiO2 в зависи-
мости от температуры
SiF4. Активность компонентов меньше единицы! и соответствен-
но парциальное давление SiF4 в атмосфере дуги ниже, чем
следует из графика. Однако при высокой температуре тетрафто-
рид кремния образует значительную часть атмосферы дуги.
Точное экспериментальное опреде-
ление содержания SiF4 в газах
дуги крайне затруднительно, так
как вследствие обратимости реак-
ции (V. 2) тетрафторид кремния
поглощается слоем сыпучего флю-
са.
И. В. Кирдо и В. В. Подгаец-
кий собирали газы из зоны сварки
с помощью массивной медной
трубки, всасывающее отверстие
которой находилось за электродом
на высоте 12—15 мм от оси сва-
рочной ванны [51]. В собранных
газах они нашли 2,4% SiF4 при
сварке под флюсом АН-3 и 19.6%
SiF4 при сварке под флюсом
ОСЦ-45.
Присутствие SiF4 в газовой
фазе приводит к связыванию во-
дорода в виде HF в результате
взаимодействия с водяным паром
и продуктами его диссоциации
SiF4 4~ 2Н2О
S F4 4-ЗН
SiF4 + 4Н 4- О — 4HF 4- SiO.
по уравнениям:
= 4 HF + SiO2;
= 3HF 4- SiF;
(V.28)
(V.29)
(V.30)
Реакции (V. 28) и (V. 29) рассмотрены в работе В. В. Под-
гаецкого [120], который с помощью термодинамических расче-
тов нашел, что эти реакции развиваются более интенсивно, чем
взаимодействие водяного пара и водорода с газообразным фто-
ристым кальцием. Реакции CaF2 в дуге могут быть представле-
ны уравнениями:
CaF2r 4- Н2О = CaOr 4- 2HF;
CaF2r 4- FI = CaFr 4* HF;
CaF2r4-2H = Car + 2HF.
(V.31)
(V.32)
(V.33)
Расчет свободной энергии этих реакций, отнесенной к одному
молю HF, мы произвели по новым данным [16, 25, 57, 246]. Ре-
зультаты расчета представлены на графике (рис. 66), из кото-
140
Металлургические вопросы сварки и наплавки
рого следует, что при температурах существования водяного
пара (приблизительно ниже 5000° К) наиболее вероятно его
взаимодействие с SiF4 по реакции (V. 28), в меньшей степени —
также с CaF2 по реакции (V. 31). Атомарный водород связы-
вается преимущественно по реакции (V. 29). Возможно также
взаимодействие CaF2 с атомарным водородом по реакции
(V. 33). Реакции (V. 30) и (V. 32) в рассматриваемых условиях
могут протекать только справа налево.
Рис. 66. Свободная энергия реакций образова-
ния фтористого водорода в зависимости от
температуры
Поскольку фтористый водород является наиболее термиче-
ски прочным из всех соединений водорода, образование HF поз-
воляет резко понизить парциальное давление атомарного водо-
рода в дуге.
Мы вычислили парциальное давление атомарного водорода,
образующегося в результате диссоциации Н2О, Н2, ОН и HF,
исходя из следующих уравнений, составленных по данным [16,
57, 246]:
Н2О = 2Н + О; АА = 220 760 — 48,16 Т. (V.20)
Н2 = 2Н; AF = 103800 — 23,6 Т. (V.34)
ОН = Н + О; AF= 101 000 — 22,0 Т. (V.35)
HF = H + F; AF = 134400 — 23,8 Т. (V.36)
П редупреждение пор в наплавленном металле
141
Константа равновесия в зависимости от температуры вычис-
лялась .по уравнению:
*₽ =
Д 7Д Я I
4,575'7
AS,,
4,575
(V.37)
При суммарном давлении, равном 1 атм, связь константы
равновесия со степенью диссоциации а выражается, как извест-
но, различными уравнениями в зависимости от типа реакции.
Рис. 67. Равновесное парциальное давление ато-
марного водорода, образующегося при термиче-
ской диссоциации молекул, в зависимости от
температуры
Для реакции типа АВ = A -j- В, к которому принадлежат
(V. 34), (V. 35) и (V. 36), уравнение имеет вид:
Кр = —. (V.38)
1 — а2
Для реакции типа А2В = 2А + В [реакция (V. 20)] соответ-
ствующее уравнение имеет вид:
/<;=-———. (v.39)
Р 1-рЗа — 4а3
По степени диссоциации было определено парциальное дав-
ление атомарного водорода. Результаты расчетов представлю
ны на графике рис. 67.
В качестве меры термической прочности рассматриваемых
молекул удобно использовать температуру, при которой сте-
142
Металлургические вопросы сварки и наплавки
пень диссоциации равна половине, т.
да молекулы. Она составляет:
е. температуру полураопа-
Н2О......................... 4317 °К
Н2 ......................... 4514 ‘"К
ОН ......................... 4721 СК
HF ......................... 5783 °К
Из этих данных, а также из графика следует, что HF яв-
ляется наиболее прочным соединением. В широком диапазоне
температур HF диссоциирован в значительно меньшей степени,
чем другие соединения водорода. Это позволяет резко умень-
шить количество водорода, захватываемого металлом при пе-
Рис. 68 Свободная энергия реакций взаимэ
действия фтористого водорода с газообразны-
ми металлами в зависимости от температуры
реносе в дуге, если водород газовой фазы будет находиться в
виде HF.
Следует отметить, что, кроме водорода, высоким сродством
к фтору обладают щелочные металлы. Окислы их легко лету-
чи, в дуге диссоциируют и восстанавливаются углеродом и
кремнием. Поэтому становится возможным взаимодействие ато-
мов калия и натрия с FIF по типу реакции:
Nar + HF = NaFr + Н, (V.40)
в результате которой освобождается атомарный водород. Рас-
четы, результаты которых показаны на рис. 68, показывают, что
атомы алюминия, кальция и магния не могут разлагать фтори-
стый водород в дуге, тогда как калий и натрий, разрушая HF,
Предупреждение пор в наплавленном металле
143
увеличивают парциальное давление атомарного водорода. От-
рицательное влияние щелочных металлов на склонность к по-
рам (см. табл. 25) связано именно с этим обстоятельством.
Процессы в сварочной ванне
Как показал В. И. Явойский [195], водород растворяется в
жидкой стали в виде протонов, следовательно, на поверхности
сварочной ванны должна происходить реакция
Н^±[Н+]4-0. (V.41)
Влияние рода тока на склонность к порам связано, по мне-
нию Д. М. Рабкина [136], с условиями перехода водорода в
раствор: при сварке на постоянном токе наблюдается мини-
мальное поглощение водорода, так как избыток электронов на
поверхности катода сдвигает равновесие реакции (V. 41) влево.
Растворение протонов на аноде также мало вероятно, посколь-
ку действием электрического поля дуги они непрерывно уно-
сятся к катоду. Различная склонность к порам при прямой и.
обратной полярности, возможно, связана с различной темпе-
ратурой ванны и электрода. При сварке на переменном токе
в моменты перехода его через нуль жидкий металл легко по-
глощает водород.
Экспериментальные данные А. М. Макары и Т. М. Слуцкой
[86] убедительно подтверждают эти положения. При сварке про-
волокой марки Х20Н10Г6Т получено следующее содержание
водорода в металле шва (в сж3/100 г): при обратной полярно-
сти— 4,0, при прямой полярности — 4,8, при переменном то-
ке— 8,5. При сварке проволокой Х22Н13 соответственно: 3,7;
4,3 и 17,1 с?и3/100 г.
Водород, растворившийся в ванне, удаляется вместе с пу-
зырьками нерастворимых в стали газов. Кроме того, растворен-
ный водород может быть удален при взаимодействии ванны с
газовой фазой по реакции:
4[H] + SiF4^4HF+'[Si]. (V.42)-
Термические константы веществ, участвующих в реакции,
приведены в табл. 29 (для [Н] по данным В. И. Явойского [195],
остальные — по данным Кубашевского и Эванса [229]).
Уравнение свободной энергии реакции, вычисленное по этим
константам:
AF= 130000 —75,17. (V.43>
При температуре 1800 °К и более свободная энергия при-
обретает большие отрицательные значения, что указывает на
возможность эффективного протекания реакции слева направо.
144
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Реализуется ли эта возможность—зависит от кинетических ус-
ловий, прежде всего от величины межфазной поверхности и от
условий перемешивания металла. При высоком содержании
кремния в металле удаление водорода этим путем становится
невозможным, что в некото-
рые случаях приводит к об-
разованию пор.
Удаление азота из сва-
рочной ванны возможно с
помощью элементов, образу-
ющих стойкие нитриды.
Для характеристики отно-
сительной стойкости нитри-
дов могут служить данные о
свободной энергии образова-
ния в стандартных условиях
Таблица 29
Термические константы
Вещество ~ Н28в ккал/моль кал/грид /моль
[Н] . . —7,84 7,8
SiF4 —373,0 67,4
HF —64,2 41,5
|Si) — 17,4 7,7
при нормальной температуре AF28S и о температуре плавления,
приведенные в табл. 30 (для нитридов железа и хрома — по Ку-
башевскому [229], для прочих нитридов — по Кемпбеллу [204].
Таблица 30
Стандартные свободные энергии образования и температуры
плавления нитридов
Вещество A F2Be ккал/моль Температура плавления, °C
Fe4N . . + 0,94 Разлагается около 800°
Cr.N . . — 18,4 Разлагается около 12,10°
BN . . — 29,7 Возгоняется при 30с0°
VN . . . —34,5 2,30°
’/«SisN, . . —38,7 Возгоняется при 1900°
TaN —52,2 298и°
NN. ... —55 2(30°
AIN —56,3 2230°
CeN —70,6 —
HfN —72 3310°
TiN . . —73,6 2150°
ZrN . . . . —75,3 2980°
Присадка в ванну ванадия и элементов, расположенных ни-
же его в таблице, позволяет частично или полностью удалить
азот в шлак и тем самым уменьшить склонность к порам. Осо-
бенно эффективна присадка циркония и титана, образующих
наиболее прочные нитриды.
Связывание и удаление из ванны кислорода имеет важное
значение для предупреждения пор, обусловленных образовани-
ПредупреждёНИё пор в наплавленном металле
145
ем пузырьков Н2О и СО. Раскисление сварочной ванны дости-
гается присадкой элементов, обладающих высоким сродством
к кислороду. Для характеристики раскислительной способно-
сти элементов наиболее удобен график, на котором показано
Рис. 69. Раокислительная способность элементов при
1600° (А. М. Самарин [148])
количество кислорода, находящегося в равновесии с определен-
ным количеством элемента. Новейший график такого рода, ос-
нованный на исследованиях А. М. Самарина и его сотрудни-
ков [148], представлен на рис. 69. Опыт показывает, что для
предупреждения пор, вызванных отсутствием раскислителей в
сварочной ванне, достаточны уже небольшие присадки титана,
алюминия или кремния.
Кинетические факторы
Состав газовой фазы при сварке под флюсом зависит от
температуры, до которой нагревается флюс. Но условия плав-
ления таковы, что наиболее горячий флюс, обладающий высо-
10 Зак. 390
146
Металлургические вопросы сварки и наплавки
кой текучестью, непрерывно выводится из зоны нагрева и ва-
мещается более холодным. В силу этого лишь незначительная
часть расплавляемого флюса нагревается до температур, при
которых происходит заметное испарение СаРг. Вообще говоря,,
чем выше вязкость флюса, тем до более высоких температур он
может нагреться вблизи дуги. Видимо, этим объясняется неко-
торое отклонение экспериментальных данных от теоретической
кривой на графике рис. 52 при низких концентрациях СаРг.
Кинетика образования SiF4 при нагреве жидкого флюса не
отличается от кинетики других процессов, связанных с выде-
лением газа из жидкости: свободное выделение SiF4 возможно
только в поверхностном слое расплава; в толще жидкости за-
рождение пузырьков невозможно.
При использовании пемзовидного флюса в каждом зерне
заранее имеется множество пузырьков, которые остаются в
шлаке по расплавлении и выполняют роль зародышей выделе-
ния SiF4 при нагреве флюса до высокой температуры. Благода-
ря этому значительно увеличивается количество SiF4 в поло-
сти, где горит дуга. Соответственно снижается парциальное
давление атомарного водорода и склонность к порам.
Наличие пустот в зернах керамического флюса способству-
ет выделению SiF4 при их плавлении. Это обстоятельство, не-
сомненно, способствует предупреждению пор при сварке и на-
плавке под керамическими флюсами.
Спеченный флюс (зинтерлульвер), который разработали
Г. Беккер и П. Байерсдорфер (ГДР), также имеет множество
пустот внутри зерен. Кроме того, дробленые зерна этого флюса
в процессе изготовления пропитывают водным раствором пато-
ки, а затем накаливают без доступа воздуха, чтобы вызвать
образование тонкодисперсного угля внутри пустот. Такой флюс
отличается очень малой склонностью к порам при сварке ржа-
вого металла. Нам представляется, что наличие готовых заро-
дышей способствует насыщению атмосферы дуги SiF4 и СО;
парциальное давление водорода и азота резко снижается; по-
нижается также концентрация кислорода в ванне. Все эти фак-
торы обусловливают благоприятные технологические свойства
спеченного флюса с примесью углерода.
4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОР С ПОМОЩЬЮ ПОРОШКОВОЙ
ПРОВОЛОКИ
Опыты по предупреждению пор с помощью нейтральной добавки
Возможности введения в состав обычной проволоки компо-
нентов, предупреждающих образование пор, ограничены при-
садкой углерода и раскислителей. Такие присадки дают поло-
П редупреждение пор в наплавленном металле
147
жительный эффект. Однако даже при содержании в проволо-
ке 1 % А1 склонность к порам уменьшается в небольшой сте-
пени.
Порошковая проволока позволяет ввести в дугу любые ве-
щества путем примешивания соответствующего материала к
шихте, из которой приготовляется сердечник. Существенным
преимуществом такого способа введения компонентов, преду-
преждающих поры в наплавленном металле, является то, что
капельки металла, образующиеся при плавлении проволоки в
дуге, нагреваются до 2200—2500°. Благодаря этому может быть
достигнуто иопарение труднолетучих веществ. Вместе с тем не-
достатком порошковой проволоки является неизбежная рых-
лость ее сердечника. Взвешивание сплошной и порошковой про-
волоки одинакового состава и диаметра показывает, что от 10
до 15% объема порошковой проволоки ванимают пустоты, за-
полненные воздухом. При наплавке такой проволокой в дугу
вводятся довольно значительные количества кислорода и азо-
та, что увеличивает склонность к порам. Поэтому добавка в со-
став сердечника порошковой проволоки веществ, предупреж-
дающих поры, во многих случаях совершенно необходима.
Чтобы количественно оценить влияние этих пустот, мы про-
вели опыты по наплавке малоуглеродистой электродной прово-
локой марки Св-08 и порошковой проволокой, изготовленной из
стали 08 и железного порошка. Вес сердечника составлял 22%
общего веса проволоки. Использовался флюс АН-20. Наплав-
ка производилась на постоянном токе при обратной полярно-
сти. Режим наплавки: ток — 370 а, напряжение дуги — 37 в,
скорость перемещения дуги — 20 м/час.
Было определено количество ржавчины, вызывавшее поры.
Затем были отобраны карандашные пробы металла сварочной
ванны. Для этой цели наплавка со скоростью 13 м/час произ-
водилась на пластину с засверленным снизу отверстием, под
которое была подставлена разъемная медная форма. В опре-
деленный момент металл ванны вытекал в форму, где застывал,
образуя цилиндрический слиточек диаметром 6 мм. Слиточек
тотчас помещали в прибор для определения содержания водо-
рода методом вакуум-нагрева при 600°. После определения во-
дорода слиточек превращали в стружку и определяли содер-
жание азота путем растворения в кислоте и последующей от-
гонки аммиака. Содержание других примесей определяли обыч-
ными методами. Результаты опытов и анализов представлены
в табл. 31.
Как видно из данных таблицы, наличие воздуха оказало
большое влияние на состав ванны: кислород окислил примеси
проволоки, включая кремний, а азот растворился в металле,
ю*
148
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Таблица 31
Состав металла ванны и склонность к порам при наплавке
различными проволоками
Проволока Результаты анализа Количество ржавчины, вызывающее поры, г на 100 мм
С, % Si. % Мп, % II, см3 100 г N , см3 100 г
Обычная Св-08 .... Порошковая, такого же 0,08 0,20 0,35 з.з 4,3 0,50
состава . . 0,05 0,03 0,10 4,1 16,7 0
В итоге склонность к порам увеличилась настолько, что наплав-
ка получалась пористой без введения ржавчины.
Чтобы проверить, возможно ли предупредить поры путем
введения нейтрального летучего вещества, были приготовлена
порошковая проволока такого же состава, как и в предыдущих
опытах, но с добавкой 5,3% порошка кадмия. Мы выбрали кад-
мий потому, что этот элемент нерастворим в железе и легко ле-
туч — температура кипения 767°. Опыты по наплавке такой про-
волокой дали отрицательный результат: наблюдались поры без
введения ржавчины.
Предупреждение пор с помощью активных добавок
Для устранения пор целесообразно введение в состав сер-
дечника проволоки активных добавок, т. е. веществ, способных
связывать водород с образованием HF, а азот — с образованием
прочных нитридов и раскислять ванну, чтобы предупредить об-
разование Н2О и СО.
Ввиду исключительно высокого сродства водорода и фтора
наилучшие результаты должны были бы дать вещества, разла-
гающиеся при нагреве с выделением элементарного фтора. При
низких температурах (когда материалы приборов еще сохраня-
ют достаточную стойкость) фтор образуется при нагревании
CoF3, CeF4 и MnF3 [193]. Однако эти вещества малодоступны.
Можно предполагать, что при высоких температурах фтор обра-
зуется в результате диссоциации некоторых фторидов, как на-
пример:
2FeF3 2FeF2 + F2; (V. 44)
AlFa A1F + F2; (V.45)
2CaF2 2CaF + F2. (V. 46)
Предупреждение пор в наплавленном металле
149
Легче должно протекать взаимодействие фторидов с водоро-
ц<>м, например, по реакциям:
2FeF3 + Н2 = 2FeF2 + 2HF; (V. 47)
FeF2 + Н2 = Fe + 2HF. (V. 48)
Последние две реакции изучали К- Еллинек и А. Рудат [226]. '
Уже при 550° в равновесной газовой смеси реакции (V. 47) со-
держится 42% HF; реакции (V.48) при 700°—21,5% HF.
Л. Домнаж, исследовавший разложение фторидов водяным
паром [228], дает следующий ряд возрастающей стойкости:
CtiF2, FeF3, AgF, FeF2, CrF3, ZnF2; NiF2; CoB2; CdF2;
l’bF2, MnF2, MgF2, CaF2, BaF\>.
При 800° парциальное давление HF для трех последних со-
единений было равно нулю, для MnF2 составляло около 20%,
для PbF2 и CdF2 — около 70% и для прочих перечисленных фто-
ридов приближалось к 100%.
Лишь немногие из простых неорганических фторидов являют-
ся практически доступными веществами, в той или иной степе-
ни применяемыми в промышленности. Более распространены
комплексные фториды — соли фторкислот.
Термическая стойкость комплексных фторидов изучена еще
в малой степени. В. Кролль [228] приводит следующий ряд их по
возрастающей стойкости: Na2SiFe, Na2TiFe, NaBF4, NaBeF4,
Na3AlF6, Na2ZrF6. Из упомянутых соединений Na2SiF6 начинает
диссоциировать по уравнению
Na2SiFe = 2NaF + S i F4 (V. 49)
уже при 450° и полностью разлагается при 720°. Na2TiF6 плавит-
ся без разложения при 700°, диссоциирует «при нагреве докрас-
на». NaBF4 полностью диссоциирует при 930°.
A1F3 улетучивается из криолита Na3AlF6 при 1000°. Наиболее
стойкий Na2ZrF6 не диссоциирует в вакууме при 1000°.
Мало исследованный железный криолит Na3FeFe по термиче-
ской стойкости находится между NaBF4 и Na3AlFe. При его раз-
ложении получается FeF3, которое принадлежит к числу фтори-
дов, наиболее легко реагирующих с водородом.
Специфические условия изготовления порошковой проволоки
выдвигают ряд дополнительных требований к источнику фтора,
введенному в сердечник: необходимо полное отсутствие гигро-
скопичности (иначе неизбежна коррозия при хранении), мини-
мальная стоимость, хорошая сыпучесть и пр.
Нами проведены опыты с некоторыми простыми и комплекс-
ными фторидами. Исследуемые вещества в виде порошков, про-
сеянных через сито с 900 отв]см2, были смешаны с железным по-
рошком и использованы для изготовления порошковой проволо-
ки. Наплавка производилась под флюсом АН-20 на пластины из
150
Металлургические вопросы сварки и наплавки
кипящей малоуглеродистой стали. Режим наплавки: ток — 370 а,
напряжение — 37 в, скорость перемещения дуги — 20 м1час.
Определялось количество ржавчины, вызывающее поры.
Установлено, что добавкой некоторых фторидов возможно
значительно уменьшить склонность к порам (табл. 32). Чтобы
выяснить, как влияют добавки на содержание газов в металле
ванны, были проведены опыты по наплавке с отбором каран-
дашной пробы по описанной методике. Результаты опытов и ана-
лизов (табл. 33) показывают, что содержание водорода умень-
шается (особенно значительно при добавке A1F3 и CaF2 в сер-
дечник проволоки). Понижается также, но остается все же до-
вольно высоким, содержание азота. Для дальнейшего уменьше-
ния склонности к порам необходимы меры по связыванию азота
и раскислению ванны.
Таблица 23
Результаты опытов по введению различных фторидов
в порошковую проволоку
Be шест Введено фторида % т Количество ржавчины, вызывай щее поры, г на 100 мм Вещество Введено фторида % Количество ржавчины, вызывающее поры, г на 100 мм
NaF A1F, K2TiFe .... MgTiF'e 7,8 6,5 9,5 5,5 0,15 0,20 0,20 0,25 Na2SiFe . N;i3AlF, . . . Na3FeFe CaF2 . . . Na2TiFe 8,0 6,2 5,1 5,5 6,0 0,25 0,25 0,25 0,30 0,45
Таблица 33
Влияние активных добавок на состав металла ванны
и склонность к порам
Добавка Результаты анализа Количество ржавчины, вызы- вав щее поры, г на 100 мм
6 Si, % С Ti, % А1, % Н, ел’/100 г N, сл’/100 г
A1F3 0,07 0,03 0,16 Нет 0,002 1,6 6,7 0,20
Na.SiF. 0,06 0,04 0,09 Нет 0,003 2,9 8,8 0,25
CaF2 0,06 0,06 0,15 Нет 0,003 1,8 6,5 0,30
Na2TiFe 0,07 0,03 0,17 0,011 0,002 3,1 5,9 0,45
Предупреждение пор в наплавленном металле
151
Из данных табл. 30 видно, что для удаления азота наиболее
(ффективна присадка титана или циркония. Цирконий и титан
отличаются также высоким сродством к кислороду, а поэтому
должны оказывать полезное действие как раскислители, преду-
преждая развитие в расплаве реакций с образованием Н2О, СО
н ОН.
Нами испытана добавка в порошковую проволоку смеси
CaF2 и ферротитана (41% Ti) в виде порошка, просеянного че-
рез сито с 900 отв!см2. Из смеси этих материалов с двойным ко-
личеством железного порошка была приготовлена шихта сердеч-
ника порошковой проволоки. Испытание на склонность к порам
при наплавке под флюсом АН-20 и отбор карандашной пробы про-
изводились так же, как в предшествующих опытах. Результаты
опытов и анализов при добавке 4,8% CaF24-l,3% Ti: 0,08% С;
0,15% Si; 0,16% Мп; 0,04% Ti; 1,9 см3/100 г Н; 4,2 сж3/100 г N;
количество ржавчины, вызывающее поры, — 0,9 а/100 мм.
Сравнение с данными табл. 31 показывает, что одновремен-
ная добавка фторида и титана позволила при наплавке порош-
ковой проволокой уменьшить содержание газов в металле ван-
ны: азота — в 4 раза и водорода—-в 2 раза, а также ввести не-
большое количество раскислителя. В результате склонность к
образованию пор оказалась значительно ниже, чем при наплав-
ке сплошной проволокой.
Сходный эффект дает введение Na2SiF6 и ванадия, что полу-
чило уже практическое применение при изготовлении в промыш-
ленном масштабе порошковой проволоки для наплавки прокат-
ных валков. Благодаря наличию активных добавок, предупреж-
дающих поры, порошковая проволока позволяет осуществлять
наплавку крупных валков и исключить образование даже еди-
ничных раковинок на обработанной поверхности.
Так, например, на Алчевском металлургическом заводе
им. Ворошилова производится наплавка валков диаметром до
1200 мм с длиной бочки 2800 мм чистовой клети листопрокатно-
го стана. Применяется порошковая проволока марки ПП-ЗХ2В8,
содержащая около 2% Na2SiFe; 0,4% V и 0,3% Si, в сочетании
с флюсом ЛН-20. Наплавляемая поверхность — около 10 м2. Вал-
ки обрабатывают шлифовкой. Не было случаев обнаружения
даже единичных пор на обработанной поверхности валка.
Глава VI
ТРЕЩИНЫ В НАПЛАВЛЕННОМ СЛОЕ
И ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТРЕЩИН, НАБЛЮДАЕМЫХ ПРИ НАПЛАВКЕ
Если в сварном шве трещина—всегда недопустимый де
фект, то значение трещин в наплавленном слое определяется ус-
ловиями службы изделия.
Трещины совершенно недопустимы там, где они могут выз-
вать поломку изделия. Так, при наплавке шеек коленчатого вала
или штанги большого конуса засыпного аппарата доменной пе
чи единичная микротрещина может послужить началом уста
лестного излома ответственной детали. Для многих других де-
талей оборудования наличие трещин не имеет никакого значе-
ния, если только они не ориентированы параллельно поверхно
сти сплавления и, значит, не ведут к откалыванию кусков наплав
ленного металла. Детали, не испытывающие сильных ударов,
длительно хорошо работают при наличии сетки трещин. Таковы,
например, броня багерного насоса, большой конус засыпного
аппарата доменной печи, била углеразмольных мельниц и др.
Наличие трещин здесь допустимо, но нежелательно, поскольку
не позволяет полностью устранить выкрашивание наплавленно-
го металла.
Имеются и такие детали, где трещины полезны. Так, на по-
верхности наплавленных прокатных валков обжимных и черно-
вых клетей умеренное количество волосных трещинок способ-
ствует образованию «разгара» поверхности калибров, обеспечи-
вающего хороший захват металла при прокатке.
Тщательный анализ условий службы наплавляемого изделия
весьма важен при разработке технологии наплавки. Там, где
трещины допустимы, технологию наплавки можно существенно
упростить и удешевить.
Имеется, однако, весьма большое количество деталей, для ко
торых надежное предупреждение трещин имеет решающее зна-
чение, поскольку они или вредят работе изделия, или ведут к вы
крашиванию наплавленного слоя, или грозят поломкой.
Образующиеся при сварке и наплавке трещины разделяются
на три основных типа:
1) кристаллизационные (горячие) трещины в металле шва
или наплавки;
2) закалочные (околошовные) трещины в зоне термического1
влияния сварки;
3) хрупкие, или холодные, трещины, образующиеся спустя
более или менее значительный промежуток времени после окон
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
153’.
чаиия сварки или наплавки, в наплавленном и в основном ме
талле.
При наплавке наиболее частым и опасным дефектом являются
кристаллизационные трещины, которые поражают рабочий слой
и непосредственно ухудшают службу изделия. Предупреждение
кристаллизационных трещин при износостойкой наплавке со-
ставляет наиболее сложную и актуальную задачу.
Закалочные трещины возникают в основном металле вблизи
границы наплавленного валика. Образование этих трещин тесно*
связано с характером напряженного состояния, возникающего
при неравномерном нагреве изделия, а также с конструкцией
сварного соединения. Закалочные трещины вызывают серьезные
затруднения при сварке высокопрочных среднелегированных
сталей. Наплавка, вообще говоря, создает наименее жесткие-
условия; облицовка кромок путем наплавки используется как
операция, предваряющая сварку стыковых и угловых соединений
из закаливающихся сталей.
Хрупкие трещины появляются иногда в процессе охлаждения
наплавленного изделия. Большей частью они берут начало от
кристаллизационных трещин.
Нами наиболее детально будут рассмотрены природа и мето-
ды предупреждения кристаллизационных трещин, поскольку
последние особенно часты и трудно устранимы при износостой-
кой наплавке.
Хорошо известно, что склонность к трещинам определяется
прежде всего химическим составом металла, наличием в нем
углерода и других примесей. При сварке главнейшим методом
предупреждения трещин служит регулирование доли основного
металла, устранение вредных примесей из металла шва. При на-
плавке состав металла выбирают, исходя из условий службы
изделия, и исключить углерод и многие другие примеси нельзя.
Возможности регулирования состава наплавленного металла:
сравнительно ограничены. Ввиду этого главнейшим способом
предупреждения трещин является предварительный подогрев
изделия. Весьма важную роль играет также рациональный вы-
бор химического состава наплавленного металла, обеспечиваю-
щего минимальную склонность к трещинам.
2. КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ ТРЕЩИНЫ ПРИ НАПЛАВКЕ
УГЛЕРОДИСТОЙ И НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ
Пространственное расположение трещин
Расположение кристалли .анионных трещин всегда тесно свя-
зано с первичной структурой шва или наплавленного валика.
Направление трещин в основном совпадает с направлением рос-
154
Металлургические вопросы сварки и наплавки
та столбчатых кристаллов. На рис. 70 схематически показано
наиболее типичное расположение трещин при наплавке валика
Рис. 70. Типичное расположение трещин
а валике, наплавленном на массивное
изделие
на массивное изделие. Тре-
щины, как правило, идут по
нормали к чешуйкам на по-
верхности шва. Поскольку
чешуйки показывают поло-
ления), это показывает, что
жения края ванны в различ-
ные моменты времени (ина-
че говоря — положения изо-
термической поверхности, от-
вечающей температуре плав-
трещины ориентированы так же, как
первичные кристаллы.
Исследование струк-
туры швов и наплавлен-
ных валиков с трещинами
позволяет установить, что
трещины, как правило,
располагаются по грани-
цам столбчатых кристал-
лов, преимущественно —
ча стыках кристаллов, т. е.
имеют ясно выраженный
межкристаллитный ха-
рактер. Продольное или
поперечное расположение
трещин зависит от напря-
жений, возникающих при
резком неравномерном
нагреве массивного изде-
лия, который имеет место
при дуговой сварке или
наплавке.
Большое влияние на
Рис. 71. Зависимость между коэффи-
циентом формы и критическим содер-
жанием углерода, при котором возни-
кают трещины, при содержании в ме-
талле 0,05—0,35% Si; 0,020—0,035% S;
не менее 0,65%.Мп; отношении Мп : S>
> 18. По данным С. А. Островской [105]
склонность к трещинам
оказывает форма сечения
наплавленного валика,
которая определяет рас-
положение и ориентацию
первичных кристаллов.
Для упрощенной характе-
ристики сечения служит коэффициент формы, т. е. отношение ши-
рины валика к глубине провара. Исследованиями С. А. Остров-
ской установлено, что при прочих равных условиях склонность
к трещинам уменьшается по мере увеличения коэффициента фор-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
155
мы. График рис. 71 [105] показывает, что увеличением коэффици-
ента формы от 0,9 до 2,2 можно поднять допустимое содержание
углерода в наплавленном металле от 0,08 до 0,18% при сварке
без подогрева.
Роль важнейших примесей
Наиболее частой причиной появления трещин при сварке
малоуглеродистой стали в производственных условиях является
повышенное содержание углерода, что дало основание С. А. Ост-
вание кристаллизационных трещин при сварке угловых
швов, по данным работ [77, 121, 139, 177] и др.
ровской считать его измерителем склонности металла к трещи-
нам.
Однако исследования Т. М. Слуцкой [187], а также Г. А. Ни
колаева и Н. Н. Прохорова [99] показали, что при отсутствии
серы (точнее—при содержании в металле менее 0,01% S) тре-
щины не появляются в металле шва, содержащем 0,4 -ь 0,6% С.
С другой стороны, хотя появление трещин в металле шва, вы-
званное присутствием 0,035%) S (при 0,10% С) [71], и наблюда-
лось, установлено, что при содержании менее 0,03% С даже
большое количество серы (0,09%) не вызывает появления тре-
щин. Трещины возникают при совместном присутствии углерода
и серы.
Известно, что устранению трещин способствует марганец.
Исследованию влияния марганца было посвящено несколько
работ [77, 123, 139, 177], в результате которых установлено, что
предупреждение трещин в металле возможно при определенном
156
Металлургические вопросы сварки и наплавки
соотношении марганца и серы. Опытные данные, суммирован-
ные на рис. 72, относятся к швам с коэффициентом формы 1,4—
1,6, сваренным под флюсами различного состава. Из этих дан
ных следует, что при содержании углерода менее 0,16% марга-
нец оказывает полезное влияние, нейтрализуя вредное действие
серы. При более высоком содержании углерода устранить тре-
щины присадкой марганца не удается. Изучение характера и
окраски излома, пространственного расположения кристаллиза-
ционных трещин, полученных при этих исследованиях, показало,
что трещины имеют в общем одинаковую природу и сходное
происхождение.
Экспериментальное исследование, проведенное нами совме-
стно с Д. М. Рабкиным [139], позволило выяснить роль важней-
ших примесей низколегированного наплавленного металла.
Кислород в металле шва не оказал какого-либо вредного-
действия. Повышенное содержание кислорода было достигнуто
путем: а) засыпки на поверхность изделия небольшого количе
ства двуокиси марганца МпО2 и б) наплавки валика электрод
ной проволокой из армко-железа на поверхность пластины из
такого же материала. Минимальное содержание раскислителей
в металле шва обеспечило получение в первом случае 0,07% О.
во втором — 0,09% О; трещины в обоих случаях отсутствовали.
При сварке под флюсом содержание кислорода в наплавлен-
ном металле обычно не превышает 0,04—0,05%; при сварке ка-
чественными электродами оно составляет 0,04—0.06%; при свар-
ке электродами со стабилизирующим покрытием достигает 0,12—
0,14%- Практически давно известно, что последняя категория
швов наименее склонна к горячим трещинам. Положительное
влияние кислорода, по-видимому, связано главным образом с
окислением углерода.
Легирующие примеси в тех количествах, в каких они вво-
дятся в наплавленный металл при наплавке низколегированной
.стали (приблизительно до 2% каждого элемента), оказывают
довольно слабое влияние на склонность к трещинам.
Кремний при наплавке под низкокремнистыми флюсами не
влияет на склонность к трещинам, если его содержание -в на-
плавленном металле не превышает 2,5—3,0%. По данным
С. А. Куркина кремний может даже противодействовать сере:
при содержании 0,07% S и 1,28% Si склонность к трещинам поч-
ти такая же, как и при оптимальном составе металла [63].
Хром, не влияющий в малых количествах, в больших способен
противодействовать юбразованию трещин, вызванных присут-
ствием серы.
Никель в малых количествах не оказывает влияния, но при
содержании его 2,5% наблюдалось образование небольших тре-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
157
ищи. При увеличении содержания никеля до 3,5—4,0% в на-
плавленном металле появляется много трещин.
Вольфрам, молибден и ванадий в малых количествах не
оказывают заметного влияния на склонность к трещинам.
Алюминий активно противодействует образованию трещин,
вызванных совместным присутствием серы и углерода. При
введении примерно 0,5% А1 можно увеличить содержание угле-
рода в металле, наплавленном без подогрева, до 0,30—0,35%, не
опасаясь появления трещин. Алюминий оказывает заметное
обессеривающее действие, что, видимо, обусловлено летучестью
сульфида алюминия в условиях сварки. Если искусственно вве-
сти в металл шва алюминий и серу (до 0,2%), то трещины не
образуются.
С помощью присадки алюминия можно устранить трещины,
вызванные высоким содержанием никеля. При содержании в
наплавленном металле около 10% Ni введение 0,9% А1 позволи-
ло исключить образование трещин.
Сульфидные трещины
Условия возникновения трещин и влияние, которое оказывает
присутствие в металле таких примесей, как марганец, никель
и алюминий, показывают, что образование трещин рассматри-
ваемого типа связано с выделением сульфидной фазы в процес-
се кристаллизации наплавленного металла. Новые исследования,
появившиеся за последние годы, позволяют уточнить особенно-
сти возникновения трещин данного типа.
Работами Розенквиста и Даница [245], Теркдогана, Игнато-
вица и Пирсона [252] доказано, что при высоких температурах
сера в значительной мере растворима в твердом железе. На
рис. 73 показана диаграмма состояния Fe — S [252]. Из диаграм-
мы следует, что в чистом б-железе растворяется гораздо больше
серы, чем ее обычно содержится в наплавленном металле. Рас-
плав, содержащий 0,1% S, полностью затвердевает около 1450°;
при охлаждении ниже 1365° образуется у-железо и выделяется
некоторое количество жидкой фазы вдоль границ зерен; при
дальнейшем понижении температуры количество жидкости рас-
тет до тех пор, пока эвтектический расплав не затвердеет при
988°. Важно отметить также, что при 1365° растворимость серы
в б-железе почти втрое выше, чем в у-железе.
При содержании в металле 0,03% S жидкая фаза должна
выделяться при 1200°, после полного затвердевания расплава.
Жидкие прослойки дают начало трещинам. Следовательно, тре
щины, вызванные серой, могут возникать после завершения
кристаллизации, но не в твердом металле, а в связи с появле-
нием прослоек эвтектики Fe — FeS на границах зерен.
158
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Относительно влияния углерода можно высказать следующие
соображения. При исследовании обессеривания жидкой стали
установлено, что углерод и в слабой степени также кремний,
увеличивают коэффициент активности серы, иначе говоря, в при-
сутствии этих примесей растворимость ее снижается. С другой
стороны, из диаграммы состояния железо — углерод следует,
что при содержании от 0,18 до 0,50% С из расплава, кроме кри-
Рис. 73. Диаграмма состояния Fe — S при низких концен-
трациях серы [252]
сталлов 6-железа, выделяются во все возрастающем количестве
кристаллы у-железа, в котором сера мало растворима. Таким
образом, повышение содержания углерода должно уменьшать
количество серы в твердом растворе и увеличивать вероятность
выделения легкоплавкой сульфидной эвтектики. Связь склонно-
сти к трещинам с диаграммой состояния железо — углерод отме-
чалась в работе [177].
Вследствие малого коэффициента диффузии серы и большой
скорости охлаждения сварного шва, большая часть серы остает-
ся в пересыщенном твердом растворе; при очень низком содер-
жании углерода сульфидная фаза отсутствует, при более высо-
ком она выделяется и образует прослойки, затвердевающие при
сравнительно низкой температуре. Возникновение таких про-
слоек является важнейшим фактором, способствующим возник-
новению кристаллизационных трещин.
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
159
Изучение распределения серы в металле шва с помощью ра-
диосеры S35, проведенное Л. А. Позняком и Б. А. Мовчаном [93],
показало, что при низком содержании углерода сера в основном
находится в пересыщенном твердом растворе. В условиях опытов
Позняка сульфидная фаза наблюдалась как отдельная состав-
ляющая при содержании 0,24% С и более.
Важные данные о влиянии марганца содержит работа Терк-
догана с сотрудниками [252]. Авторы нашли, что в присутствии
марганца растворимость серы значительно уменьшается. Так,
в сплавах железо-марганец, содержащих 0,37%; 0,70% и
1,30% Мп, растворимость серы при 1335° составляет соответ-
ственно 0,0058%; 0.0031% и 0,0018%. В равновесных условиях
при содержании в сплаве более 0,3% Мп сульфидная фаза при
1335° и более низких температурах состоит почти целиком из
тугоплавкого сульфида марганца.
Остается пока неизученным совместное влияние углерода
и марганца на растворимость серы. График рис. 72 позволяет
предположить, что в присутствии углерода необходимо больше
марганца для того, чтобы в сульфидной фазе MnS заменил
FeS. Хорошо известно, что такая замена повышает температуру
плавления сульфидной фазы, а значит, и температуру затверде-
вания жидких прослоек по границам кристаллов, чем и объяс-
няется полезная роль марганца.
Никель образует с серой эвтектику с температурой плавле-
ния 645°, т. е. значительно более легкоплавкую, чем эвтектика
Ее —FeS. Именно этим объясняется отрицательное влияние ни-
келя на склонность к трещинам. Сродство никеля к сере доволь-
но слабое, поэтому требуется относительно высокая концентра-
ция никеля, чтобы проявилось его вредное влияние.
Алюминий обладает высокой химической активностью и пол-
ностью вытесняет железо из сульфидной фазы. Из двух извест-
ных сульфидов алюминия A12S3 относительно легкоплавок (тем-
пература плавления 1100°) и легко возгоняется, A1S гораздо
более тугоплавок. По-видимому, благоприятное действие алюми-
ния связано как с обессериванием металла шва, так и с перехо-
дом серы в тугоплавкий сульфид.
Влияние прочих примесей
Из менее употребительных примесей низколегированного на
плавленного металла следует упомянуть бор, который уже в
очень малых количествах резко увеличивает склонность к трещи-
нам. Присадка 0,03% бора приводит к появлению трещин, а
увеличение содержания его до 0,3% и более — к увеличению их
количества. Хотя сродство бора к кислороду велико, но, по-види-
160
Металлургические вопросы сварки и наплавки
мому, весьма значительно также сродство бора к железу. При
наплавке под флюсом, содержащим В2О3, происходит восстанов-
ление бора с образованием борида железа Fe2B. Этот процесс
ведет к появлению трещин в наплавленном металле при высоком
содержании В2О3 во флюсе.
Растворимость борида железа очень мала. В системе Fe — В
образуется эвтектика с температурой плавления 1174°. Возмож
но, что другие примеси снижают температуру плавления эвтек-
тики. Образование по границам кристаллов жидких прослоек
эвтектики обусловливает большую склонность к трещинам.
При некоторых условиях опытов малые количества алюми-
ния и титана могут способствовать образованию кристаллиза-
ционных трещин. «Критическое» содержание алюминия и тита
на зависит от содержания кислорода в наплавленном металле
и, возможно, также от наличия других примесей.
3. КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ ТРЕЩИНЫ ПРИ НАПЛАВКЕ
ВЫСОКОЛЕГИРОВАННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
Хром ,и углерод
Износостойкие стали и сплавы отличаются высоким содер-
жанием углерода и карбидообразующих примесей.
Исследование влияния хрома показало, что при низком
содержании углерода (менее 0,1%) присадка 15%, 20% и
25% Сг трещин не вызывает.
При содержании в наплавленном металле 0,16% С примесь
до 16%) Сг не вызвала появления трещин; увеличение количества
хрома до 20% привело к их появлению. Причиной этого является
возникновение на границах кристаллов прослоек ледебуритной
эвтектики железа и карбида хрома, затвердевающей около 1170°.
Доказательства наличия таких прослоек были получены путем
спектрального анализа изломов по трещинам и исследования
микротвердости.
Изучение локального состава металла с помощью искры ма-
лой мощности провел Е. С. Куделя. Электродом в одном случае
служила поверхность шлифа, вырезанного поперек наплавки, в
другом — поверхность излома по трещине.
Результаты опытов показали: содержание хрома; а) в на-
плавленном металле — 20,2%; 19,3%; 19,4%; среднее—19,6%,
б) на поверхности излома трещины — 35,4%; 19,8%; 35,6%;
среднее— 30,2%-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
161
Эти данные ясно показывают, что излом произошел по уча-
сткам металла, обогащенным хромом.
Измерение микротвердости основной массы и границ крис-
таллов, произведенное при нагрузке 10 г, дало следующие ре-
зультаты (в кг!мм2)-.
Наименьшая .........
Наибольшая .........
Средняя .............
Микротвердость
основ! ей границ крис-
массы таллов
кристаллов
95 155
101 191
99 180
Поскольку карбиды хрома отличаются высокой твердостью,
эти данные свидетельствуют о том, что на границах кристаллов,
по которым проходят горячие трещины, образуются эвтектиче-
ские карбидные прослойки.
При увеличении содержания углерода в наплавленном метал-
ле такие прослойки легко обнаруживаются при металлографи-
ческом исследовании. Трещины, как правило, совпадают с про-
слойками.
Исследование особенностей наплавки высокохромистых и вы-
сокоуглеродистых ледебуритных сталей показало, что при задан-
ном содержании хрома склонность к трещинам появляется при
некотором содержании углерода и устраняется при более высо-
ком его содержании: при наличии большого количества эвтек-
тической жидкости становится возможным устранение возника-
ющих микроскопических надрывов [176].
Влияние хрома и углерода на склонность к трещинам де-
тально изучил И. К. Походня [128], применивший для количест-
венной оценки склонности к трещинам составные образцы Эп-
блетта и Пеллини [196]. Показателем служила доля поперечного
сечения, занятая трещинами. Результаты исследования структу-
ры наплавленного металла и склонности к трещинам представ-
лены на рис. 74.
Сплавы, содержащие 0,35% С и больше, имеют структуру ле-
гированного аустенита с небольшим количеством мартенсита и с
карбидной эвтектикой в разных количествах. При небольшом
объеме, занятом эвтектикой, склонность к трещинам незначи-
н'льна. Она становится заметной при содержании 0,8% С и до-
стигает максимума около 1 % С. Дальнейшее увеличение коли-
чества эвтектики снижает склонность к трещинам; при 1,8% С и
более горячие трещины отсутствуют полностью: структура при
м'ом становится более разветвленной.
11 Зпк 390
162
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Рис. 74. Влияние углерода на склонность к горячим трещинам и на первич-
ною структуру сталей, содержащих 8,7—9.7°/о Сг, а также:
а — 0.05% С: б - 0,43”/. С; в - 0.98% С; г — 1.4% С; 6—2.41% С. Электролити-
ческое травление в 20%-нэм водном растворе хромовой кислоты, увеличение 300
[128]
Влияние других карбидообразующих элементов
Все другие элементы — карбидообразователи ведут себя в
наплавленном металле подобно хрому.
Марганец, который в малых количествах способствует уст-
ранению трещин, при повышенном содержании в присутствии
углерода вызывает их появление. Так, например, мы наблюдали
горячие трещины в шве, содержавшем 0,20% С, 3,01% Мп и
0,023% S.
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
163
При содержании марганца около 20% склонность к трещи-
нам появляется при наличии около 0,30% С; увеличение содер-
жания углерода позволяет устранить трещины.
Вольфрам обладает большим сродством к углероду, чем хром
и марганец. Соответственно уже при более низких концентра-
циях легирующего элемента и углерода наблюдается образова^
ние эвтектики железо — карбид вольфрама. При 0,12% С
и 7,0%) W трещины в наплавленном металле отсутствуют, а при
0,14% С и 10,3% W появляются (при наплавке без подогрева^.
Изломы трещин такого рода были слегка окрашены в буроватый
цвет, что, возможно, было связано с относительно низкой темпе*
ратурой их возникновения.
Металлографическое исследование показало, что в швах, где
наблюдались трещины, имеются прослойки по границам столб-
чатых кристаллов. Типичные прослойки показаны на рис. 75; они
образовались в процессе затвердевания, о чем свидетельствует
их расположение. При большом увеличении хорошо различный
эвтектическая структура прослойки (рис. 76).
Исследование позволило установить, что микротвердость про-
слойки значительно больше, чем основной массы кристаллов: для
основной массы сна составляла 133 кг/мм2, а для прослоек пб
границам кристаллов — 203 ка/лл2. Высокая твердость указы!-
вает на карбидный характер прослойки.
Устранение трещин и здесь возможно путем снижения содер-
жания углерода либо такого повышения его концентрации, что-
бы количество образующейся эвтектики было достаточным для
заполнения возникающих несплошностей. Опыт показывает, чтб
это достигается при высоком содержании вольфрама, если на-
плавленный металл содержггт более 0,7—0,8% С. Так, например,
при наплавке стали типа ХВ15, содержащей 0,8% С; 0,5% Сг
и 15% W, склонность к образованию горячих трещин сравни-
тельно невелика. Равным образом, без особых затруднений
удается наплавка сталей типа Р18 и Р9, содержащих, правда!,
кроме вольфрама, довольно большие количества хрома и вана-
дия. I
Влияние ванадия и молибдена в общем аналогично влиянию
ранее рассмотренных карбидообразователей. Ванадий обладае*г
большим сродством к углероду, чем молибден, поэтому первые
порции ледебуритной эвтектики и повышенная склонность к
I ретинам появляются уже при низкой концентрации ванадия.
Гак, например, при 0,16% С и 3,1 % V мы наблюдали трещины в
наплавленном валике. В идентичных условиях при легировании
молибденом трещины возникали, если наплавленный металл со-
держал 0,12% С и 11,2% Мо. Исследование выявило повышен-
ную иикротвердость пограничных участков и, следовательно,
ледебуритный характер выделившейся здесь эвтектики. Как и Ь
11"
Рис. 75. Прослойки на границах кристаллов в наплавленном валике,
содержащем 0,14°/о С и 10,3% W, где имелись кристаллизационные
трещины. Увеличение 450
Рис. 76. Прослойка, показанная на рис. 75, при увеличении 1200
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
165
предыдущих случаях, повышение концентрации углерода и ле-
гирующих элементов позволяет устранить кристаллизационные
трещины.
Наконец, титан, наиболее активный карбидообразователь,
может вызвать появление трещин, если в металле содержится,
например, 0,14% С и 3,0% Ti.
При достаточно большом содержании в металле углерода и
титана трещины, по-видимому, могут быть устранены, как и в
других рассмотренных случаях, однако подобные высокие кон-
центрации титана пока не находят практического применения.
Весьма пенным свойством титана является его способность
модифицировать наплавленный металл, предупреждать рост
крупных столбчатых кристаллов .(ср, рис. 37). Этот фактор,
весьма полезный для предупреждения кристаллизационных
трещин, часто используется при сварке аустенитных хромонике-
левых сталей: титан является обязательным компонентом лучших
современных марок стали для электродных проволок (156, 222].
Модифицирование менее эффективно при наплавке сталей с
высоким содержанием углерода. Возможно, известную роль
здесь играет высокое сродство титана к углероду: при повышен-
ной концентрации углерода в расплаве мало свободных атомоз
титана, преобладают молекулы TiC. Все же при не очень высо-
ком содержании углерода можно уменьшить склонность к тре-
щинам путем присадки титана.
Карбидообразующие элементы способны в тем большей сте-
пени вызывать образование кристаллизационных трещин при
данном содержании углерода, чем сильнее они снижают раство-
римость углерода в аустените.
В зависимости от концентрации, при которой появляется жид-
кий сплав, рассматриваемые элементы можно расположить в та-
кой ряд: титан, ванадий, молибден, вольфрам, хром, марганец.
Сопоставим этот ряд с минимальными концентрациями угле-
рода и изучавшихся элементов, вызывавшими появление тре-
щин.
Титан................
Ванадий .............
Молибден.............
Вольфрам ............
Хром ................
Марганец............
Концентрация, %
элемента углерода
3.0 0,14
3,1 0,16
11,2 0 12
10,3 0.14
20,0 0,16
20,0 0,30
Сходство обоих рядов, а также другие приведенные выше
данные позволяют заключить, что трещины, наблюдаемые при
наплавке многих высоколегированных износостойких сталей,
166
Металлургические вопросы сварки и наплавки
имеют одинаковое происхождение: они связаны с выделением
карбидных эвтектик по границам кристаллов.
В зависимости от химического состава металла наплавки от-
рицательное влияние могут оказывать и другие примеси, обра-
зующие легкоплавкие эвтектики. Так, в системе Мп — Р известна
эвтектика с температурой плавления 960°. Это обстоятельство
оказывает решающее влияние на возникновение кристаллиза-
ционных трещин при наплавке аустенитной высокомарганцевой
стали типа Г13. Металл наплавки можно получить свободным от
трещин только в том случае, если он, наряду с углеродом и мар-
ганцем (0,7—1,0% С и 12—14% Мп), содержит не более
0,030% Р. В противном случае тонкие прослойки фосфидной
эвтектики приводят к появлению кристаллизационных трещин.
При сварке и наплавке аустенитных хромоникелевых сталей,
по данным Б. И. Медовара [89], кристаллизационные трещины
могут быть вызваны как карбидными (ледебуритными) межкри-
сталлическими прослойками, так и силицидными, ниобидными
и медистыми эвтектиками, при повышенном содержании в метал-
ле шва соответствующих примесей.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТРЕЩИН
О деформациях кристаллизующейся ванны
Предложенный Н. О. Окербломом общий метод теоретическо-
го определения деформаций при неравномерном нагреве
[102, 103] позволяет вычислять общие и местные деформации
конструкций и элементов профильного сечения. Применение это-
го метода к исследованию угловых деформаций листа при на-
плавке валика [104] показало, что основным фактором, опреде-
ляющим поперечные деформации, является укорочение металла
в зоне проплавления.
Характер изменения деформаций во времени, показанный на
рис. 77, был экспериментально изучен И. П. Байковой. Кратко-
временное расширение наплавленного металла сменяется укоро-
чением.
Теоретическое определение продольных деформаций наплав-
ленного металла в зоне высоких температур связано с серьез-
ными трудностями. Продольными деформациями и напряже-
ниями обусловлено возникновение наиболее распространенных
поперечных кристаллизационных трещин.
Экспериментальное исследование деформаций наплавленного
металла при высоких температурах было проведено К. В. Баг-
рянским [9]. Автор измерял поперечные деформации при сварке
встык пластин различной ширины с помощью деформометра с
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
167
Рис. 77. Изменение во времени
угловой деформации при на-
плавке валика на лист [71]
индикатором. В ванну погружались вольфрамовые иглы и
спай термопары. Результаты представляются неожиданными:
во всех опытах от начала до конца (90 сек.) наблюдались дефор-
мации растяжения. Это противоречит опытным данным
И. П. Байковой; кроме того, из практики сварки хорошо из-
вестно, что наплавленный ме-
талл при остывании укорачива-
ется.
Методика экспериментов
К- В. Багрянского была весьма
несовершенна. Применялась
сварка открытой дугой электро-
дами ОММ-5 на режиме: ток
140—150 а\ напряжение дуги
28—30 в; скорость сварки —
6,9 м!час.
База измерений составляла
5 мм, причем посередине между
вольфрамовыми иглами разме--
щался спай термопары. Можно
с уверенностью утверждать, что
погружение игл и спая термо-
пары сильно нарушало условия
в сварочной ванночке. Конструкция деформометра во многом
неудачна: запись деформации визуальная, начинается она «с мэ-
мента времени, когда кристаллизующийся металл достаточно
упрочнится для того, чтобы перемещать стрелки индикатора»,
по оценке автора, — примерно с 1350°. По этим причинам опыты
К. В. Багрянского не дали достоверных результатов.
В более ранних исследованиях Н. Н. Прохорова [134] изме-
рялась деформация нерасплавляемой кромки на расстоянии в
несколько миллиметров от края ванны. Максимальная темпера-
тура в зоне измерений не превышала 1000°. Эти данные позво-
ляют лишь косвенно судить о деформациях собственно металла
шва.
Ввиду важности вопроса о характере деформаций в процес-
се кристаллизации наплавленного валика мы предприняли соот-
ветствующее экспериментальное исследование [168].
Методика измерения деформации и температуры
При разработке методики измерений было учтено типичное
расположение кристаллизационных трещин, для возникновения
которых решающее значение имеют деформации по касательной
к краю ванны. Эти деформации были измерены с помощью чув-
ствительного деформометра, при наплавке под флюсом валика
168
Металлургические вопросы сварки и наплавки
на массивную пластину. Одновременно измерялась температура
в точке, находящейся на одной изотерме с копчиками игл де-
формометра.
Схема измерения представлена на рис. 78. Вольфрамовые
иглы погружаются в жидкую ванну до уровня поверхности
основного металла. Расстояние между кончиками игл (база из-
мерений) составляет 20 мм. Иглы укреплены на рычагах, кото-
рые свободно вращаются на своих осях. Сближение или удаление
игл изменяет расстояние d между противоположными концами
рычагов, которое фиксируется киносъемкой. Спай термопары
опускается в ванну вместе с иглами деформометра и на такую
же глубину.
При конструировании деформометра (рис. 79) были приняты
меры, чтобы добиться максимальной чувствительности прибора,
возможности точной установки игл по отношению к оси ванны,
независимости от случайных помех и сотрясений.
Площадка со стойкой, на которой укреплены рычаги из алю-
миниевого сплава АМгЗ, откидывается в сторону на время про-
хода электрода, а затем быстро опускается в положение измере-
ния. Рычаги укреплены на закаленных осях, которые вращаются
в закаленных подпятниках. Для начальной установки рычагов
имеется регулировочный винт.
Чтобы усилия при проходе вольфрамовых игл через слой
флюса не вызвали колебания рычагов, прибор снабжен эксцен-
триковым арретиром, который зажимает рычаги на время пере-
носки и опускания и позволяет освободить их, когда иглы погру-
жены в расплавленную ванну. На рис. 79 деформометр показан
после окончания опыта, с иглами и термопарой, заваренными в
металл (шлак удален).
Иглы были изготовлены из вольфрамовой проволоки. Соот-
ношение плеч рычагов было выбрано 4:1. Съемка шкалы произ-
водилась в натуральную величину. Расстояние между штрихами
на шкалах рычагов измерялось по негативной кинопленке на
измерительном микроскопе с точностью 0,01 мм. Скорость съем-
ки была около одного кадра в секунду. Проведенные тарировоч-
ные опыты показали, что деформометр реагирует на нагрузку
в 3 а; точность измерения позволяла улавливать перемещения
игл порядка 0.003 мм. Для перемещения игл требуются столь
малые механические усилия, что можно исследовать деформации
в процессе кристаллизации, начиная от температуры жидкого
металла.
Измерение и запись температуры производились с помощью
платино-платинородиевой термопары с оголенным спаем и
осциллографа типа МПО2 с чувствительным шлейфом.
Все измерения проводились в условиях установившегося
процесса. Сварка начиналась за минуту до погружения игл в
Рис. 78. Схема измерения температуры и деформации
при кристаллизации ванны:
1 — спай термопары; 2 — вольфрамовые иглы; 3 — гра-
ница ванны в момент погружения игл и спая; 4 — ры-
чаги; 5 — кинокамера
Рис. 79. Деформометр и наплавленный валик по окончании
опыта. Шлак удален
170
Металлургические вопросы сварки и наплавки
ванну и продолжалась в течение минуты после этого. Кино-
съемка начиналась заблаговременно. В момент погружения игл
шкала появлялась в поле зрения объектива. Съемка продолжа-
лась 60 сек. и столько же длилась запись температуры.
Поскольку спай термопары погружался в ванну вместе с иглами,
синхронизация получалась сама собой. Однако точное совмеще-
ние спая и кончиков игл на одной изотермической поверхности
удавалось не всегда. Шарик спая имел диаметр 1 мм. Смещение
спая в сторону от изотермической поверхности на величину, рав-
ную его диаметру, бы-
Рис. 80. Изменение деформации во времени
яри погружении игл в шлак на глубину
5 мм. Расстояние между иглами 20 мм
ло равносильно в ус-
ловиях наших опытов
сдвигу кривой темпе-
ратуры по отношению
к кривой деформации
на 1—1,5 сек., что сле-
дует иметь в виду при
рассмотрении приве-
денных ниже опытных
данных.
Было проверено,
как влияет нагрев игл
на результаты измере-
ния. Наплавка произ-
водилась на пластину
малоуглеродистой ста-
ли такой же проволо-
кой диаметром 3 мм
под флюсом АН-348-А; режим наплавки: ток 720 а; напряжение
дуги 36 в; скорость перемещения дуги—15 м)час. Общая тол-
щина слоя расплавленного шлака составляла 7 мм. Иглы дефор-
мометра погружались в шлак на глубину 5 мм и оставались в
шлаке до его застывания. По отдельным опытам проведенной се-
рии были получены совпадающие результаты.
Характерный график изменения деформации по времени
представлен на рис. 80. Положение игл по отношению к ванне и
электроду в момент погружения показано в правом верхнем
углу графика. В течение первых 30 сек. не наблюдалось никакой
деформации, затем началось постепенное затвердевание шлака,
сопровождающееся деформацией сжатия. Нагрев игл и рычагов
на результаты измерений не влияет.
Результаты измерения деформаций кристаллизующейся ванны
Была исследована деформация металла при наплавке мало-
углеродистой стали. Серия включала 8 параллельных опытов.
Наплавка производилась на пластины толщиной 40 мм, шириной
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
171
200 мм из стали М16С. Режим наплавки: ток — 720 а; напряже-
ние дуги — 36 в; скорость перемещения дуги — 15 м!час\ флюс
АН-348-А. Начальная температура основного металла 25°.
Типичные результаты, а также положение игл и спая термо-
пары в момент погружения показаны на графике рис. 81. В тече-
ние первых 6 сек. закономерной деформации не наблюдается.
На 7-й секунде возникает деформация растяжения, которая до-
стигает максимума 0,15% вблизи температуры затвердевания
Рис. 81. Температура и деформация ванны при на-
плавке валика малоуглеродистой стали на такую же
пластину. Расстояние между иглами 20 мм
металла. Измеренная скорость охлаждения при этой температу-
ре— 37,5°/сек. По мере охлаждения металла удлинение умень-
шается и сменяется укорочением.
Характер деформаций в других опытах этой серии в течение
первых 20 сек. был идентичен описанному; дальнейшее развитие
деформации отличалось разной степенью укорочения, что, воз-
можно, было связано с неодинаковым положением игл относи-
тельно изотермической поверхности.
Следующая серия опытов была проведена при наплавке на
брусок стали 40 сечением 120 X 120 мм. Наплавку производили
на середине грани бруска. Режим сварки такой же, как и в пре-
дыдущей серии. Всего было проведено 11 опытов. Типичные ре-
|ультаты представлены на рис. 82. Скорость охлаждения при
температуре кристаллизации составляла в данном опыте 48°/сек.
Удлинение началось на 6-й секунде и достигло максимума 0,4%
Рис. 82. Температура и деформация ванны при на-
плавке валика на брусок стали 40
Рис. 83. Температура и деформация при наплавке
валика стали ЗХ2В8 на пластину
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
173
на 12-й секунде от момента погружения. Сопоставление с кривой
температуры показывает, что максимум деформации растяжения
отвечает температуре металла около 1350°. При дальнейшем по-
нижении температуры удлинение сменяется укорочением, кото-
рое на 30-й секунде достигает 0,8% и в дальнейшем увеличи-
вается более медленно. Аналогичные результаты были получены
и в других опытах этой серии.
Чтобы проверить, сохраняется ли такой же характер дефор-
маций при наплавке высоколегированной стали, были проведе-
ны опыты по наплавке стали ЗХ2В8. Для опытов была исполь-
зована пластина сечением 40 X 200 мм из углеродистой стали.
Канавка шириной 60 мм и глубиной 15 мм на пластине была
предварительно заплавлена сталью ЗХ2В8. Поверх этой наплав-
ки был наплавлен валик электродной проволокой марки ЭИ701
диам. 4 мм, под флюсом АН-20, на режиме: ток — 600 а; напря-
жение дуги — 32 е; скорость перемещения дуги — 15 м/час. Де-
формации и температуры металла измеряли по описанной мето-
дике. Результаты представлены на графике рис. 83.
Общий характер деформаций такой же, как и в предыдущих
опытах. Измеренная скорость охлаждения при температуре
кристаллизации — 33°/сек. Максимальная деформация растяже-
ния 0,22% наблюдалась на 10-й секунде после погружения игл,
при температуре металла 1160°. На 14-й секунде деформация
проходит через нуль и удлинение сменяется укорочением.
Аналогичные результаты получены в четырех других опытах
данной серии.
Температура возникновения кристаллизационных трещин
Температура, при которой возникают трещины, весьма важна
для суждения о природе трещин, однако сведения, опублико-
ванные по этому вопросу, очень скудны.
Оценки, основанные на различных косвенных признаках,
нередко были грубо ошибочны. Так, например, И. А. Липецкий,
ссылаясь на синий цвет излома, оценивал в свое время темпера-
туру образования горячих трещин около 300° [74].
Первые результаты измерений были получены Антониоли при
газовой сварке стали малой толщины [99]. Оказалось, что горя-
чие трещины образуются при температурах от 1030 до 13б0°.
Учитывая эти данные, а также результаты своих исследований
механических свойств сталей при высоких температурах.
Н. Н. Прохоров оценил температуру образования трещин, кай
близкую к солидусу [134].
В последующие годы были проведены измерения температу-
ры образования трещин при газовой сварке алюминиевых спла-
вов [68].
174
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Что касается сварки и наплавки стали под флюсом, то, в
сущности, единственную цифру, основанную на прямом опыте,
назвали А. Е. Аснис и Б. И. Медовар [8]. При сварке биметал-
лического листа, плакированного сталью 1Х18Н9Т, под кислым
безмарганцевым флюсом, при значительном разбавлении хромо-
никелевой стали малоуглеродистой, авторы получили на шлако-
вой корке отпечаток трещины. Отсюда они заключили, что шлак
был «достаточно жидким, чтобы затечь» в трещину, и, следова-
тельно, температура образования трещины была выше «темпе-
ратуры затвердевания шлака 1200°». Приведенный в работе сни-
мок показывает, что трещина находилась на торце, в самом на-
чале шва; можно предположить, что горячий шлак долго посту-
пал в эту зону после затвердевания металла.
Другие цифры, фигурирующие в различных статьях и спра-
вочниках, представляют собой умозрительные оценки или ре-
зультаты приближенных расчетов.
Мы также провели опыт со шлаковой коркой. Наплавка ва-
лика малоуглеродистой электродной проволокой на пластину из
стали 55 была произведена под опытным флюсом Д2 (см.
табл. 26). Трещины, образовавшиеся на наплавленном валике,
дали отпечатки на шлаковой корке. Условная температура
плавления шлака (температура сдвига крупинки на наклонной
платиновой пластинке, которая нагревается пропусканием тока),
определенная в специальной микропечи, оказалась равной
1075± 10°. Достоверно, что трещины возникли выше этой темпе-
ратуры; более полные сведения таким путем получить не уда-
лось.
Измерение деформации и температуры позволяет определить
температуру возникновения горячих трещин гораздо точнее.
Для этой цели были использованы составные образцы: бруски
размером 120 X 120 X 600 мм из стали 40 разрезали посередине,
поперек длинной стороны, а затем собирали на прихватках с за-
зором 1,5 мм. Предварительными опытами было установлено,
что при наплавке поперек стыка составного образца малоуглеро-
дистой проволокой под безмарганцевым высококремнистым
флюсом Д2 получается сквозная трещина, идущая от зазора.
Исследование деформаций и температуры наплавленного ме-
талла было проведено с помощью деформометра и осциллогра-
фа по описанной методике.
Типичные результаты представлены на рис. 84.
Вскоре после окончания кристаллизации главной массы ме-
талла начинается деформация растяжения, которая развивается
до конца опыта. Трещина прошла между иглами деформометра
через точку расположения спая термопары, как показано схема-
тически в правом верхнем углу графика (см. рис. 84).
Рис. 84. Температура и деформация ванны при на-
плавке валика на составной образец из стали 40.
Между иглами деформометра возникла сквозная
трещина
Рис. 85. Температура и деформация ванны при
наплавке валика стали ЗХ2В8 на холодную пла-
стину. Опыт № 36 — трещина между иглами де-
формометра; опыт № 37 — трещины нет
176
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Продольная усадка наплавленного валика по обе стороны от
трещины вызвала удлинение базы измерения. Температура воз-
никновения трещины может быть определена путем сопостав-
ления деформации при одинаковых условиях наплавки на сплош-
ной образец, когда трещин не получалось (см. рис. 82), и на со-
ставной образец. При отсутствии трещины максимальная дефор-
мация растяжения составляет 0,4%; она достигается на 6-й се-
кунде после начала деформации. На составном образце за такой
же промежуток времени деформация достигает 1% и растет даль-
ше. Сопоставление кривых деформации и температуры показы-
вает, что трещина возникает в интервале 1340—1300°; она про-
должает развиваться при понижении температуры. В четырех
других опытах этой серии максимальная температура начала
возникновения трещины составляла 1340, 1350, 1390 и 1320°.
Анализ металла наплавки дал следующие результаты: 0,22% С;
0,26% Si; 0,31% Мп; 0.034% S; 0,022% Р.
Исследование температуры возникновения трещин при на-
плавке стали типа ЗХ2В8 было проведено на жестко закреплен-
ных составных образцах. Две пластины, предварительно наплав-
ленные сталью ЗХ2В8, размером 220 X 200 X 40 мм, были
приварены к плите размером 450 X 240 X 100 мм таким обра-
зом, что поперек направления движения дуги получился за-
зор шириной 1,5 мм. Наплавку производили при температуре
основного металла 20°, электродной проволокой марки ЭИ701
под флюсом АН-20. Режим сварки: постоянный ток, обратная
полярность, ток — 600 а, напряжение дуги—35 в, скорость пе-
ремещения дуги— 15 м/час. В одном из трех параллельных опы-
тов получилась трещина между иглами деформометра
(опыт № 36), причем она дошла только до оси наплавленного
валика. В других опытах трещины получились в стороне от базы
измерения деформации. Сопоставление деформации в опы-
те № 36, где получилась трещина, и в опыте № 37, где она нс
получилась, позволило определить температуру ее возникнове-
ния. Данные измерений, представленные на рис. 85, показывают,
что в опыте № 36 трещина возникла при температуре 1130° и
развивалась при дальнейшем понижении температуры, что наш-
ло отражение в скачках деформации. В опыте № 37 трещин не
наблюдалось, удлинение достигло максимума 0,3% при 1290°,
после чего, как и в предыдущих опытах, сменилось укорочением.
Влияние предварительного подогрева
Предварительный подогрев изделия является, как известно,
надежным средством предупреждения кристаллизационных тре-
щин. Чтобы изучить, как влияет подогрев на деформации
кристаллизующейся ванны, были проведены опыты по наплавке
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
177
на пластину из малоуглеродистой стали, предварительно подо-
гретую до 400°. Наплавка производилась в тех же условиях и
на таком же режиме, как и на холодную пластину. Благодаря
подогреву скорость охлаждения при кристаллизации уменьши-
лась до 19°/сек. Изменился и характер развития деформаций,
как показывает рис. 86. После сравнительно длительного перио-
да отсутствия закономерных деформаций постепенно развивает-
ся деформация сжатия. Укорочение невелико, на двадцатой се-
кунде— около 0,3%. к сороковой секунде оно уменьшается почти
до нуля, затем медленно нарастает. Сравнение с рис. 81 показы-
вает, что подогрев устраняет деформацию растяжения в момент
кристаллизации и замедляет развитие укорочения при более
низких температурах.
Другие три опыта по наплавке на подогретую пластину дали
сходные результаты.
При наплавке слоя стали ЗХ2В8 предварительный подогрев
является обязательным элементом технологии, поскольку он
позволяет предупредить образование трещин. Представляло ин-
терес изучить влияние подогрева на деформации кристалли-
зующейся ванны стали ЗХ2В8. Наплавка производилась на таком
же режиме и теми же материалами, что и без подогрева. Пред-
варительный подогрев до 380° понизил скорость охлаждения
при кристаллизации более чем в три раза, до 10°/сек. Результа-
ты исследования деформаций в одном из опытов представлены
на рис. 87. В течение 14 секунд не наблюдалось закономерных
деформаций. При достижении исследуемым участком ванны
температуры около 1150° появляется укорочение, которое раз-
вивается медленно, достигая на 50-й секунде 0,4%. Сравнение с
результатами, полученными в опытах без предварительного подо-
грева образцов( рис. 83), показывает, что подогрев устраняет
растяжение, наблюдавшееся при высоких температурах, с кото-
рым связано возникновение трещин. Таким образом, роль подо-
грева заключается в изменении характера возникающих дефор-
маций.
5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ТРЕЩИН
Остывание наплавленного металла сопровождается растя-
жением при температурах, близких к температуре кристаллиза-
ции. Причинами растяжения являются неравномерный нагрев
массивного изделия, а также литейная усадка самого наплав-
ленного металла. Как показали описанные выше опыты, дефор-
мация растяжения при высоких температурах не превышает
0.5%. Однородный металл при таких высоких температурах об-
ладает низким сопротивлением деформации, а его пластичность
12 Зик. 390
Рис. 86. Температура и деформация при наплавке
на пластину из малоуглеродистой стали, подогретую
до 400°
Рис. 87. Температура и деформация при наплавке
валика стали ЗХ2В8 на пластину, подогретую
до 380°
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
179
достаточна, чтобы деформация произошла без разрушения. Од-
нако если в металле имеются концентраторы деформации (на-
пример, тонкие жидкие прослойки), то возникает сосредоточен-
ная деформация: удлинение происходит за счет более слабых
участков. В «твердо-жидком» металле незатвердевшие прослой-
ки занимают малую часть общего объема; когда деформация
концентрируется в микрообъемах прослоек, то возникают тре-
щины. При остывании металла вплоть до комнатной температу-
ры они продолжают расти под действием напряжений, обуслов-
ленных неравномерным нагревом.
Предупредить или значительно уменьшить растяжение при
кристаллизации возможно с помощью предварительного подо-
грева изделия, подвергаемого наплавке. Однако такой путь не
всегда приемлем. Ввиду этого весьма желательно устранить
концентраторы деформаций. Если напряженное состояние и рас-
пределение деформаций (так называемый силовой фактор) счи-
тать заданными, то вопрос о происхождении трещин сводится
по существу к вопросу о происхождении концентраторов и преж-
де всего жидких прослоек.
Очень важным фактором, способствующим возникновению
прослоек и других концентраторов, является дендритная лик-
вация. Химическая, а также физическая неоднородность, обус-
ловленная ликвацией, приводит к тому, что в некоторых микро-
объемах затвердевающего участка наплавленного валика обра-
зуются легкоплавкие эвтектики, пли обогащенные ликвирующи-
ми примесями порции маточного расплава, или зоны понижен-
ного давления, где выделяются из раствора газы, или участки с
увеличенным параметром и искаженной кристаллической ре-
шеткой. Обычно концентраторы деформации возникают на сты-
ках столбчатых кристаллов или в точках периметра сечения,
затвердевающих в последнюю очередь (границы зерен основно-
го металла, зазоры между соединяемыми элементами и т. п.).
Как показал Б. А. Мовчан [92], возникновению жидких про-
слоек в кристаллизующемся металле способствует капиллярный
эффект: накопление примесей, снижающих поверхностное натя-
жение жидкого металла, у межфазной границы и в особенности
в узких щелях и каналах. Если в процессе затвердевания появ-
ляется зазор между растущими кристаллами, то вследствие
капиллярного эффекта состав металла в этом зазоре может рез-
ко измениться. Так, при содержании в жидком металле 2,9% Си
(основа — алюминий) в капиллярном канале было обнаружено
27—30% Си, а образовавшаяся прослойка имела эвтектическую
структуру.
Возникшие тем или иным путем концентраторы деформации
при определенных условиях обусловливают зарождение межкриг
сталлитных трещин.
12*
180
Металлургические вопросы сварки и наплавки
Влияние скорости охлаждения
Кристаллизация наплавленного металла происходит с боль-
шой скоростью, что оказывает существенное влияние на рас-
пределение примесей, на дендритную ликвацию.
Исследования последнего времени показали, что степень про-
явления внутрикристаллической ликвации сложно зависит от
скорости охлаждения и состава сплава. Представление, что с
увеличением скорости охлаждения в кристаллизующемся сплаве
становится возможным существование жидкой фазы, все более
и более обогащенной ликвирующим элементом, а кристаллы по-
лучаются все более чистыми [21], нельзя распространять на все
случаи. Установлено, например, что увеличение скорости охлаж-
дения повышает содержание ликвирующих примесей в кристал-
лах германия и кремния [154]. К. П. Бунин с сотрудниками,
охлаждая пластинки чугуна толщиной 0,1 мм между двумя тол-
стыми полированными медными пластинами, приготовил пересы-
щенный твердый раствор углерода в железе с тем же содержа-
нием углерода, какой имела жидкая фаза (от 2,5 до 4,5% С).
Этим была доказана возможность бездиффузионного перехода
жидкого раствора в гомогенную твердую фазу при очень боль-
шой скорости охлаждения [22].
А. А. Попов, на основании термодинамического анализа
диаграммы состояния, показал возможность двух механизмов
кристаллизации расплавов: диффузионного (обычного) и без-
диффузионного— подобного мартенситному превращению в твер-
дом состоянии [124]. Бездиффузионная кристаллизация приводит
к образованию твердого раствора, идентичного по составу с
жидкой фазой; скорость роста кристаллов при бездиффузионной
.кристаллизации значительно больше, чем при обычной. А. А. По-
пов считает, что при увеличении скорости охлаждения выше не-
которого предела внутрикристаллическая ликвация начинает
уменьшаться и стремиться к нулю вследствие усиления роли без-
диффузионной кристаллизации.
Образование пересыщенного твердого раствора серы при
увеличении скорости охлаждения металла шва наблюдали
Б. А. Мовчан и Л. А. Позняк. При скорости охлаждения 8—
9°/сек относительная неоднородность по сере была на 20—25%
выше, чем при 50—55°/сек [93].
При кристаллизации с образованием эвтектики увеличение
скорости охлаждения в одних случаях способствует увеличению,
а в других — уменьшению количества эвтектики.
Н. Ф. Лашко и С. В. Лашко-Авакян установили, что в сплаве
А1 — Си при охлаждении со скоростью 80—100°/сек эвтектика
образуется при содержании 0,2% Си; температура эвтектической
точки составляет 525°, тогда как в условиях равновесия эвтекти-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
181
ческая точка лежит при 5,65% Си и 548°; аналогичное смещение
эвтектической точки обнаружено в сплаве А1—Si [68].
С другой стороны, А. А. Попов показал, что при кристаллиза-
ции быстрорежущей стали увеличение скорости охлаждения при-
водит к уменьшению количества ледебуритной эвтектики и к уве-
личению доли аустенита в закристаллизованном металле [124].
Скорость охлаждения при кристаллизации в процессе сварки
может изменяться примерно от 0,5°/сек (электрошлаковая свар-
ка) до 250—300°/сек (сварка первого слоя открытой дугой).
Влияние скорости охлаждения на структуру наплавленного ме-
талла может быть различным. При возникновении кристалли-
зационных трещин роль концентраторов деформации играют
тонкие жидкие прослойки. По данным Н. Ф. Лашко и С. В. Лаш-
ко-Авакян, склонность к трещинам максимальна, если жидкие
прослойки занимают около 4% объема металла; она падает до
нуля при отсутствии прослоек, а также если эвтектика занимает
15% и более по объему, при скорости охлаждения в эффектив-
ном интервале кристаллизации около 107сек. Сходные резуль-
таты получил А. М. Корольков: при охлаждении отливок со ско-
ростью 0,02—0,107сек он наблюдал максимальную склонность
к трещинам при 10% остаточной жидкости и устранение трещин
при 20% жидкости [52].
Уменьшение скорости охлаждения может оказывать как по-
лезное, так и вредное влияние — в зависимости от состава кри-
сталлизующегося сплава.
О роли межкристаллитных прослоек
Современные взгляды на происхождение кристаллизацион-
ных (горячих) трещин сложились постепенно; важное значе-
ние имели работы А. А. Бочвара с сотрудниками [14, 15], Памфри
с сотрудниками [238 и др.]. Происхождение трещин при сварке
стали было рассмотрено с современных позиций в работе [139].
В последующие годы многие ценные сведения были опубликова-
ны в работах [63, 68, 88, 134, 196 и др.].
В главных чертах представления о происхождении кристал-
лизационных трещин у авторов исследований совпадают. Разно-
гласия касаются деталей механизма возникновения трещин в
сварных швах.
Н. Н. Прохоров считает, что наличие или отсутствие трещин
определяется соотношением скорости охлаждения, скорости де-
формации и «температурного интервала хрупкости», природа ко-
торого может быть самой различной [134].
По нашему мнению, возникновение трещин нельзя связывать
с чисто физическим влиянием температуры. Низкая прочность
182
Металлургические вопросы сварки и наплавки
твердого металла вблизи температуры солидуса сама по себе от-
нюдь не связана с низкой пластичностью [163].
Появление концентраторов деформации по границам кристал-
лов можно объяснить только физико-химическими процессами,
сопровождающими кристаллизацию. Без сомнения, определен-
ную роль играют и такие факторы, как размеры кристаллов, их
Рис. 88. Модуль Юнга и декремент затухания
крутильных колебаний в зависимости от тем-.
пературы:
Al-Si — 0.15°/* Si, Al Си — 0.41»/» Си; 0.01"/о Fe,
0.005"/» Si; Al-Mg — 0.4"/о Mg; А! 99,96 — 0.01»/» Си.
0,018"/. Fe, 0.012"/» Si; Al 99,995 — 0.001% Си.
0.0015"/» Fe. 0,0022»/» Si [203]
пространственное расположение. Однако важнейшим фактором,
как показывает опыт, является возникновение прослоек легко-
плавких эвтектик или обогащенного ликвирующими приме-
сями маточного расплава.
Скачкообразное изменение механических свойств при появ-
лении жидких прослоек по границам кристаллов не всегда улав-
ливается обычными методами исследования, такими, например,
как испытание на растяжение или на изгиб. Однако применение
испытаний на внутреннее трение позволяет четко фиксировать
это явление. Влияние жидких прослоек на границах зерен на мо-
дуль упругости и на внутреннее трение металлов вблизи точки
плавления недавно изучил Ш. Буланже [2031. С помощью кру-
тильного маятника он исследовал механические свойства прово-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
183
лок из алюминия и его сплавов, вплоть до точки ликвидус. На
рис. 88 показано, как изменяется модуль упругости и логариф-
мический декремент затухания крутильных колебаний некото-
рых алюминиевых сплавов. В верхней части рисунка показан ин-
тервал солидус — ликвидус для изученных сплавов. Из этих дан-
ных следует, что модуль упругости падает до нуля в интервале
температуры 1—2° при появлении жидкой фазы на границах зе-
рен. Внутреннее трение резко проявляет наличие жидких про-
слоек.
Как показал Буланже, упругость металла падает при нагре-
ве скачкообразно, в очень узком интервале температур. Равным
образом и при охлаждении металла, если в процессе кристалли-
зации возникают тонкие жидкие прослойки по границам
кристаллов, деформационная способность резко снижается.
На рис. 89 представлена схема затвердевания наплавленно-
го валика (поперечное сечение). При малом содержании ликви-
рующих примесей в обычных, наиболее распространенных усло-
виях сварки прослойки не образуются; отсутствуют и кристал-
лизационные трещиньк На рис. 90 показана схема, соответствую-
щая наплавке металла с таким содержанием карбидообразую-
щего элемента и углерода, при котором возникают тонкие жид-
кие прослойки. Растяжение в процессе кристаллизации может
вызвать возникновение трещин. Доказательством реальности
этой схемы служат рис. 74, 75, 76 и 91, где .показаны тонкие про-
слойки ледебуритной эвтектики, обусловливающие возникнове-
ние трещин.
Мнение о том, что жидкие прослойки являются важнейшей
причиной кристаллизационных трещин, возникающих вблизи
температуры солидуса при «твердо«жидком» состоянии металла,
в настоящее время подкреплено обширным экспериментальным
материалом. Это позволяет понять происхождение трещин, на-
блюдаемых в практике сварки и наплавки, и разрабатывать ра-
циональные меры их предупреждения.
Разумеется, жидкие прослойки.— не единственная причи-
на концентрации деформаций и трещин; водород, например, не
создает прослоек и вместе с тем определенно может вызывать
трещины в металле шва, что отмечалось уже в работе [139]. Од-
нако жидкие прослойки — наиболее частая причина трещин при
сварке и наплавке как низколегированных, так и износостойких
высоколегированных сталей и сплавов.
Если принят^, что фактором, определяющим склонность к
трещинам, при прочих равных условиях является наличие темпе-
ратурного интервала хрупкости, то влияние химического состава
наплавленного металла нередко становится необъяснимым.
Отметим также, что попытки установить связь между склон-
ностью к горячим трещинам и механическими свойствами, опре-
184
Металлургические вопросы сварки и наплавки
деляемыми -при высоких температурах на заранее изготовленных
образцах, не увенчались успехом. Показательными оказались
только испытания образцов, отлитых непосредственно перед ис-
Рис. 89. Схема кристалли-
зации наплавленного вали-
ка. Дендриты образуют ре-
шетчатый каркас столбча-
тых кристаллов:
/» 2, 3 — последовательные
стадии затвердевания при
наплавке малоуглеродистой
стали и умеренном содержании
ликвирующих примесей
Рис. 90. Кристаллизация на-
плавленного валика при по-
вышенном содержании кар-
бидообразующей примеси
и углерода:
1, 2, 3 — последовательные ста-
дии затвердевания. Перед фрон-
том кристаллизации возникает
обогащенная область маточного
раствора. Образуются жидкие
прослойки по границам кристал-
лов, возникают трещины
пытанием (Г. Холл, А. А. Бочвар и др.), а также сварных швов в
процессе сварки (Н. Н. Прохоров, И. Ролласон, Г. Л. Петров,
Л. А. Фридлянд и др.). Это свидетельствует о большом значении
явлений, протекающих собственно при кристаллизации металла.
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
185
что и подчеркивается удачным термином, предложенным
Н. Ф. Лашко и С. В. Лашко-Авакян, — «кристаллизационные
трещины».
Рис. 91. Трещина на стыке столбчатых кристаллов в шве, содержа-
щем 0,30% С; 20% Мп. Увеличение 110
6. ЗАКАЛОЧНЫЕ ТРЕЩИНЫ
Как показал Н. О. Окерблом, важнейшей причиной закалоч-
ных трещйЪ при сварке легированных сталей является напря-
женное состояние, возникающее в результате сочетания напря-
жений, вызванных неравномерным нагревом жесткого изделия, и
структурных напряжений в зоне термического влияния сварки
[103]. Образование в околошовной зоне мартенсита обусловли-
вает здесь напряжения сжатия. Укорочение остывающего на-
плавленного валика вызывает появление напряжений растяже-
ния. Градиент напряжений вблизи зоны сплавления становится
так велик, что при недостаточной прочности металла возникают
трещины (рис. 92).
Эти положения были полностью подтверждены эксперимен-
тальными исследованиями В. Н. Земзина [43] и П. А. Мельнико-
ва [90], которые обнаружили, что распределение напряжений в
сварном соединении сильно зависит от природы основного метал-
ла и металла наплавки. При наплавке валика малоуглеродистой
стали на закаливающуюся сталь градиент напряжений в около-
шовной зоне очень велик. Из практики сварки известно, что в по-
добных условиях часто возникают околошовные трещины. При
наплавке валика аустенито-ферритной стали получается малый
J 86
Металлургические вопросы сварки и наплавки
градиент напряжений, что хорошо согласуется с фактом устра-
нения трещин при сварке закаливающейся стали аустенитными
электродами.
Закалка околошовной зоны с образованием мартенсита спо-
собствует появлению трещин. Известно, однако, что закалка .по-
вышает прочность стали в 2—3 раза и более. Поэтому для воз-
никновения трещин необходимо воздействие какого-то иного
фактора, очень резко понижающего сопротивление деформации.
Рис. 92. Схема распределения продольных напряжений
при наплавке валика на поверхность листа из закали-
вающейся стали. По данным Н. О. Окерблома [103],
В. Н. Земзина [43] и П. А. Мельникова [90]
Таким фактором является водород. В. Я. Дубовой рсобенно убе-
дительно показал, что в закаленной стали уже небольшие коли-
чества водорода резко снижают пластичность металла. Так, при
содержании в закаленной стали 25ХНМА 7 сл3/100 г водорода
относительное сужение равно нулю, тогда как отожженная сталь
20 при таком же содержании водорода имеет относительное су-
жение 50% [35]. Это явление, по мнению Дубового, объясняется
скоплением водорода в субмикроскопических трещинах, где он
находится под огромным давлением, в результате чего возникает
объемное напряженное состояние, сильно способствующее хруп-
кому разрушению.
Благодаря малому размеру атома водорода диффузия проис-
ходит с большой скоростью, особенно при высоких температу-
рах. Из металла шва (или наплавки) водород диффундирует в
околошовную зону. Он оказывает большое влияние на развиваю-
щиеся здесь процессы. Коттрелл нашел, что существует связь
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
187
между температурой конца превращения аустенита, содержа-
нием водорода в металле наплавки и окощошовными трещинами.
При сварке низколегированных сталей электродами, которые
дают много водорода, трещины отсутствовали, если превраще-
ние аустенита завершалось выше 290°. При более низкой темпе-
ратуре конца превращения наблюдались околошовные трещины.
Применение электродов, дающих малое количество водорода,
позволило устранить трещины при температуре конца превра-
щения 245°.
Рис. 93. Типичная закалочная трещина. Наплавка электродом ЦП 1
на поверхность пластины стали 20Г. Увеличение 18
При наплавке открытой дугой электродом с целлюлозным по-
крытием на марганцовистую сталь 20Г наблюдаются закалочные
трещины в околошовной зоне (рис. 93). Металл наплавки содер-
жит в ©том случае до 15,0 сж3/100 г водорода. Наплавка под
флюсом исключает образование трещин.
Влияние водорода было отчетливо выявлено в работе
А. М. Макары и Т. М. Слуцкой [86], обнаруживших устранение
закалочных трещин при сварке среднелегированных сталей по-
стоянным током, тогда как при сварке переменным током и про-
чих равных условиях наблюдалось большое количество трещин.
Одновременно было установлено, что при сварке постоянным то-
ком металл шва содержит в 2—4 раза меньше водорода, чем при
сварке переменным током.
А. М. Макара [85] указывает, что напряжения сжатия в око-
лошовной зоне тормозят мартенситное превращение, вследствие
188
Металлургические вопросы сварки и наплавки
чего оно заканчивается при относительно низкой температуре.
Размеры! игл мартенсита определяются размерами аустенитных
зерен. Увеличение количества погонной энергии при сварке улуч-
шаемых сталей не позволяет устранить трещины: хотя скорость
охлаждения уменьшается, но одновременно вырастают крупные
аустенитные зерна, что приводит к образованию крупноиголь-
чатого мартенсита. Если образование мартенсита в околошовной
зоне неизбежно, то для предупреждения закалочных трещин сле-
дует применять сварку малым током, с большой скоростью, что-
бы размеры зоны были минимальны, иглы мартенсита малы и
возникающие напряжения недостаточны для разрушения метал-
ла. Особенно эффективна в таких случаях многослойная сварка
и сварка двумя раздвинутыми дугами.
7. ХРУПКИЕ ТРЕЩИНЫ
В литературе описано много случаев хрупкого разрушения
сварных сооружений: мостов, судов, резервуаров и др. Краткий,
но весьма содержательный обзор подобных аварий дал Г. В. Ра-
евский [140].
Трещины, возникающие при хрупком разрушении, отличают-
ся рядом особенностей. Прежде всего они поражают как металл
шва, так и основной металл. Возникая через более или менее
значительный промежуток времени после сварки, хрупкие тре-
щины распространяются с очень большой скоростью (1200—
1800 м)сек). чем отличаются от трещин усталости, развиваю-
щихся постепенно. Видимая пластическая деформация обычно
отсутствует. Интересно, что, несмотря на столь большую ско-
рость распространения, хрупкая трещина останавливается, если
встречает нагретый участок металла или вязкую, мелкозерни-
стую зону.
Нередко хрупкие трещины образуются без внешней нагрузки
(так, например, разрушались многие мосты). Однако анализ
хрупких разрушений сварных кораблей показывает, что большая
часть опасных трещин возникала при штормовой погоде.
Наконец, хрупкое разрушение конструкций из малоуглероди-
стой стали наблюдается обычно при отрицательных температу-
рах, ввиду чего эти трещины часто называют «холодными».
Давно известно, что резкий неравномерный нагрев массивно-
го изделия и усадка металла шва создают в сварных конструк-
циях зоны, где напряжения растяжения достигают предела теку-
чести. Тем не менее огромное большинство сварных конструкций
и сооружений служит безукоризненно. Остаточные напряжения
оказывают вредное влияние при сочетании неблагоприятных
факторов, особенно при возникновении трещины в металле шва.
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
189
В реальных условиях нередко возникает трехосное напряжен-
ное состояние. При наличии концентраторов напряжений (чаще
всего — кристаллизационных трещин) остаточные напряжения,
а также напряжения от
внешней нагрузки при
работе изделия могут
вызвать появление хруп-
ких трещин.
Исследование усло-
вий распространения
хрупких трещин в таком
вязком материале, как
малоуглеродистая сталь
[243], показало, что при
низкой температуре да-
же небольшие растяги-
вающие напряжения до-
статочны, чтобы трещи-
на росла и разрушала
изделие (рис. 94).
Износостойкие вы-
Рис. 94. Зависимость склонности к хруп-
кому разрушению малоуглеродистой
стали от температуры и напряжения. По
данным Т. С. Робертсона [243]
сокоуглеродистые стали
и сплавы отличаются
низкой пластичностью
и малым сопротивлени-
ем отрыву. Область, в которой возможно распространение хруп-
ких трещин, сдвигается вследствие этого в сторону высоких тем-
ператур, порядка 200—300°. При износостойкой наплавке на
холодное изделие наблюдаются хрупкие трещины!, обычно распо-
ложенные поперек наплавленных валиков, имеющие прямоли-
нейное очертание и переходящие в основной металл.
8. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ТРЕЩИН
Регулирование доли основного металла
При однослойной наплавке, а также при выполнении перво-
го слоя многослойной наплавки глубокий провар, свойственный
сварке под флюсом, может вызвать обогащение наплавленного
валика углеродом, серой и другими примесями из основного ме-
талла. В результате возникают кристаллизационные трещины.
Таково происхождение трещин, наблюдаемых при неудачной тех-
нологии наплавки деталей, изготовленных из стали марок 65, 70 и
др. (например, крановых колес, бандажей вагонных колес, дис-
ковых ножей и т. п.).
Для предупреждения подобных трещин необходимо тем или
190
Металлургические вопросы сварки и наплавки
иным путем снизить долю основного металла в составе наплав-
ленного валика — величину у.
Уменьшение тока и скорости перемещения дуги позволяет
уменьшить у приблизительно до 0,4—0,5. Дальнейшее снижение
приводит к ухудшению формирования и к появлению непро-
варов.
Средством уменьшения доли основного металла является
предложенная Б. А. Ивановым и В. И. Дятловым сварка по при-
садочной проволоке. Для наплавки этот метод пригоден лишь в
редких случаях. Недостатком его является необходимость при-
давать присадочным пруткам точно заданную форму, например
завивать их по винтовой линии. Прутки нужно предварительно
прихватывать в нескольких местах, иначе они коробятся и отхо-
дят от основного металла. Такая подготовка изделий под наплав-
ку слишком трудоемка.
Более удобна наплавка с непрерывной подачей в дугу при-
садочной проволоки (добавочного электрода), о которой сказано
в главе I. Однако в этом случае для наплавки требуется специ-
альный аппарат, с независимой подачей двух проволок.
Удовлетворительные результаты дает наплавка постоянным
током прямой полярности (электрод — минус). Формирование
получается хуже, чем при обратной полярности, но зато величи-
на у может быть на 15—20% ниже, чем при наплавке перемен-
ным током, и на 25—30% ниже, чем при наплавке постоянным то-
ком обратной полярности.
Уменьшение проплавления основного металла может быть
достигнуто с помощью сварки двумя дугами [167]; ток первой
дуги должен быть меньше, чем ток второй, и расстояние между
дугами должно быть достаточно велико, чтобы обе сварочные
ванны были разделены (рис. 95). Кроме уменьшения доли основ-
ного металла, здесь достигается своего рода подогрев за счет
тепла первой дуги, что способствует предупреждению трещин.
Благодаря трудам Л. М. Гутман этот способ в настоящее время
довольно широко применяется ремонтными предприятиями со-
ветского железнодорожного транспорта для автоматической на-
плавки изношенных гребней бандажей [31].
Действенным средством уменьшения у, постоянно приме-
няемым для регулирования доли основного металла при автома-
тической наплавке тел вращения, является уменьшение шага на-
плавки. Этот метод надежен и удобен при наплавке по винтовой
линии изделия, изготовленного из металла с высоким содержа-
нием углерода. Инж. В. П. Субботовский успешно осуществил
наплавку малоуглеродистой проволокой диам. 2 мм под флюсом
АН-10 на цилиндрический валок из серого чугуна без подогрева
изделия. Наплавка начиналась на выводном кольце, прихвачен-
ном к наплавляемому валку с таким расчетом, чтобы на поверх-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
191
Рис. 95. Схема автоматической наплавки
двумя дугами; ток первой дуги в 1,5—
2 раза меньше, чем ток второй дуги
ность чугуна попадал 5-й или 6-й виток. При шаге наплавки
2,8 мм был получен наплавленный слой, свободный от трещин,
содержащий 0,29% С; 2,64% Мп; 0,02% Si, тогда как в основном
металле содержалось 3,62% С, 0,57% Мп и 2,55% Si.
Различные приемы умень-
шения у для предупрежде-
ния трещин используются
при наплавке для восстанов-
ления размеров (без повы-
шения износостойкости), а
также для облицовки подле-
жащих сварке кромок дета-
лей, изготовленных из угле-
родистых и среднелегирован-
ных сталей. Наплавленный
металл в основном представ-
ляет собой низкоуглероди-
стую сталь. Чтобы слой, на-
плавленный без подогрева,
был свободен от трещин, со-
держание углерода не долж-
но превышать примерно
0,25%.
Для износостойкой на-
плавки этого недостаточно. Меры по уменьшению доли сановно-
го металла должны быть дополнены регулированием состава и
структуры наплавленного металла и в необходимых случаях —
предварительным подогревом.
Регулирование состава и структуры наплавленного металла
Выбор химического состава наплавленного металла при из-
носостойкой наплавке определяется условиями службы изделия.
Для повышения износостойкости требуется повышенное содер-
жание углерода, хрома и других примесей. Тем не менее неред-
ко удается с помощью флюса металлургически обработать ме-
талл так, чтобы уменьшить или совсем исключить возможность
образования трещин. Для этой цели необходимо как можно луч-
ше удалить серу, уменьшить содержание кремния, дополнитель-
но легировать металл марганцем и, что особенно важно, сохра-
нить полезные модификаторы наплавленного металла, не допу-
стить их перехода в шлак.
Перечисленные задачи могут быть успешно решены при ис-
пользовании низкокремнистых флюсов, как можно видеть из дан-
ных, приведенных в главе III. Показательные данные в отноше-
нии примесей, имеющих наибольшее значение для возникновения
трещин, представлены в табл. 34. Многослойная наплавка произ-
192
Металлургические вопросы сварки и наплавки
водилась на следующем режиме: ток — 400 а, напряжение дуги
30—34 в, скорость перемещения дуги — 20 м!час, диаметр элек-
тродной проволоки — 3 мм. Состав флюсов указан в табл. 8.
Таблица 34
Изменение состава наплавленного металла в зависимости от состава
флюса
Металл Химический состав, %
с Si Мп S
Проволока 1СГС ' . . Металл, наплавленный: 0,13 0,80 0,89 0,024
под АН 30 0,11 0,66 0,83 0,007
» АН-2.) 0,10 1,01 0.47 0,013
» АН-22 0,10 0,36 2,56 0,007
» АН-10 . . .... 0,16 0,39 3,47 0,004
» АН-348 А . 0,05 1,04 1,76 0,019
Из этих данных следует, что наиболее сильным обессерива-
ющим действием обладает флюс АН-10; кроме того, он активно
окисляет углерод и кремний и легирует металл марганцем.
Вместе с тем, если требуется сохранить в металле такие лег-
ко окисляющиеся примеси, как титан или алюминий, предпочте-
ния заслуживают флюсы АН-30, АН-20 и АН-22. В присутствии
модификатора увеличивается число возникающих дендритных
кристаллов, дендриты разветвляются и разрастаются; транскри-
сталлизация в значительной мере устраняется. В результате мо-
дифицирования удается рассредоточить легкоплавкие эвтектики,
выделяющиеся при кристаллизации, устранить их появление в
виде пленок на границах столбчатых кристаллов. Это способст-
вует предупреждению трещин.
При сварке и наплавке проволокой Х20Н10Г6 наблюдалось
образование горячих трещин в металле шва. Введение в состав
проволоки титана и применение флюса АН-22 позволило пол-
ностью исключить образование трещин, главным образом, бла-
годаря модифицированию и измельчению первичной структуры
металла шва [156].
По данным Е. И. Лейначука присадка титана в количестве
1,0—1,6% позволяет значительно уменьшить склонность к кри-
сталлизационным трещинам при наплавке металла с содержа-
нием углерода до 2,8%. При этом наблюдается разрушение
столбчатой структуры наплавленного металла и равномерное
распределение карбидной составляющей.
Влияние режима наплавки на состав наплавленного метал-
ла может быть использовано для предупреждения трещин. Свар-
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
193
ку или наплавку первого слоя производят малым током, при по-
вышенном напряжении дуги и при малом шаге наплавки.
Подобный способ был успешно применен нами при разработ-
ке технологии сварки ответственных деталей из сталей 35 и 45.
Сварка производится под флюсом АН-348-А, электродной прово-
локой диаметром 2 мм, постоянным током 260—300 а.
При наплавке на подобном режиме производят только обли-
цовку. Последующие слои наплавляют на режиме, выбранном
таким образом, чтобы получить оптимальный состав наплавлен-
ного металла.
Предварительный подогрев
Изобретатель 'электросварки Н. Г. Славянов, считавший по-
догрев наиболее надежным средством предупреждения трещин,
писал:
«Всякая вещь, подлежащая обработке с помощью электриче-
ской отливки, во всяком случае должна быть предварительно
более или менее подогрета» [153].
За 65 лет, истекших со времени издания книги Славянова,
подогрев для сварки применялся в сравнительно небольших мас-
штабах; для износостойкой наплавки указания Славянова пол-
ностью сохраняют свою силу. По существу без подогрева нельзя
избежать трещин в наплавленном слое, если наплавленный ме-
талл представляет собой высокоуглеродистую инструментальную
сталь.
Желательно, чтобы температура подогрева была минималь-
ной, в особенности при наплавке громоздких, тяжелых изделий.
Ввиду множества факторов, от которых зависит склонность
к трещинам, пока не представляется возможным определить ми-
нимально необходимую температуру подогрева расчетным путем.
Наиболее надежные результаты дает опыт, если он проводится
в достаточно близких к действительности условиях.
Для определения минимальной температуры подогрева, не-
обходимой при наплавке слоя стали ЗХ2В8 проволокой ПП-ЗХ2В8
под флюсом АН-20, была проведена опытная наплавка натурных
валков. Режим наплавки во всех опытах был одинаковый, изме-
нялась лишь температура подогрева. Наплавленные валки, на
которых не было видимых трещин, подвергали обточке, после
чего наличие трешин исследовали с помощью магнитного порош-
ка и травления раствором (NH4)2S2O8. Результаты опытов:
Наличие видимых Наличие трещин, вы-
Температура валка трещин в наплавленном явленных после обточ-
перед наплавкой, °C слое ки
20 Есть Есть
(220 Есть Есть
280 Нет Есть
350 Нет Нет
400 Нет Нет
13 Зак. 390
194
Металлургические вопросы сварки и наплавки
На основании этих опытов минимальная температура подо-
грева была установлена 350°.
При более жестких условиях (например, при наличии готовых
надрезов) требуется подогрев до более высокой температуры.
Е. И. Лейначук исследовал влияние предварительного подогрева
с помощью составных 'образцов, предложенных Эпблеттом и Пе-
ллини [196]. Образцы были изготовлены из стали 45. Наплавка
стали ЗХ2В8 проволокой ЭИ701 производилась в 4 слоя. При
Рис. 96. Склонность к трещинам на-
плавленного металла типа ЗХ2В8 в
зависимости от температуры подо-
грева при наличии готовых надрезов
(испытание по методике В. Р. Эп-
блетта и В. С. Пеллини [196J)
Рис. 97. Температура подогрева,
необходимая для предупреждения
трещин в наплавленном металле,
в зависимости от содержания
углерода. По данным Е. И. Лей-
начука и В. В. Подгаецкого [70]
каждой температуре была выполнена наплавка поперек 20 сты-
ков и после излома исследован процент стыков с горячими тре-
щинами. Результаты представлены на графике рис. 96. Как вид-
но из графика, в этом случае минимальная температура подогре-
ва, исключающая образование трещин, равна 550°.
В нашей лаборатории были проведены опыты по определению
минимальной температуры подогрева при наплавке некоторых
других сталей. Е. И. Лейначук и В. В. Подгаецкий [70] исследо-
вали зависимость минимально необходимой температуры подо-
грева от содержания углерода в наплавленном металле. Произ-
водились однослойные наплавки на пластины проволокой с раз-
личным содержанием углерода под флюсом АН-348-А. Отноше-
ние Мп : S во всех случаях было более 20, содержание кремния
в пределах 0,60—0,75%. марганца 1,25—1,55%. Наличие трещин
Трещины в наплавленном слое и их предупреждение
195
выявляли путем исследования макрошлифов. Результаты опытов
показаны на графике рис. 97. Как видно из этих данных, при
содержании углерода 0,50% и более в данном случае не удается
предупредить трещины с помощью подогрева.
И. К. Походня изучал влияние скорости охлаждения и тем-
пературы подогрева на склонность к трещинам при наплавке ва-
лика порошковой проволокой ПП-Х12ВФ под флюсом АН-30
на поверхность пластины из такой же стали [127]. Было установ-
лено, что между скоростью охлаждения и склонностью к трещи-
нам нет прямой связи. Независимо от режима наплавки, при тем-
пературе наплавляемой детали 20, 150 и 200° в наплавленном
валике и в кратере наблюдалось много трещин. При подогреве
до 240 и 340° трещины наблюдались только в кратере. Подогрев
до 500° позволил полностью устранить трещины. Эта температу-
ра и была принята как необходимая для устранения трещин в
производственных условиях.
В различных видах подогрев деталей перед наплавкой широ-
ко применяется в промышленности.
Предварительный подогрев изделия является также надеж-
ным методом предупреждения околошовных трещин, так как спо-
собствует распаду аустенита при температурах выше мартен-
ситной точки и позволяет уменьшить скорость охлаждения в ин-
тервале мартенситного превращения. Если исключить образова-
ние мартенсита в околошовной зоне, то и возникновение около-
шовных трещин будет исключено.
Мерами предупреждения хрупких трещин служат: а) предва-
рительный подогрев изделия (по возможности сквозной нагрев
всего сечения) и б) замедленное охлаждение после наплавки (тем
медленнее, чем больше масса наплавленного изделия). В этом
случае степень неравноглерности нагрева меньше, а значит умень-
шаются и напряжения. При медленном остывании происходит ча-
стичная релаксация напряжений. В итоге трещнньи удается пре-
дупредить. Во многих случаях для снятия остаточных напряже-
ний, способствующих появлению трещин при работе изделия,
весьма полезен отпуск наплавленного изделия при температуре
от 400 до 550°.
1
13*
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ
АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИЗНОСОСТОЙКОЙ
НАПЛАВКИ
Глава VI!
НАПЛАВЛЕННЫЙ МЕТАЛЛ
Для наплавки в настоящее время используются сплавы весь-
ма разнообразных композиций. Их классификация 'Наиболее удоб-
на по химическому составу, который определяет структуру, ме-
ханические свойства и износостойкость. Способ наплавки оказы-
вает большое влияние на однородность, возникновение пороков и
другие особенности наплавленного слоя; однако важнейшее зна-
чение имеет химический состав металла.
В технической литературе и каталогах можно найти несколь-
ко сот вариантов составов наплавленного металла, часто незна-
чительно отличающихся друг от друга, но носящих разнообраз-
ные названия и обозначения. Ниже рассмотрены только харак-
терные группы составов наплавленного металла, достаточно ши-
роко применяемого в промышленной практике. Независимо от
названий и обозначений электродов, для наплавленного метал-
ла приняты: единая маркировка в соответствии с действующими
стандартами и последовательная сквозная нумерация (табл. 35—
51).
1. УГЛЕРОДИСТЫЕ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ И ЧУГУН
Наплавка металла этого типа применяется очень часто для
восстановления размеров разнообразных изделий. Типичные со-
ставы наплавленного металла, представляющего собой низкоуг-
леродистую нелегированную или низколегированную сталь, при-
ведены в табл. 35.
Металлы № 1, 2 и 3 наплавляются с помощью стандартной
сварочной проволоки соответствующих марок в сочетании с обыч-
ным сварочным флюсом типа АН-348-А. Для наплавки сталей
№ 4 и 5 применяют низколегированную электродную проволоку
марок 13Г2Х и Св-ЗОХГСА. Сталь № 6 наплавляется соответ-
ствующей легированной проволокой под обычным флюсом либо
стандартной нелегированной сварочной проволокой под керами-
Наплавленный металл
197
Таблица 35
Низкоуглеродистые и низколегированные стали
(менее 5% легирующих примесей)
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла % Твердость после наплавки н в
с Si Мп Сг
1 С8Г 0,08 0,4 1,0 160—2С0
2 С8ГС 0,18 1.0 1,6 — 170-220
3 15Г2С 0,15 0,8 1,8 — 180—240
4 15Г2Х . 0,15 0,4 1,7 0,7 200—270
5 15ХГ2С 0,15 1,2 1,7 0,7 220—300
6 25X3 0,25 0,4 0,8 3,0 300—380
ческим флюсом; наплавленный металл близкого состава можно
также получить, применяя легирующие покрытия.
Рис. 98. Первичная структура металла наплавки
Первичная структура низкоуглеродистого наплавленного ме-
талла может быть выявлена специальными методами травления
[141]. Она состоит из столбчатых кристаллов, ориентированных по
нормали к поверхности раздела металла наплавки и основного
металла. При оптимальной форме наплавленного валика столб-
чатые кристаллы направлены перпендикулярно рабочей поверх
ности, как показывает рис. 98. Абсолютные размеры первичных
198
Материалы и технология автоматической наплавки
кристаллов, благодаря большой скорости кристаллизации, очень
малы; они в десятки и сотни раз меньше кристаллов в отливках
из стали того же химического состава.
Большим своеобразием отличается вторичная структура на-
плавленного металла. Вследствие быстрого охлаждения, обус
ловленного отводом тепла в массу наплавляемого изделия, высо-
котемпературные фазы переохлаждаются и распад аустенита
происходит при сравнительно низкой температуре с большой
скоростью. Диффузия углерода не успевает произойти полностью,
и в металле наплавки возникают неравновесные структуры. Ау-
стенитные зерна обычно образуются в пределах первичных столб-
чатых кристаллов. Доэвтектондный феррит выделяется преи-
мущественно по границам зерен. Соотношение количеств ферри-
та и перлита зависит от скорости охлаждения: чем она больше,
тем большую долю структуры^ составляет неравновесный перлит.
А. М. Макара нашел, что в металле наплавки, содержащем
0,14% С, количество перлита изменяется от 18% при скорости
охлаждения 1°/сек до 62% при скорости охлаждения 1107сек.
В последнем случае перлит содержит всего0,18% С вместо 0,82%
в равновесных условиях. Соответственно увеличивается твер-
дость и прочность металла и снижается его пластичность [1].
Вторичная структура низколегированного металла, наплав-
ленного с различной скоростью охлаждения, представлена на
рис. 99. Скорость охлаждения была измерена посредством запи-
си температуры осциллографом; данные относятся к температу-
ре наименьшей устойчивости аустенита (550°).
Изменение твердости металла наплавки в зависимости от ско-
рости охлаждения иллюстрирует график (рис. 100), построенный
по данным С. А. Островской и С. Л. Мандельберга [106], отно-
сящимся к металлу, содержащему 0,09—0,17% С и 0,7—1,1% Мп.
Отпуск наплавленных изделий при температуре 600° способ-
ствует диффузии углерода; количество неравновесного перлита
уменьшается, и твердость наплавленного металла снижается до
минимальных значений, указанные на графике.
Наплавка мягкого металла типа 08Г, 08ГС и 15Г2С широко
применяется для восстановления размеров слабо нагруженных
деталей машин, посадочных участков под подшипники качения и
различных деталей, подвергающихся затем износостойкой на-
плавке.
Структура наплавленного металла типа 15Г2Х, 15ХГ2С и в
особенности 25X3, содержащего хром, более сложна: наряду с
неравновесным перлитом возможно присутствие и других мета-
стабильных структурных составляющих. Распад аустенита с об-
разованием перлита происходит лишь частично или полностью
подавляется; основная масса металла претерпевает превращение
при относительно низкой температуре. Диффузия углерода при
200
Материалы и технология автоматической наплавки
этой температуре в некоторой мере еще возможна, но перемеще
ние атомов железа и легирующих элементов заторможено полно-
стью, и образование феррита осуществляется бездиффузионным
механизмом, когерентно с аустенитом, путем зарождения и роста
зародышей. Как известно, такой механизм распада приводит к
образованию игольчатого троостита. Эта структура состоит из
участков a-железа, ориентированных подобно мартенситу, с рав-
Р.ис. 100. Твердость наплаи-
ленного металла типа 08Г в
зависимости от скорости ох-
лаждения при 550°
номерно распределенными весь-
ма дисперсными карбидами..
Обычно карбиды представляют
собой цементит, содержащий в
растворе то или иное количество
легирующих примесей. Такая
структура, весьма желательная
для износостойкого наплавленно
го металла, обеспечивает сочета-
ние сравнительно высокой твер
дости и достаточной вязкости.
При наплавке металла типа
15ХГ2С (например, проволокой
Св-ЗОХГСА под флюсом
АН-348-А)
желательная структу-
ра получается при охлаждении
около 550° со скоростью в преде-
лах от 10 до 40° в секунду.
Чрезмерное увеличение ско
рости охлаждения может вести к частичному образованию мар-
тенсита, что связано с повышением твердости, но также и с уве-
личением хрупкости наплавленного слоя, не говоря уже о воз
можности образования трещин.
Чрезмерное уменьшение скорости охлаждения обусловливает
распад значительной части аустенита при высоких температу-
рах с образованием перлита. Укрупнение размеров карбидных
частиц ведет к снижению твердости и износостойкости, а поэто-
му нежелательно.
При наплавке массивных деталей оптимальные свойства на-
плавленного слоя достигаются при предзарительном подогрезе
до 200—250°; при наплавке небольших деталей для подогрева
достаточно тепла дуги.
Посредством закалки твердость наплавленного металла мо-
жет быть повышена примерно до 400 Нв.
Типичное назначение низколегированного наплавленного
металла: для наплавки обжимных прокатных валков, крановых
колес, железнодорожных бандажей, натяжных колес гусеничных
машин, шпинделей, муфт и других деталей, в службе которых
преобладает трение металла о металл.
Наплавленный металл
20 f
Для деталей, работающих в контакте с абразивными мате-
риалами, применяются низколегированные стали и чугун, при-
мерный состав которых указан в табл. 36.
Углеродистые низколегированные стали и чугун
Таблица 36
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Твердость после наплавки- «с
с Si Мп Сг Мо
7 6ПХЗ . . . 0,60 0,25 0,40 3,о 46—55
8 УНХЗГМ 1.0 0,25 1,5 3,0 1,0 48-62
9 УЗО 3,0 1,0 0,5 — 40—50
Наплавка сталей № 7 и 8 производится электродной прово-
локой с соответствующим легирующим покрытием. Возможно
применение и порошковой проволоки, а также наплавка под
керамическим флюсом.
Структура наплавленного металла типа 60X3 и У10ХЗГМ
состоит в основном из мартенсита и различных количеств оста-
точного аустенита; присутствует также игольчатый троостит. По
границам столбчатых кристаллов возникают прослойки высо-
кохромистой ледебуритной эвтектики. Вследствие больших
структурных напряжений и наличия ледебуритных прослоек
склонность к трещинам сравнительно велика. Если необходимо
предупредить образование трещин, наплавляемое изделие подо-
гревают. Путем отжига наплавленных деталей твердость сни-
жается примерно до 20 Д с, и становится возможной механиче-
ская обработка, после которой следует закалка.
Типичное назначение: для наплавки ножей ножниц для рез-
ки тряпья и бумаги, ножей бульдозеров и грейдеров, фрикцион-
ных дисков прессов, шнеков, деталей импеллеров и пр.
Наплавка слоя отбеленного чугуна (№ 9 в табл. 36) произ-
водится электродной лентой из ковкого чугуна под флюсом
АН-28 [56]. Структуру наплавленного металла образуют столб-
чатые кристаллы очень малых размеров (сравнительно с кри-
сталлами обычных чугунных отливок). Скорость охлаждения
при наплавке достаточно велика, чтобы полностью исключить
графитизацию. При затвердевании расплава образуется аусте-
нито-карбидная эвтектика. Количество первичного цементита,
а также степень распада аустенита при вторичной кристаллиза-
ции зависит от 'скорости охлаждения, обусловленной толщиной.
202
Материалы и технология автоматической наплавки
наплавляемого изделия, температурой подогрева, режимом на-
плавки и пр. Чем быстрее охлаждается наплавленный валик,
тем мельче образующиеся кристаллы, тем больше выделяется
цементита и тем выше дисперсность и твердость продуктов рас-
пада аустенита. Типичные структуры наплавленного чугуна
представлены на рис. 101.
При наплавке на массивное изделие без подогрева твер-
дость наплавленного отбеленного чугуна достигает 50 Rc ПРИ
Рис. 101. Структура наплавленного чугуна:
а — при малой скорости охлаждения, твердость 41 R& б — при большой скорости
охлаждения, твердость 49 Rc (Г. В. Ксендзык)
наплавке на тонкую пластину или с высоким подогревом она
составляет около 40 Rc- Пластичность наплавленного металла
очень низка, ввиду чего в наплавленном слое неизбежно обра-
зуются волосные хрупкие трещины, если основным металлом
служит сталь. По-видимому, здесь важна также разница коэф-
фициентов линейного расширения основного и наплавленного
металла (для отбеленного чугуна в интервале от 20 до 300°
а=9,8 10-6, тогда как для стали а составляет около 12 • 106).
Тем не менее для многих деталей, подверженных абразив-
ному износу, наплавка слоя отбеленного чугуна весьма целе-
сообразна. Типичное назначение: для наплавки защитных листов
бункеров, скипов и транспортеров на горнорудных и металлур-
гических предприятиях, рабочих органов землеройных, строи-
тельных и сельскохозяйственных машин и др.
Наплавленный металл
203
2. ВйСОКОМАРГАНЦЕВЫЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
Высокомарганцевая аустенитная сталь типа Г13 (сталь
Гадфильда) известна уже более 70 лет; для многих назначе-
ний она остается непревзойденным износостойким материалом.
Обычно литая сталь этого типа содержит около 1,3% С и
13% Мп. Если количество марганца увеличивается примерно
до 20%, а содержание углерода составляет от ’/ю до Vis содер-
жания марганца, то свойства стали изменяются мало. После
закалки в воде от 1000° аустенитная высокомарганцевая сталь
обладает высокой прочностью и очень большой вязкостью: пре-
дел прочности 80—100 кг/мм2 при удлинении более 40% и
ударной вязкости 20—30 кгм/см2. Твердость в литом состоянии
находится в пределах от 180 до 220 Нв, но под влиянием накле-
па быстро возрастает до 450—550 Нв. Сталь Г13 отличается
очень высокой износостойкостью, если условия службы изделия
связаны со смятием, с повторными ударами. При обработке
резанием наклеп возникает под резцом, что чрезвычайно затруд-
няет механическую обработку. Точение и сверление стали ти-
па Г13 возможно твердосплавным инструментом, но трудоемко
и применяется редко. Как правило, из стали Г13 изготовляют
только отливки, без последующей механической обработки.
Наплавка сталей типа Г13 применяется при ремонте деталей,
изготовленных как из стали данного типа, так и из углеродистых
сталей. Типичные составы наплавленного металла представле-
ны в табл. 37.
Таблица 37
Высокомарганцевые аустенитные стали
№ п/п Маркировка • Средний состав наплавленного металла, % Твердость Н &
с SI Мп Ni Мо Р после наплавки после наклепа
10 Г13 1,0 0,6 13,0 — 0,03 220—28(1 450—550
11 Г13Н4 0.7 0,8 13.5 4,0 — 0,04 170—231) 450—550
12 Г13М 0,7 0,8 13 5 — 1,0 0,04 170—230 450—550
13 Г13М4 0,8 0,8 14,0 — 4,0 0,04 200—260 450—550
Наплавка производится электродной проволокой соответ-
ствующего состава с покрытием или без покрытия, а также мо-
жет быть выполнена порошковой проволокой и электродной лен-
той под флюсом.
204
Материалы и технология автоматической наплавки
Структура металла наплавки сильно зависит от скорости
охлаждения. На рис. 102 представлены диаграммы изотермиче-
ского распада аустенита в высокомарганцевой стали, содержа-
щей 1,28% и 0,83% С. Распад аустенита в стали с высоким
содержанием углерода начинается выделением на границах
Рис. 102. Кривые изотермиче-
ского распада аустенита выео-
комарганцевой стали, содержа-
щей:
а — 1.28% С; 12.4"/» Мп; O.3.W. Si;
0.009% S; 0.030»/» Р; 6 — 0.83% С;
13,1«/, Мп; 0.62% Si; 0.008’/» S;
0,03% Р. Аустенизация 30 мин. при
1050°, зерно № 6 [207]
Рис. 103. Микроструктура однослой-
ной наплавки типа Г13 на сталь того
же состава; увеличение 100
зерен весьма небольшого количества цементита (пунктирная
линия). При большой продолжительности нагрева или более
медленном охлаждении от температуры аустенизации появля-
ются пластинчатые выделения цементита на границах зерен и
внутри кристаллов (в высокоуглеродистой стали) Наконец, при
еше более медленном охлаждении (или при более длительном
нагреве аустенитной стали) происходит распад аустенита с об-
разованием троостита. Однако даже при выдержке в течение
100 час. при 550—600° распадается не более 50% аустенита.
Наплавленный металл
205
При скоростях охлаждения, характерных для дуговой на-
плавки на массивное холодное изделие, металл наплавки имеет
аустенитную структуру, углерод находится в твердом растворе.
Микроструктура однослойной наплавки типа Г13 представлена
на рис. 103.
Уменьшение скорости охлаждения (например, вследствие
разогрева изделия) может вызвать частичный распад аустени-
та, что приводит к снижению вязкости металла и вызывает
хрупкость. Подобное явление возможно в зоне термического
влияния сварки при многослойной наплавке.
Для повышения устойчивости аустенита применяются два
способа: снижение содержания углерода и дополнительное леги-
рование никелем. Как видно из табл. 37, в наплавленном ме-
талле используется обычно более низкое содержание углерода,
чем в литой стали Г13. Технические условия, принятые в США
[250], предусматривают от 0,55 до 0,90% С в металле наплав-
ки. Присадка никеля сообщает наплавленному металлу способ-
ность выдерживать нагрев до 400—450° без заметного изменения
структуры и свойств.
Максимальную вязкость наплавленный металл рассматри-
ваемого типа приобретает после закалки в воде от 1000°. За-
калка применима только для деталей, изготовленных из стали
Г13. Если основным металлом служит углеродистая сталь, то
различие коэффициентов расширения может привести к отколу
наплавленного слоя. Перед закалкой целесообразно нагреть
наплавленную деталь до 600—650° и выдержать при этой тем-
пературе 4—6 час. Такой нагрев приводит к частичному распа-
ду аустенита; при последующем нагреве перед закалкой (обыч-
но 2 часа при 1000°) в микрообъемах, где выделился перлит,
будут зарождаться новые аустенитные зерна, и структура после
закалки окажется более мелкозернистой, чем полученная без
предварительной низкотемпературной выдержки. После закал-
ки предел прочности наплавленного металла составляет около
75 кг)мм2. Прочность повышается присадкой молибдена, а так-
же никеля. Наплавленный металл типа Г13Н4 и Г13М обла-
дает после закалки пределом прочности не менее 85 кг]мм2.
Однако закалка наплавленных деталей применяется в ред-
ких случаях. Чтобы получить чисто аустенитную структуру на-
плавленного металла без закалки, необходимо применять ре-
жимы наплавки, обеспечивающие высокую скорость охлаж-
дения. При ручной наплавке рекомендуется, чтобы сечение на-
плавленного валика не превышало 100 мм2, а мощность дуги
была не более 3,5 кет. При автоматической наплавке стано-
вится возможным применение более мощной дуги, но не следует
допускать разогрева наплавляемого изделия Иногда приме-
няется даже охлаждение водой.
206
Материалы и технология автоматической наплавки
Износостойкость наплавленного металла очень высока при
ударной нагрузке, сочетающейся с наклепом, что имеет место
при службе концов рельсов, крестовин, крупных литых зубча-
тых колес, соединительных муфт прокатных станов. Наплавка
высокомарганцевых аустенитных сталей широко используется
также при ремонте деталей дробильно-размольного оборудова-
ния: конусов и щек дробилок. При дроблении железной руды,
гранита и других скальных пород стали типа Г13 служат луч-
ше других известных материалов. Эффективность их использо-
вания ниже, если дроблению и помолу подвергаются известняк
или доломит.
В условиях преобладания абразивного износа без ударов
(условия службы сопла пескоструйного аппарата) износостой-
кость сталей рассматриваемой группы невысока: при истирании
сухим песком износ стали типа Г13 составляет 41—56%, мок-
рым— даже 75—85% износа стали Ст. 3 (принятого за 100%)
[250]. Предварительный наклеп не улучшает стойкости против
износа кварцевым песком.
Чтобы наплавленный металл был стойким против абразив-
ного износа, необходимо наличие в его структуре твердых со-
ставляющих, обычно карбидов. Высокомарганцевые высоко-
углеродистые сплавы (легированные чугуны) большей частью
содержат также хром. Характерные примеры приведены
в табл. 38.
Таблица 38
Высокоуглеродистые сплавы, содержащие марганец и хром
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла % Твердость после наплавки КС
с Si Мп Сг
14 У35Г7Х7 ... 1,8—5,2 0,4—0,9 4-8 4—10 52—60
15 У3716ХЗ . . . 2,5—4,8 0,4—0,7 4-6,5 2,0—4,5 52—56
Сплав № 14 известен под названием «сталинит». Наплавка
его осуществляется путем расплавления угольным электродом
шихты, нанесенной на наплавляемую поверхность. Сплав № 15,
носящий название ВИСХОМ-9, наплавляется таким же спо-
собом. Доля участия основного металла колеблется в зависи-
мости от режима наплавки, числа слоев и др., ввиду чего состав
металла наплавки может колебаться в широких пределах.
Структура наплавленного металла характерна для легиро-
ванного чугуна: первичные карбиды, остаточный аустенит -и ле-
Наплавленный металл
207
дсбуритная эвтектика. Эвтектика часто образует прожилки и
прослойки по границам столбчатых кристаллов, что способ-
ствует возникновению кристаллизационных трещин. Сетка во-
лосных трещин обычна для металла данного типа, наплавлен-
ного без подогрева. Для надежного предупреждения трещин
требуется подогрев до 500—600°, а также замедленное охлаж-
дение после наплавки. Смягчение наплавленного металла путем
термической обработки невозможно. Детали с наплавкой ста-
линитом, как правило, не подвергаются механической обработке.
Типичные назначения: сталинит — для наплавки деталей
дробильно-размольного оборудования, цементных мельниц,
шнеков, лопастей глиномешалок, деталей кирпичных прессов и
др.; ВИСХОМ-9 — для наплавки лап культиваторов, лемехов и
отвалов плугов и др.
Износостойкость наплавленных деталей в 3—5 раз выше, чем
деталей, изготовленных из конструкционных сталей.
3. ВЫСОКОХРОМИСТЫЕ СТАЛИ И ЧУГУНЫ
Высоколегированные хромистые стали и чугуны —наиболее
важная группа наплавок. Хром как компонент стали обладает
рядом ценнейших качеств: он придает стали стойкость против
коррозии, повышает прочность при обычных и высоких темпера-
турах, улучшает прокаливаемость. Благодаря высокому срод-
ству к углероду хром образует устойчивые карбиды, весьма
твердые и износостойкие. Прочная связь углерода и хрома за-
медляет растворение карбидов и диффузию углерода, что спо-
собствует жаропрочности и малой чувствительности к перегреву.
Низко- и среднеуглеродистые высокохромистые стали
В табл. 39 приведены составы низкоуглеродистых и средне-
углеродистых высокохромистых сталей, наиболее часто приме-
няемых для наплавки.
Стали № 16 и 19 наплавляют проволокой марок Св-08Х11,
'1X13 и 4X13 под нейтральным флюсом или электродами с по-
крытием основного типа; стали № 17, 18, 20 и 21—электрода-
ми с легирующим покрытием; возможно также применение по-
рошковой проволоки и другие способы.
Структура наплавленного металла в большой мере зависит
от скорости охлаждения. О структуре при наплавке с подогре-
вом до 200° можно ориентировочно судить по графику, пред-
ставленному на рис. 104 (по данным Э. Бейна [11]).
Феррит и игольчатый феррит (псевдомартенсит) —главные
структурные составляющие наплавленного металла типа 1X13.
1Х17МТ, 1Х25Н4Т и 3X13. Углерод преимущественно растворен
•208
Материалы и технология автоматической наплавки
в игольчатом феррите; при высоком отпуске он выделяется из
раствора, и (получается структура типа сорбита. На графике не
показаны области образования игольчатого троостита. Между
тем в наплавленном
Рис. 104. Структурная диаграмма хромистых
сталей после нормализации ло данным
Э. Бейна [II]:
Ф — феррит; П — перлит; Л4 — мартенсит;
М' — псевдомартенсит (игольчатый феррит)
металле типа 5Х9СЗ, а
также 4Х5М игольча-
тый троостит — важная
структурная составля-
ющая; распад аусте-
нита в этих сталях про-
исходит при относи-
тельно низких темпера-
турах (и ведет к обра-
зованию тонкодисперс-
ного игольчатого тро-
остита; возможно так-
же образование мар-
тенсита.
Детали, наплавлен-
ные хромистыми ста-
лями, указанными в
табл. 39, могут быть
под вер гнуты тер миче-
ской обработке — от-
жигу и последующей
закалке с отпуском. Во
многих случаях на-
плавленный металл ис-
пользуется без термообработки; необходимые размеры или фор-
му придают изделиям посредством шлифовки или электроэрози-
онной обработки
Таблица 39
Низкоуглеродистые и среднеуглеродистые высокохромистые стали
Ле п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Твердость после наплавки Кс
с Si Мп Сг N1 Мо Т1
16 1X13 0,10 1,2 0,4 12,0 32—38
17 1Х17МТ 0,12 0,4 0,4 17,0 — 1,0 0,2 37—44
18 1X25 Н4Т 0,12 0,6 1,5 24,0 4,0 — 0,3 22—25
19 3X13 0,25 о.з 0,4 12,0 , — .— 45—52
20 4Х5М 0,40 0,2 0,4 5,0 — 1,5 — 42—46
21 5Х9СЗ 0,50 3,0 0,4 9,0 — — — 53-58
Наплавленный металл
209
Стали типа 1X13 и 1Х17МТ используются при наплавке
уплотнительных поверхностей котельной арматуры для пара
высокого давления, а также различных задвижек, работающих
в морской воде; высокая коррозионная стойкость хромистой ста-
ли и повышенная прочность при температурах до 400° имеют
при этом решающее значение. Износостойкость этих сталей
удовлетворительна при трении со смазкой. Наплавка стали 1X13
применяется в СССР и в США при восстановлении изношенных
коленчатых валов тракторных и автомобильных двигателей и
других деталей машин.
Наплавленный металл типа 1Х25Н4Т содержит много оста-
точного аустенита, способен повышать прочность при наклепе.
Применяется при наплавке тяжелых штампов горячей штам-
повки и других деталей, работающих при высокой температуре.
Типичное назначение наплавленного металла типа 3X13 —
детали машин, при работе которых имеет место как трение ме-
талла о металл, так и абразивный износ (например, опорные
ролики и натяжные колеса гусеничных тракторов, экскаваторов
и транспортеров).
Инструментальная сталь типа 4Х5М широко используется
в Швеции и других странах для наплавки штампов горячей
штамповки, ножей ножниц для резки горячего металла. Она
обладает удовлетворительной термической выносливостью и
способна длительно сохранять высокую прочность при нагреве.
Сталь 5Х9СЗ относится к классу клапанных сталей, так на-
зываемых сильхромов. Высокая окалиностойкость и теплоустой-
чивость являются ее достоинствами. Используется для на-
плавки деталей печного оборудования, ножей ножниц горячей
резки, в ФРГ и Австрии — для наплавки вырубных штампов
холодной штамповки и нЛкей для резки холодного металла
(стойкость наплавленных ножей оказалась в 3—4 раза выше,
чем ножей из углеродистой стали).
Высокоуглеродистые высокохром истые стали
Чрезвычайно высокая износостойкость достигается при од-
новременном легировании стали большими количествами хро-
ма и углерода; в сталях типа Х12 обычно содержатся 1,5—
2,3% С и 11,5—'13,5% Сг, а также небольшие количества дру-
гих легирующих примесей. Отличительные особенности этих
сталей — высокая твердость, глубокая прокаливаемость и ма-
лая деформируемость при закалке. После отжига стали типа
Х12 удовлетворительно обрабатываются резанием. Путем тер-
мической обработки можно придать наплавленному металлу
различную твердость, а также определенную красностойкость —
в зависимости от назначения изделия. Типичные составы на-
Н Зак. 390
210
Материалы и технология автоматической наплавки
плавленного металла типа XI2 представлены в табл. 40 под
№ 22, 23 и 24; там же приведены составы близких к сталям Х12
высокоуглеродистых высокохромистых сплавов.
Т а б лица 40
Автоматическая наплавка сталей и сплавов рассматривае-
мого типа производится порошковой электродной проволокой
под низкокремнистым флюсом или малоуглеродистой проволо-
кой под керамическим флюсом. Предложены также покрытия
для наплавки открытой дугой.
Структура наплавленного металла состоит из ледебуритной
эвтектики и остаточного аустенита (рис. 105). Обе эти струк-
турные составляющие отличаются хорошей износостойкостью,
благодаря высокой твердости карбидов хрома и способности
аустенита упрочняться при наклепе. Присутствие большого ко-
личества хрупкой ледебуритной эвтектики обусловливает не-
обходимость предварительного подогрева. Согласно исследо-
ванию И. К. Походни [126], для надежного предупреждения
трещин при наплавке сталей типа XI2 необходим предвари-
тельный подогрев до температуры не ниже 500°; рекомендуется
тотчас после наплавки поместить изделие в лечь с температу-
рой 700° и охлаждать вместе с печью.
Твердость металла типа Х12, наплавленного без подогрева,
составляет 38—45 Rc, что объясняется присутствием большого
количества остаточного аустенита. При наплавке с подогревом
до 500° и замедленном охлаждении наплавленный металл имеет
твердость 60—62 Rc. Отжиг наплавленных заготовок произ-
водится путем нагрева до 870—900°, выдержки в течение
2 час., охлаждения с печью до 700° и выдержки при 700° в те-
чение 8 час., после чего следует охлаждение на воздухе. Твер-
дость наплавленного металла после отжига 28—29 Rc, структу-
ра— шерлит, металл вполне удовлетворительно обрабатывает-
ся резанием.
Наплавленный металл
211
Закалка наплавленных изделий может быть произведена
для получения максимальной твердости (для назначений, где
требуется наилучшее сопротивление абразивному износу, а
удары отсутствуют) или удовлетворительной вязкости (для
деталей, испытывающих динамические нагрузки). В первом
случае применяется закалка в масле от температуры 950° к от-
пуск при 200—300°; твердость после такой термообработки со-
ставляет 62—64 Rc, структура — ледебуритная сетка, легиро-
Рис. 105. Микроструктура наплавленного металла типа Х12ВФ:
а — дуговая наплавка, скорость охлаждения 42°/сек; б — электрошлаковая наплавка,
скорость охлаждения 4,6°/сек (И. К- Походня)
ванный аустенит и сложные карбиды, расположенные внутри зе-
рен аустенита. Чтобы получить более вязкий наплавленный ме-
талл, применяют закалку на остаточный аустенит: нагрев до
1100°, выдержку при этой температуре 15—20 мин. и охлажде-
ние в масле или сжатым воздухом, отпуск при 180—200°. Пос-
ле такой термообработки твердость наплавленного металла по-
лучается 46—50 Rc, структура—ледебуритная сетка и остаточ-
ный аустенит. На рис. 106 [131] показана зависимость твердо-
сти и ударной вязкости наплавленного металла от температу-
ры закалки.
Пластичность высокохромистых ледебуритных сталей очень
сильно зависит от содержания углерода и размеров и формы
ледебуритной сетки, которые определяются скоростью охлаж-
дения при кристаллизации жидкого металла. И. К. Походня ис-
14*
212
Материалы и технология автоматический наплавки
Рис. 106. Зависимость твердости
(/) и ударной вязкости (2) на-
плавленного металла типа Х12ВФ
от температуры нагрева перед
закалкой
следовал ударную вязкость некоторых сталей при электрошла-
ковой наплавке. Характерные результаты этого исследования
представлены в табл. 41 (образцы без надреза, закалка на оста-
точный аустенит).
Как видно из таблицы, повышение скорости охлаждения спо-
собствует увеличению ударной вязкости.
Твердость деталей, закаленных на остаточный аустенит,
можно повысить до 60—62 Rc посредством отпуска в течение
1 часа при 530—550°. При этом наплавленный металл приобре-
тает определенную красностойкость и может быть использован
для режущего инструмента.
Основное назначение наплавленного металла типа Х12: на-
плавка штампов холодной штамповки, гибочных роликов, тор-
мозных шкивов. Стали этого типа
обладают также прекрасной стой-
костью против абразивного изно-
са при обычных и повышенных
температурах. Испытания шаро-
пек буровых долот и лемехов
плугов, изготовленных из стали
XI2, показали повышение срока
службы в 3—6 раз по сравнению
с углеродистой сталью. Недостат-
ки— сложность технологии на-
плавки, некоторая хрупкость на-
плавленного металла.
Сплав Х15Н2С2 известен под
названием оормайт № 2. От ста-
лей типа Х12 он отличается глав-
ным образом содержанием нике-
ля, который повышает вязкость,
но одновременно увеличивает устойчивость аустенита. Повышен-
ное содержание кремния улучшает литейные свойства сплава
(электроды для ручной наплавки обычно изготовляются в виде
литых прутков). Структура наплавленного металла мало отлича-
ется от описанной выше. Твердость после наплавки на холодную
деталь 35—45 Rc. Отжиг по режиму, применяемому для сталей
типа XI2, позволяет несколько смягчить наплавленный металл:
твердость после отжига 32—39 Rc. Механическая обработка воз-
можна только твердосплавным инструментом. Закалка в масле
от 950° дает твердость 54— 56 Rc\ в структуре закаленного на-
плавленного металла Х15Н2С2 остается много аустенита. Повы-
шение твердости может быть достигнуто отпуском при 300° в тече-
ние 1 часа, после чего твердость достигает 56—60 Rc. Повы-
шение твердости металла, наплавленного без подогрева, возмож-
Наплавленный металл
213
но путем превращения остаточного аустенита посредством отпус-
ка при 560—600°; твердость после отпуска достигает примерно
50/?с.
Таблица 41
Влияние скорости охлаждения при кристаллизации
на ударную вязкость наплавленного металла типа Х12
Марка наплавленного металла Мгновенная скорость охлаждения при 1200°, °С/сек Ударная вязкость кгм!см*
Х12М 2,0 2,2
3,5 2,9
Х12ВФ .... 1,4 0,9
4,6 3,0
Склонность к трещинам велика; если трещины недопустимы
по условиям службы изделия, необходим предварительный по-
догрев до 500° и замедленное охлаждение после наплавки.
Сормайт № 2 (сплав № 25) обладает хорошей стойкостью
против абразивного износа как при обычной, так и при высо-
кой температуре. Исследование Е. И. Лейначука показало, что
при 500° сплав данного типа изнашивается в 2 раза медленнее,
чем литая сталь 35 [69]. Сплав № 25 применяется для наплавки
различных деталей доменного оборудования, в частности, ре-
комендован для наплавки больших и малых конусов засыпного
аппарата.
Дальнейшее повышение содержания никеля (оплав Х13Н4)
способствует увеличению вязкости наплавленного металла, но
вместе с тем исключает возможность отжига. Ввиду этого на-
плавленные детали механически обрабатываются только шли-
фовкой или электроэрозионным способом. Сплав Х13Н4 приме-
няется для ручной наплавки бил молотковых мельниц, зубьев
ковшей экскаваторов и аналогичных деталей, где сочетаются
абразивный износ и ударные нагрузки. Его недостаток—повы-
шенная склонность к образованию трещин.
Высокохромистые чугуны
Исследование Р. Д. Хауорта [219] показало, что стойкость
против абразивного износа при прочих равных условиях тем
выше, чем больше углерода и хрома содержится в металле. Оче-
видно, что в этом случае увеличивается количество карбидной
эвтектики в структуре металла. Одновременно возрастает хруп-
кость; чтобы улучшить вязкость наплавленного металла, в его
состав вводят никель или марганец или модифицирующие до-
214
Материалы и технология автоматической наплавки
бавки, измельчающие столбчатые кристаллы. Характерные со-
ставы наплавленного металла приведены в табл. 42.
Таблица 42
Высокохромистые чугуны
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Твердость после наплавки «с
с S1 Мп Сг Ni Ti в
27 У30Х28Н4С4 2,9 3,5 1,0 28 3,5 48—54
28 У45ХЗиГ6 4,5 1,8 6,0 30 — — 58-63
29 У35Х25Р 3,6 0,6 1.2 26 — — 1,5 60—65
30 У35Х2ОРТ 3,5 0,6 1,8 21 — 1,5 1,2 56—62
Стлав № 27 известен под названием сормайт № 1; сплав
почти такого же состава (с несколько более низким содержа-
нием кремния) применяется и в США [250]. Наплавка произво-
дится покрытыми электродами и газовой сваркой; может быть
осуществлена порошковой электродной проволокой.
Наплавка сплава № 28 производится порошковой проволо-
кой под флюсом или в среде СОг; возможна и другими спосо-
бами. Сплав № 29 соответствует металлу, наплавленному элек-
тродами марки Т-590, а сплав № 30 — металлу, наплавленно-
му электродами Т-620.
Структура наплавленного металла состоит из первичных кар-
бидов, главным образом типа Сг7Сз, а также ледебуритной
эвтектики и остаточного аустенита. Легированный никелем или
марганцем аустенит весьма устойчив и не подвергается рас-
паду при охлаждении. Микроструктура наплавленного метал-
ла типа У45Х30Г6 (сплав № 28) представлена на рис. 107.
Скорость охлаждения оказывает существенное влияние на
свойства металла наплавки: ст нее зависят размеры столбча-
тых кристаллов, распределение эвтектики и наличие макро- и
микротрещин. В присутствии бора, наряду с карбидами хрома,
выделяются весьма твердые бориды хрома. Кроме того, бори-
ды и карбиды хрома и железа входят в состав сложной эвтек-
тики. Сплавы рассматриваемой группы очень тверды и хрупки.
Коэффициент их линейного расширения приблизительно в
1,5 раза больше, чем стали. Это способствует возникновению е
наплавленном слое большого количества хрупких волосных
трещин; устранение их возможно путем подогрева и замедлен--
ного охлаждения.
Благодаря высокому содержанию хрома сплавы данного ти-
Наплавленный металл
215
па отличаются хорошей окалиностойкостью. Твердость при вы-
соких температурах довольно высока; так, для сплава № 28 по-
лучены следующие результаты (/?с): 20° — 58, 425° — 49, 540° —
39, 650°— 23 [198]. Эти качества ценны для деталей, работаю-
щих при высоких температурах.
Микротвердость карбидов типа Сг7С3 достигает 2000 кг!мм2,
микротверлость эвтектики 900—1000 кг!мм2, тогда как твер-
Рис. 107. Микроструктура наплавленного металла типа У45Х30Г6
дость легированного аустенита — около 450 кг) мм2. Такое раз-
личие твердости структурных составляющих приводит к тому,
что при царапании песчинками в первую очередь изнашиваются
аустенитные участки, а карбидные частички выступают над по-
верхностью изделия. При абразивном износе с большими удель-
ными нагрузками в этом случае возможно выкрашивание кар-
бидных частиц, ускоряющее износ.
Сплавы № 28, 29 и 30 хорошо служат в условиях, когда
происходит истирание при малых удельных нагрузках. Типич-
ные области их применения: лопатки тягодутьевых машин (ды-
мососов), детали землесосов, лемехи плугов, работающие в
песчаных почвах. Если абразивный износ сочетается с ударами,
то эти сплавы могут оказаться слишком хрупкими.
Сормайт № 1 (сплав № 27) отличается несколько лучшей
вязкостью. Он применяется, например, для наплавки челюстей
грейферов, ножей грейдеров и бульдозеров, проводок и линеек
прокатных станов, клапанов доменных печей и многих других
деталей, испытывающих абразивный износ и умеренные удары
при обычной и повышенной температуре.
216
Материалы и технология автоматической наплавки
4. ХРОМОНИКЕЛЕВЫЕ АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ
Отличительные свойства хромоникелевых аустенитных и
аустенито-ферритных сталей — большая прочность и очень
большая вязкость, исключительно высокая стойкость против
коррозии, окалиностойкость и жаропрочность. Наплавка аусте-
нитных сталей во многих случаях используется для увеличения
долговечности деталей оборудования. Лопасти гидротурбин,
гребные винты, гребные валы морских судов—.примеры дета-
лей, в износе которых важную роль играют кавитация, коррозия
и эрозия. Наплавка слоя нержавеющей хромоникелевой стали
позволяет резко улучшить износостойкость подобных деталей.
В химической и пищевой промышленности наплавка кислото-
стойких хромоникелевых сталей на уплотнительные поверхности
вентилей и задвижек, на детали разнообразных аппаратов поз-
воляет уменьшить расход дорогой и дефицитной стали, если из-
делие по условиям прочности может быть изготовлено из про-
стой конструкционной стали. В цветной металлургии наплавка
окалиностойкой стали позволяет в несколько раз увеличить срок
службы реторт, печей и реакторов. В черной металлургии на-
плавка хромоникелевых сталей используется для предупреж-
дения коррозии шеек прокатных валков, охлаждаемых жесткой
или морской водой, а также для упрочнения валков пилигримо-
вых и некоторых обжимных станов.
Характерные составы наплавленного металла представлены
в табл. 43.
Таблица 43
Хромоникелевые аустенитные и аустенито-ферритные стали
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, %
с Si Мп Сг Ni W Ti
31 0Х18Н9 0,С6 0,7 1.0 18,5 9,0
32 1Х18Н9Т 0,08 0,7 1.0 19,0 9,0 — 0,2
33 Х2(Н1<Г6Т .... 0,10 0,8 6,0 20,0 10.0 — 0,3
34 Х20Н10Г6В 0,12 0,6 6,0 20,0 9,0 1.5 —.
35 20Х25Н16Г6 .... 0,20 0,2 6,0 25,0 16,0 — —
Стали указанных составов наплавляются соответствующей
электродной проволокой или лентой под специальным флюсом,
в среде аргона, или электродной проволокой с покрытием. До-
полнительная присадка легирующих примесей, например, т.ита-
Наплавленный металл
217
на или алюминия, производится с помощью легирующих флюсов.
Структура наплавленного металла в большой степени зависит
от его химического состава, от соотношения содержания элемен-
тов, стабилизирующих аустенит (так называемых аустенизато-
ров) —никеля, марганца, углерода, азота и элементов-«феррити-
заторов»—хрома, кремния, молибдена. Предложенная А. Л. Шеф-
лером структурная диаграмма для металла шва представлена на
рис. 108. Для определения структуры наплавленного металла по
Рис. 108. Структурная диа!рамма хромоникелевого наплавленного
металла (А. Л. Шефлер),
I >
этой диаграмме необходимо вычислить содержание аустенизато-
ров и ферритизаторов. Если принять эффективность действия ни-
келя и хрома соответственно за единицу, то влияние других эле-
ментов может быть учтено эмпирическими коэффициентами.
Предложены следующие формулы:
Сгэ = Cr + l,5Si + 0,5Nb + Mo + W + 2A1;
Nis = Ni + 0,5Mn + 30C + 30N.
В этих формулах химические символы означают процентное
содержание того или иного элемента в металле наплавки. Опре-
делив величины Сг9 и Ni», по структурной диаграмме находят
структуру металла наплавки.
218
Материалы и технология автоматической наплавки
При наплавке аустенитных хромоникелевых сталей наблюдает-
ся иногда возникновение кристаллизационных трещин. Причиной
является образование прослоек легкоплавких эвтектик по грани-
цам столбчатых кристаллов. Такие эвтектики образуют углерод,
сера, ниобий, кремний, в некоторых случаях также фосфор. Уста-
новлено, что в чисто аустенитном наплавленном металле склон-
ность к трещинам значительно больше, чем в аустенито-феррит-
Рис. 109. Характерные микроструктуры хромоникелевого наплавленного
металла:
а — чисто аустенитная; б —- аустенито-ферритная. Увеличение 500 (Б. И. Медовар)
ном [89]. Положительное влияние 8-фсррита, образующегося при
кристаллизации металла наплавки, по-видимому, связано, с одной
стороны, с более высокой растворимостью в нем серы, ниобия,
фосфора и других примесей [83]; с другой стороны, выделение при
кристаллизации, кроме аустенита, другой фазы (например, фер-
рита) нарушает сплошность межкристаллических границ и пре-
пятствует транскристаллизации. Предупреждение трещин дости-
гается регулированием состава металла наплавки, чтобы полу-
чить несколько процентов феррита; эффективной мерой является
также измельчение структуры с помощью модификаторов, напри-
мер титана или алюминия. На рис. 109 представлены типичные
структуры наплавленного металла.
При сварке опасаются вводить большое количество феррити-
заторов, так как содержание феррита свыше 3—5% способствует
образованию хрупкой о-фазы, если металл шва длительное время
Наплавленный металл
219
работает при высокой температуре. При наплавке к пластичности
наплавленного металла предъявляются обычно менее жесткие
требования, и это ограничение особой роли не играет.
Аустенит хромоникелевых сталей (не содержащих других
примесей) не вполне стабилен: при нагреве до «критических» тем-
ператур (от 450 до 850°) по границам кристаллов выделяются
сложные карбиды хрома и железа. Пограничные слои аустенита
теряют при этом хром. Металл приобретает склонность к межкри-
сталлитной коррозии. Если условия службы наплавленного изде-
лия могут вызвать появление этого вида коррозии, то необходи-
мо принять меры предупреждения. Нужно отметить, что эта за-
дача весьма сложна, и техническое решение, вполне удовлетво-
рительное с точки зрения технологии наплавки и обработки из-
делия, еще не найдено.
Предложены следующие способы: 1) снижение концентрации
углерода до 0,02—0,03%. т. е. до предела растворимости в аусте-
ните при комнатной температуре; 2) закалка наплавленных де-
талей от 1050° (возможна поверхностная закалка с охлаждением
водой); 3) введение в состав наплавленного металла активных
карбидообразователей — титана, ниобия, тантала и циркония и
4) введение в состав наплавленного металла примесей, ускоряю-
щих диффузию хрома, — алюминия, кремния, ванадия [89]. Эти
методы находят некоторое применение в производственной прак-
тике; одновременно продолжаются экспериментальные исследо-
вания по усовершенствованию технологии наплавки.
Стойкость наплавленного металла против общей коррозии
очень высока; она не уступает стойкости катаной стали соответ-
ствующих марок. Наплавленный металл типа Х25Н16 обладает
высокой окалиностойкостью и заслуживает предпочтения во всех
случаях, когда это свойство имеет важное значение.
Механические свойства наплавленного металла типа 0Х18Н9
и 1Х18Н9Т характеризуются сочетанием прочности и вязкости:
предел текучести составляет 22—26 кг!мм2, предел прочности
55—60 кг]мм2, относительнее удлинение 45—75%, ударная вяз-
кость 12—20 кгм!см2. Дополнительное легирование марганцем
способствует повышению прочности. Показатели механических
свойств наплавленного металла типа Х201110Г6Т и Х20Н10Г6В:
предел текучести 38—41 кг)мм2, предел прочности 63—68 кг!мм2,
относительное удлинение 35-—55%, ударная вязкость 10—
16 кгм/см2. Близкие к этим показателям механические свойства
имеет наплавленный металл № 35.
Все аустенитные стали очень сильно упрочняются при накле-
пе. Так, при холодной прокатке стали типа 0Х18Н9 ее твердость
увеличивается от 170 до 444 Нв. В еще большей степени это-
свойственно сталям с высоким содержанием марганца (№ 32
и 33).
220
Материалы и технология автоматической наплавки
Типичные назначения наплавленного металла: типа 0Х18Н9
и 1Х18Н9Т — лопасти гидротурбин, детали гидросооружений,
уплотнительные поверхности арматуры; типа Х20Н10Г6Т и
Х20Н10Г6В — прокатные валки обжимных и пилигримовых ста-
нов; типа 20Х25Н16Г6 — детали, работающие при высоких тем-
пературах, подверженные окислению.
5. ВЫСОКОВОЛЬФРАМОВЫЕ СТАЛИ
При обработке горячего металла (прокатке, штамповке, ков-
ке) рабочая поверхность инструмента должна обладать высокой
твердостью при высоких температурах. Равным образом красно-
стойкость — обязательное требование к стали, используемой для
металлорежущего инструмента.
При высоких температурах, наряду со сдвиговым механизмом
пластической деформации, принимает участие и диффузионный
механизм, роль которого тем больше, чем выше температура и
больше продолжительность действия силы. Чем меньше подвиж-
ность атомов в кристаллической решетке сплава и скорость само-
диффузии, тем выше жаропрочность и больше сопротивление
пластической деформации.
Итоги длительных исследований самодиффузии металлов, вы-
полнявшихся с помощью радиоактивных изотопов, подведены в
работе Г. В. Курдюмова с сотрудниками [30]. Установлено, что
одинаковый уровень подвижности атомов достигается у металлов
при весьма различных температурах. Меньшую, чем у железа,
подвижность атомов обеспечивает присутствие в сплаве таких
элементов, как хром, ниобий, тантал, молибден и вольфрам.
Твердость металла, его сопротивление пластической деформа-
ции определяются наличием искажений кристаллической решетки
вблизи границ зерен и у поверхности раздела металла с карбид-
ными включениями. Такие искажения препятствуют сдвигам, а
значит, увеличивают твердость. Чем больше суммарная поверх-
ность карбидных включений и границ зерен, чем мельче зерна
и карбидные частицы, тем выше сопротивление пластической де-
формации. Повышение температуры ослабляет междуатомные
связи в карбидных частицах, способствует диссоциации карбидов
и одновременно увеличивает коэффициент диффузии углерода в
феррите. При высокой температуре наряду с укрупнением зерен
происходит и укрупнение (коагуляция) карбидных частиц.
Легирующие элементы оказывают различное влияние на эти
процессы. На рис. ПО представлена зависимость свободной энер-
гии реакции диссоциации некоторых карбидов от температуры,
вычисленная по данным, приведенным у Кубашевского и Эванса
[229]. Как видно из графика, титан, цирконий, хром, вольфрам и
молибден связывают углерод гораздо прочнее, чем железо; пере-
Наплавленный металл
221
ход углерода в твердый раствор в a-железе из частиц карбида
титана и карбида циркония весьма мало вероятен, а из карбид-
ных частиц, содержащих хром, вольфрам и молибден, очень за-
труднен.
Присутствие в твердом растворе легирующих элементов, раз-
меры атомов которых значительно отличаются от размеров ато-
Рис. ПО. Сравнительная прочность
карбидов металлов
мов железа, тормозит диффу-
зию углерода и затрудняет ук-
рупнение карбидных частиц.
На рис. 111 показаны резуль-
таты исследования С. 3. Бок-
штейна, изучившего влия-
ние некоторых легирующих
примесей на коэффициент
диффузии углерода при 700°
[12]. В то время как никель
способствует ускорению диф-
фузии, примесь хрома, 'вана-
дия и особенно молибдена
Рис. 111. Влияние легирующих
элементов на коэффициент
диффузии углерода в феррите
при 700° [12]
уменьшает коэффициент диффузии, резко замедляет процесс
коагуляции карбидных частиц, упрочняющих сталь.
Суммарный эффект влияния легирующих примесей проявляет-
ся при высоком отпуске закаленной легированной стали: чем бы-
стрее прогрессирует коагуляция карбидных частиц, тем сильнее
понижение твердости при повышении температуры отпуска (при
фиксированной продолжительности выдержки) и увеличении его
длительности (при заданной температуре). Характерные данные
по отпуску сталей, содержащих 0,3—0,4% С и различные коли-
чества легирующих примесей, приведены в книгах Э. Бейна [11]
222
Материалы и технология автоматической наплавки
и Э. Гудремона [222]. Несколько наглядных примеров показывает
рис. 112, иллюстрирующий влияние марганца, хрома, молибдена
и вольфрама. Из графика следует, что в данных условиях твер-
дость углеродистой стали после отпуска при 600° составляет всего
22 /?с, тогда как стали, легированной хромом и молибденом или
Температура., °C
Рис. 112. Влияние легирующих примесей на изменение твер-
дости стали, закаленной от оптимальной температуры, в
зависимости от температуры отпуска при продолжительно-
сти отпуска 1 час. По данным [11] и [222]
хромом и вольфрамом, — более 50 Rc. С помощью легирования
только хромом такие результаты не достигаются.
Хорошая красностойкость, свойственная хромовольфрамовым
и хромомолибденовым сталям, имеет, несомненно, большое зна-
чение для обеспечения стойкости против износа в условиях служ-
бы инструмента, соприкасающегося с раскаленным металлом.
Ю. А. Геллер [24] подчеркивает еще одно важное обстоятельство:
существенно, чтобы критический интервал температур, при кото-
Наплавленный металл
223
ром начинаются фазовые превращения, был расположен доста-
точно высоко. Если при нагреве поверхности изделия будет до-
стигнута температура ACl, то возникнет тонкий закаленный слой.
Объемный эффект превращения способствует образованию тре-
щин и отколов, резкому ускорению разрушения поверхности.
Ввиду этого одним из важных требований к составу наплавлен-
ного металла является
максимальное повышение
критических точек.
Влияние некоторых
примесей стали на эвтек-
тоидную температуру по-
казано на рис. 113 (по дан-
ным Э. Бейна [11]; вана-
дий— по данным Э. Гуд-
ремона). Примечательно,
что и здесь в числе приме-
сей, наиболее эффективно
повышающих критический
интервал, находятся мо-
либден, вольфрам, вана-
дий и хром.
В практике производ-
ства инструмента и штам-
пов горячей штамповки
Рис. 113. Влияние легирующих элементов на
температуру эвтектоидного превращения
[И]; ванадий — по [222]
уже давно выявлены исключительно ценные свойства этих элемен-
тов, являющихся обязательными компонентами инструменталь-
ных сталей различных назначений. Сравнительно высокая стои-
мость ограничивает применение Ъысоковольфрамовых сталей при
изготовлении крупных изделий. Автоматическая наплавка поз-
воляет использовать все преимущества этих ценных сталей при
минимальном расходе дорогих легирующих материалов.
В табл. 44 приведен состав наплавленного металла важней
ших типов.
Металл указанного состава наплавляют легированной или по-
рошковой проволокой под нейтральным флюсом. Возможна также
наплавка малоуглеродистой проволокой под керамическим флю-
сом, электродной проволокой с покрытием и пр.
Структура наплавленного металла зависит от условий его ох-
лаждения. При первичной кристаллизации наплавленного метал-
ла типа ЗХ2В8 из расплава выделяются кристаллы твердого рас-
твора вольфрама, хрома и других примесей в у-железе и в не-
большом количестве — ледебуритная эвтектика. Ход дальнейшей
кристаллизации определяется процессами распада аустенита.
На рис. 114 представлены диаграммы распада аустенита в
стали ЗХ2В8 при изотермическом и непрерывном охлаждении
224
Материалы и технология автоматической наплавки
Высоковольфрамэвые стали
Таблица 44
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, %
с Si Мп Сг W V Мо Со
36 ЗХ2В8 .... 0,35 0,8 0,9 2,5 8,5 0,3
37 ЗХ2В4Ф . . . 0,35 0,2 0,4 2,5 4,5 0,6 — —
38 Р18 0,75 0,4 0,4 4,2 18,0 1,2 — —
39 РВ6М5 . . . 0,85 0,7 0,5 4.0 6,0 1,7 5,0 -—
40 Р9 0,95 0,4 0,4 4,3 9,0 2,3 — —
41 P13K3 1,0 1,0 0,5 4,5 12,5 2,2 —. 3,0
42 ХНВ14 . . . . 3,6 0,6 0,4 10 14 — — —
[222]. Из графиков видно, что вследствие торможения диффузии
углерода образование перлита в стали этого типа очень замед-
лено, тогда как бездиффузионное превращение — с образованием
мартенсита или игольчатого троостита — происходит сравнитель-
но быстро. Обе области превращения разделены интервалом тем-
ператур от 450 до 580°, в котором аустенит весьма устойчив. При
непрерывном охлаждении важную роль играет выделение карби-
дов. Оптимальная структура наплавленного металла (скорость
охлаждения при 730° равна 20°С/сек) представлена на рис. 115.
Критические точки стали ЗХ2В8 расположены высоко: на-
чало превращения ACl при 820—830°, что является ее преиму-
ществом.
Изотермический отжиг наплавленного металла осуществляет-
ся выдержкой при 750° в течение 6 час. Твердость после отжига
190—220 Нв.
Закалка стали ЗХ2В8 производится в масле или сжатым воз-
духом. Температура нагрева рекомендуется от 1050 до 1150°. По-
ведение этой стали при отпуске существенно зависит от содержа-
ния в ней углерода, как показывают данные В. Я- Дубового, пред-
ставленные на рис. 116 и 117 [34]. При оптимальном содержании
углерода она обладает хорошей красностойкостью.
При высоких температурах правильно термически обработан-
ная сталь обладает высокой прочностью и вместе с тем сохраняет
известную пластичность. Показатели прочности при нормальной
и повышенных температурах приведены в табл. 45.
Коэффициент линейного расширения а плавно возрастает с
повышением температуры от 100 до 600° и составляет соответст-
венно от 11,2 до 13,3 • 10-6. Коэффициент теплопроводности X в
0 ddghr, осп
Рис. 114. Диаграммы распада аустенита в стали ЗХ2В8:
а — изотермический распад; Лц и Пк — начало и конец образования
перлита, ИГН— начало образования игольчатого троостита. Сталь содер-
жала 0,30% С; 2,30% Сг; 8,78% W и 0.34% V (М. Кронайс и др.); б — рас-
пад при непрерывном охлаждении. Цифры на кривых охлаждения —
превращение в %. (Аустенизация при 1120°, нагрев 4 мин., выдержка
15 мин.). Цифры внизу — твердость // ; Л — аустенит; /< — кар-
биды; Ф — феррит; Лс1п и 11 1К— начало и конец образования
аустенита при нагреве; ИТ — игольчатый троостит; О А — остаточный
аустенит. Сталь содержала 0,28% С; 2.57% Сг; 8,88% W; u,35u/e V.
(А. Розе и др.) [222].
15 Зак. 390
226
Материалы и технология автоматической наплавки
том же интервале температур (изменяется от 0,11 до 0,04
kcl/iJcm ‘ сек °C.
Сочетание этих свойств придает стали ЗХ2В8 прекрасную тер-
мическую выносливость. Как лабораторные испытания, заклю-
чавшиеся в нескольких тысячах закалок от 700° в воде, так и
практический опыт показывают, что в этом отношении сталь
Рис. 115. Микроструктура стали типа ЗХ2В8, наплавленной при оп-
тимальной скорости охлаждения:
а — увеличение ПО; б — увеличение 500
ЗХ2В8 обладает ценными преимуществами. Сравнительно низкое
содержание углерода облегчает выполнение безупречной на-
плавки.
Механическая обработка деталей, наплавленных сталью
ЗХ2В8 и обладающих твердостью 440—460 /7В, примерно вдвое
более трудоемка, чем деталей из стали 55. Точение резцами с
твердосплавными пластинками осуществляется вполне успешно.
Наплавленный металл
227
Сталь ЗХ2В4Ф по своим свойствам близка к стали ЗХ2В8.
Твердость наплавленного металла без термообработки 41—46 Rc^
Ута сталь отличается несколько лучшей обрабатываемостью,
меньшей износостойкостью и в некоторых случаях меньшей склон-
ностью к выкрашиванию, чем сталь ЗХ2В8. Повышение содер-
жания ванадия в стали ЗХ2В4Ф ухудшает отделимость шлако-
вой корки при наплавке под обычными флюсами.
Рис. 116. Изменение твердости
стали ЗХ2В8, закаленной с 1100°
в зависимости от температуры от-
пуска; время выдержки — 1 час.
Плавка А: 0,35% С; 2,38% Сг;
8,80% W; плавка Б: 0,25% С;
2,33% Сг; 7,81% W [34]
Рис. 117. Изменение твердости
стали ЗХ2В8, закаленной с 1100°.
в зависимости от продолжитель-
ности отпуска при 600°. Те же
плавки, что па рис. 116 [34]
Типичные назначения сталей. ЗХ2В8 и ЗХ2В4Ф: наплавка про-
катных валков сортопрокатных и листопрокатных станов, втулок
и матриц тяжелых прессов для прессования цветных металлов,
кернов клещевых кранов и др.
В важной группе быстрорежущих сталей (№ 38, 39, 40 и 41
в табл. 44) характерным представителем является сталь Р18.
Таблица 45
Прочность и пластичность стали ЗХ2В8,
содержащей 0,33% С [24]
Температура испытаний Твердост ь Rc Предел прочности кг/лои2 Относитель- ное сужение %
20° 45 145 46
400° 42 130 45
500° 4U 122 45
600° 38 110 44
228
Материалы и технология автоматической наплавки
В СССР наплавленный металл этого типа применяется наиболее
широко. В США, где вольфрам дефицитен, а молибден дешев,
используют стали, в которых вольфрам частично заменен молиб-
деном (из-за разницы атомных весов 1% Мо заменяет 2% W);
представителем подобных сталей может служить сталь № 39.
Присутствие молибдена заметно улучшает вязкость наплав-
ленного металла, во многих случаях предупреждает выкрашива-
ние. Сталь № 40 (марки Р9) в отношении износостойкости рав-
ноценна стали Р18 и более дешева, так как содержит меньше
вольфрама. Однако существенным ее недостатком применительно
к наплавке является высокое содержание ванадия, который за-
трудняет удаление шлаковой корки; наплавка стали Р9 предпоч-
тительна в среде защитных газов. Шлифовочные трещины появ-
ляются чаще при шлифовке стали Р9, чем Р18. Наконец, сталь
№ 41, содержащая кобальт, отличается повышенной красностой-
костью по сравнению с другими быстрорежущими сталями, но
вместе с тем более хрупка и склонна к выкрашиванию.
Структура наплавленного металла типа Р18, как и рассмот-
ренных выше сплавов, определяется скоростью охлаждения. При
умеренной скорости охлаждения (наплавка с подогревом до
500—600°) из расплава сперва выделяются кристаллы б-фсррита
(содержащего в твердом растворе вольфрам и хром) с понижен-
ным содержанием углерода. Расплав обогащается углеродом;
происходит перитектическая реакция, и 6-феррит частично пре-
вращается в аустенит. По мере охлаждения выделяется все боль-
ше аустенита. В конце затвердевания выделяется ледебуритная
эвтектика в виде сетки по границам дендритных кристаллов.
При увеличении скорости охлаждения уменьшается количе-
ство ледебуритной эвтектики и возрастает количество аустенита
[24]. Наплавленные детали обычно подвергаются механической
обработке, которой предшествует отжиг. И. Г. Космачев реко-
мендует следующий режим отжига наплавленных заготовок [53]:
нагрев до 660° и выдержка 4 часа, нагрев до 880° и выдержка
9 час., охлаждение с печью до 750° в течение 3,5—4 час. и вы-
держка при 750° в течение 6 час., охлаждение с печью до 400°
и выдача заготовок на воздух. После такого отжига твердость
наплавленного металла составляет 220—270 Нв
При закалке биметаллического инструмента с наплавкой ра-
бочего слоя быстрорежущей стали на сталь 40, 45 или 40Х необ>
ходимо обеспечить аустенизацию наплавленного слоя и вместе с
тем избежать перегрева основного металла. Это достигается тер-
мообработкой, предложенной А. А. Поповым. Инструмент поме-
щают в печь с температурой 850° и после прогрева переносят в
соляную ванну с температурой 1290° (для слоя Р9— 1250°).
Выдержка при высокой температуре— 10 сек. на 1 мм толщины
наплавленного слоя. Далее инструмент переносят на 5 мин. в
Наплавленный металл
229
соляную ванну с температурой 550—560°; при этих условиях
аустенит быстрорежущей стали достаточно устойчив, а аустенит
основного металла полностью распадается с образованием пер-
лита. Затем инструмент помещают на 10 мин. в печь с темпера-
турой 850°, при которой образуется новый мелкозернистый аусте-
нит в основном металле, а аусте-
нит наплавленного слоя практи-
чески не изменяется, после чего
следует охлаждение в масле. По-
сле трехкратного часового отпу-
ска при 560° быстрорежущая
сталь имеет оптимальную струк-
туру и высокую красностойкость,
а основной металл — мелкое зер-
но.
Детали, которые не подверга-
ются обработке резанием, целе-
сообразно наплавлять при тем-
пературе максимальной устойчи-
вости аустенита — 500°. После на-
плавки следует охлаждение на
воздухе до 100°, а затем трех-
кратный отпуск для превращения
аустенита в мартенсит при 580—
600° с выдержкой по 1 часу при
этой температуре.
Твердость наплавленного ме-
талла (без термической обработ-
ки) при 20° составляет 55—60 /?с;
Р.ис. 118. Твердость «вплавлен-
ного металла после отпуска в
течение одного часа:
а — после наплавки с подогревом
и замедленного охлаждения; б — по-
сле закалки и отпуска; 1 — PI3K3
(Кв 41); 2—5Х9СЗ (Кв 21); 3-ЗХ2В4Ф
(Кв 37) и 4 —типа 60X3 (Кв 7) [225]
•
она медленно снижается при по-
вышении температуры до 600° и
при 600° равна около 48 Rc , при
650° — около 30 Rc. Термически
обработанный наплавленный ме-
талл обладает при комнатной температуре твердостью 62—64 Rc
при 600°—52—54 Rc. Наплавленный металл типа Р9 обладает
при 600° твердостью до 56 Rc, а типа P13K3 — до 58 Rc . Крас-
ностойкость высоковольфрамовых сталей и сталей, не содержа-
щих вольфрама, иллюстрирует рис. 118.
Типичное назначение наплавленного металла типа быстроре-
жущих сталей: наплавка многолезвийного металлорежущего ин-
струмента, вырубных штампов, ножей ножниц, протяжек, развер-
ток, резцов и др.
Чрезвычайно высокая твердость карбидов вольфрама и спо-
собность сохранять твердость при высоких температурах имеют
230
Материалы и технология автоматической наплавки
важное значение для борьбы против абразивного износа при вы-
соких температурах. Для сцарапывания частиц металла необхо-
димо внедрение в металлический слой абразивных зерен. Чем
большую долю структуры наплавленного слоя занимает ледебу-
ритная эвтектика, тем, очевидно, меньше должен быть абразив-
ный износ.
-Высоковольфрамовый чугун является весьма износостойким
материалом, который применяется при сочетании абразивного
износа и высоких температур.
Наплавленный металл № 42 (см. табл. 44) типа Х10В14 при
истирании сухим дробленым кварцем изнашивается в 10—12 раз
медленнее, чем углеродистая сталь. По данным X. Эйвери твер-
дость сплава такого типа при 20° составляет 65 Rc, при 425, 540
и 650° соответственно 52, 43 и 33 Rc [198].
Структура наплавленного металла состоит из первичных кар-
бидов, большого количества ледебуритной эвтектики и остаточ-
ного аустенита. Склонность к кристаллизационным и хрупким
трещинам довольно высока, ввиду чего при наплавке желателен
подогрев изделия, а также последующий отпуск при 500—600°.
Типичное назначение: наплавка большого конуса засыпного
аппарата доменной печи. Натурное испытание на Магнитогор-
ском металлургическом комбинате показало, что износ сплава
Х10В14 идет примерно в 15 раз медленнее, чем стали 35Л.
6. СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА
Медные сплавы
Сплавы на основе меди обладают замечательными антифрик-
ционными свойствами и высокой коррозионной стойкостью. На-
плавка деталей узлов трения производится обычно с таким рас-
четом, чтобы твердость наплавленного металла была на 50—
75 единиц Бринелля нцже, чем твердость сопряженной детали.,
В соответствии с этим выбирают состав наплавленного металла,
а также технологический процесс наплавки. Типичные составы
наплавленного металла, применяемого в США [250] и в СССР,
приведены в табл. 46.
Наплавка производится в среде защитного газа покрытыми
электродами или под флюсом проволокой, прутками либо лентой
соответствующего состава. Приведенные в таблице данные по
твердости относятся к наплавке в среде аргона плавящимся
электродом.
Алюминиево-железные бронзы (сплавы № 43—48) обладают
в наплавленном состоянии столбчатой структурой твердого рас-
твора (a-фаза). По мере увеличения содержания алюминия уве-
личивается количество p-фазы, окрашенной на шлифах в более
Наплавленный металл
231
Сплавы на основе меди
Таблица 46
№ /П Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Твердость "и
А1 Fe Мп Si Zn Pb Sn p
43 БрЛЖ Ю-1 10 1 0,07 O,0l 0,01 — — 160—190
44 БрАЖ 12-4 - 11,5 4 — 0,07 0,01 0,01 — — 180—220
45 БрАЖ 13-4 .... 12,5 4 — 0,03 0,01 0,01 — — 250—290
46 БрЛЖ 14-4 . 13,5 4 — 0,03 0,01 0,01 — — 310—350
47 БрАЖ 15-4 .... 14,5 4 — 0,03 0,01 0,01 — — 350—390
48 БрЛЖМц 10-3-1,5 10 3 1,5 0,07 — — — 170—200
49 Бр'-Ф 5,5-0,3 . . . 0,01 — — — —- 0,01 5,3 0,25 70—85
50 БрОФ 8-0,4 ... 0,01 — — —. — 0,01 8,0 0,35 85—100
51 БрОФС 6-0,4—16 — — — —— — 16,0- 6,0 0,40 40—60
52 БрКМц 3-1,5 ... — 0,3 1,5 3,4 — 0,01 — — 80—100
темный цвет, а также появляется окрашенная в синий цвет у-фа-
за. Характерная структура наплавленной бронзы показана на
рис. 119.
-.......... — ~ ' Л
Рис. 119. Микроструктура наплавлен-
ной алюминиевой бронзы, 1-й слой
(В. В. Подгаецкий)
Наплавленные алюминиевые бронзы обладают высокой плот-
ностью, прекрасной коррозионной стойкостью в морской воде,
слабых кислотах и щелочах; очень хорошо обрабатываются ре-
занием. Преимуществом бронз этого типа является отличная
износостойкость при трении металла о металл, отсутствие заеда-
232
Материалы и технология автоматической наплавки
ния. Ввиду этого алюминиево-железные бронзы используются
пр.и наплавке заготовок червячных колес, кулачков, блочных
роликов, параллелей, сухарей и многих других деталей узлов
трения. Бронза БрАЖ 15-4 применяется даже при наплавке штам-
пов (пуансонов и матриц) для глубокой вытяжки нержавеющей
стали. При наплавке твердых бронз этого типа на крупные де-
тали необходим подогрев до 150—200° (для предупреждения
хрупких трещин). Благодаря высокой стойкости против корро-
зии алюминиевые бронзы используются также для наплавки де-
талей, работающих в морской воде, роторов гидротурбин и раз-
личных деталей, подверженных кавитации и эрозии.
Оловянно-фосфористые бронзы № 49, 50 и 51 отличаются пре-
красной прирабатываемостью и представляют собой отличный
антифрикционный материал. Сравнительно твердая бронза
БрОФ 8-0,4 используется для наплавки деталей ответственных
механизмов, при тяжелых режимах работы. Более мягкая
БрОФ 5,5-0,3 применяется в углах трения при наличии ударных
нагрузок. Мягкая оловянно-свинцовистая бронза БрОФС6-0,4-16
применяется преимущественно для наплавки вкладышей крупных
подшипников. Условия применения близких к рассматриваемым
литых оловянистых бронз приведены в табл. 47 (по данным спра-
вочника В. К. Петриченко ').
Таблица 47
Примерные условия применения литых оловянистых бронз
Марка бронзы Твердость «в- Ударная вязкость (без над- реза) Коэффи- циент трения со смаз- кой Нагрузка до Р кг!смг Скорость скольже- ния до о м]сек Р V не больше
БрОФ Ю-1 ... 80—120 0,9 0,008 150 3 200
БрОФ 6,5-0,4 75—90 5—6 0,010 100 3 150
БрОЦС 4-4-17 50—60 1—2 0,012 100 4 100
В отличие от рассмотренных выше, кремнемарганцевая брон-
за БрКМцЗ-1,5 не отличается высокими антифрикционными
свойствами. Этот сплав используется главным образом для на-
плавки деталей, подверженных коррозии. Типичное назначение:
наплавка уплотнительных поверхностей задвижек и клапанов для
морской воды. Наплавленный металл обладает мелкозернистой
структурой и отличается сравнительно высокой вязкостью.
1 «Антифрикционные материалы и подшипники скольжения», Машгиз.
1954.
Наплавленный металл
Сплавы на основе меди не рекомендуются в тех случаях, ко-
гда большую роль играет абразивный износ; их не следует также
использовать при повышенных температурах, так как твердость
резко снижается при нагреве выше 200°.
Никелевые сплавы
Ввиду высокой стоимости и дефицитности никеля сплавы на
его основе применяются пока редко. Вместе с тем некоторые
никелевые сплавы обладают чрезвычайно ценными качествами,
и их экономное использование в виде наплавленного металла
оправдано как с технической, так и с экономической точки зре-
ния. К числу важнейших никелевых сплавов принадлежат ни-
хромы и сплавы типа колмоной.
Характерные варианты составов названных сплавов представ-
лены в табл. 48.
Сплавы на основе никеля
Таблица 48
№ П/ D Маркировка Средний состав наплавленного металла» % Твердость
с ! Мп Сг Ni Fe в при 20° при 540°
53 Х15Н60 0,12 0,7 1,0 15 58 Ост. -
54 Х2ОН80 0,12 0.3 1,0 20 76 Ост. —. — —
55 НХ10Р2 . . . . 0,45 2,3 — 11 80 3 2,5 35 29
56 НХ13Р .... 10.60 4 — 13 76 4 3.0 45 42
57 НХ15Р .... 0,75 4,5 — 15 я 70 4.5 3,5 56 48
Сплавы № 53 и 54 носят название нихромов и обычно исполь-
зуются для нагревательных элементов электропечей. Из нихро-
мов в больших количествах изготовляется проволока и лента,
которая может быть использована для наплавки под флюсом и
в среде защитных газов. Борсодержащие хромоникелевые спла-
вы № 55—57 известны за рубежом под фирменным названием
колмоной; недавно эти сплавы стандартизованы в США [250].
Применяются для наплавки открытой дугой покрытыми электро-
дами и газовым пламенем — в виде литых присадочных прутков
и в виде порошков. Возможна наплавка таких сплавов порошко-
вой проволокой соответствующего состава или нихромовой про-
волокой под легирующим флюсом, содержащим борид хрома.
Структура наплавленного нихрома — аустенит. Ценнейшим
качеством является очень высокая окалиностойкость. Наплавка
слоя нихрома весьма эффективна для увеличения долговечности
234
Материалы и технология автоматической наплавки
реторт, трубчатых печей и других деталей, длительно работающих
в окислительной атмосфере при очень высоких температурах.
Борхромникелевые сплавы № 55—57 сравнительно легкоплав-
ки, затвердевают в интервале 1100—980°. Благодаря присутствию
бора и кремния эти сплавы имеют свойства самофлюсующегося
припоя. Они могут быть не только наплавлены на поверхность
обычными приемами, но также нанесены путем газопламенного
напыления (металлизации). При последующем оплавлении по-
лучается гладкий слой толщиной до 1,5 мм, отлично сцепленный с
основным металлом .при любой форме поверхности.
Наплавленный слой борхромникелевого сплава при нагреве
примерно до 1050° мягок и пластичен как воск. Он легко дефор-
мируется, и с помощью ручных инструментов ему можно при-
дать любую форму (например, прямоугольные кромки). По ох-
лаждении форма сохраняется и металл приобретает свойствен-
ную ему твердость и износостойкость.
Структура наплавленного металла состоит из кристаллов кар-
бидов хрома и округлых островков боридов хрома на фоне слож-
ной никелевой эвтектики. Микротвердость борида хрома дости-
гает 2670 кг!мм2; что способствует отличной стойкости против
абразивного износа при низких удельных давлениях. Коррозион-
ная стойкость этих сплавов также весьма высока: они вполне
стойки по отношению к атмосферной коррозии, морской воде и
пару, а также слабым кислотам и многим химикатам. По окали-
ностойкости при температурах до 950° они не уступают нихрому,
но при более высоких температурах возможно оплавление.
При наплавке борхромникелевых сплавов на детали из зака-
ливающихся сталей рекомендуется подогрев до 300—400°, а так-
же (во избежание образования хрупких трещин) замедленное
охлаждение. Наплавленный металл удовлетворительно обраба-
тывается твердосплавным инструментом при малых скоростях ре-
зания, малых подачах и отсутствии вибрации резца.
Ценным качеством рассматриваемых сплавов является отлич-
ная износостойкость при трении металла о металл, без смазки.
Наплавленный металл быстро заполировывается, практически
весьма стоек против заедания.
Типичное назначение наплавленного металла борхромнике-
левых сплавов: наплавка уплотнительных поверхностей, выхлоп-
ных клапанов, шнеков, гребков и различных деталей, где соче-
таются износ и коррозия.
Кобальтовые сплавы
Кобальт еще более дорог и дефицитен, чем никель. Тем не ме-
нее современная техника в возрастающих размерах применяет
наплавочные сплавы на основе кобальта, поскольку они являются
Наплавленный металл
235
наиболее жаропрочными из всех специальных сплавов, по край-
ней мере при относительно коротких сроках службы. Они сохра-
няют высокие значения длительной прочности при температурах
900—950°. Сам по себе кобальт не обладает высокой жаропроч-
ностью; это свойство придает ему присадка хрома. Кобальтовые
сплавы обязательно содержат от 18 до 34% Сг: при более низком
содержании сплавы обладают пониженной окалиностойкостыо,
а при более высоком содержании хрома становятся хрупкими
[91]. Примесь вольфрама в количестве от 3 до 20% повышает жа-
ропрочность. Важным компонентом наплавочных кобальтовых
сплавов является углерод, который повышает прочность и об-
разует с вольфрамом и хромом весьма твердые карбиды, улуч-
шающие сопротивление абразивному износу. Твердость и пла-
стичность сплава определяются главным образом содержанием
углерода и вольфрама. Типичные составы сплавов, применяемых
для износостойкой наплавки, представлены в табл. 49.
Таблица 49
Сплавы на основе кобальта
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Средняя твердость Rc
С Si Мп Сг Ni W Fe Со при 20° при 650°
58 КВ5Х30 .... 1,о 1,2 1,0 29 2,0 4,5 4 Ост. 42 26
59 КВ8Х30 .... 1,3 1,2 1,0 29 2,0 8,5 4 Ост. 47 30
60 КВ12Х30 . . . 2,4 1,2 1,0 29 2,0 12,5 4 Ост. 55 36
61 КВ20Х30 . . . 2,7 1,2 1,0 32 2,0 19 л 4 Ост. 60 53
Сплавы этого типа известны под названием стеллитов. На-
плавка их производится обычно ацетилено-кислородпым пламе-
нем или в среде аргона (неплавящимся электродом), а также
электродами с покрытием. Твердость наплавленного слоя колеб-
лется в довольно широких пределах, в зависимости от числа
слоев и применяемого способа наплавки (точнее — от фактиче-
ского содержания углерода в наплавленном металле и степени
его разбавления железом). Наплавка стеллитов производится с
предварительным подогревом изделия до 600—700° и последую-
щим замедленным охлаждением. Чем выше твердость наплавлен-
ного металла, тем выше должна быть температура подогрева.
Структура наплавленного слоя — аустенит с различным ко-
личеством карбидов в виде игл и эвтектики (рис. 120).
Пластичность наплавленного металла зависит от содержания
углерода и вольфрама. Сплав № 58 поддается ковке, обладает
236
Материалы и технология автоматической наплавки
относительным удлинением при растяжении порядка 2—3% и
может обрабатываться резанием с помощью твердосплавного
инструмента.
Сплавы с высоким содержанием вольфрама непластичны, об-
рабатываются электроэрозионным способом или шлифовкой.
Важнейшими свойствами стеллитов являются высокая стой-
кость против коррозии, эрозии и абразивного износа в сочетании
с исключительно высокой жаропрочностью. Зависимость твердо-
Рис. 120. Микроструктура наплавлен-
ного стеллита у линии сплавления.
Увеличение 200
Тегтрат/ра испытания °C
Рис. 121. Зависимость твердо-
сти от температуры закаленных
сталей и сплавов, применяемых
при изготовлении резцов
сти от температуры для стеллита KB20X30 и некоторых других
сплавов показана на рис. 121. При температуре выше 650° стел-
лит уступает по твердости только металлокерамическому твер-
дому сплаву, но при этом значительно превосходит твердые спла-
вы в отношении сопротивления окислению. Структура, стеллитов
отличается высокой стабильностью. При весьма длительном на-
греве возможно только некоторое повышение твердости за счет
дисперсионного твердения аустенита. Сопротивление ползучести
кобальтовых сплавов выше, чем сплавов на основе железа и ни-
келя.
Более мягкие сплавы № 58 и 59 используются для наплавки
прессовых матриц при обработке титана и его сплавов, выхлоп-
ных клапанов авиационных и автомобильных двигателей, уплот-
нительных поверхностей арматуры для пара высокого давления;
Наплавленный металл
237
сплавы № 60 и 61 —для наплавки волочильных колец при горя-
чем волочении, буровых долот, деталей доменного оборудова-
ния и др.
7. ПРОЧИЕ ИЗНОСОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ
Карбидные композиции
Кроме сплавов, полностью расплавляемых в процессе наплав-
ки, применяется наплавка литых и спеченных твердых сплавов
в виде зерен, которые лишь частично растворяются в жидком
металле и в основном сохраняют в наплавленном слое свой ис-
ходный состав и структуру. Подобные сплавы широко использу-
ются для армирования шарошек буровых долот, покрытия раз-
личных деталей дробильно-размольного оборудования, зубьев
ковшей экскаваторов, черпаков драг и др. Высокая износостой-
кость поверхности, армированной зерновым твердым сплавом,
обусловлена тем, что в процессе абразивного износа металл,
связывающий отдельные зерна твердого сплава, стирается, а вы-
ступающие при этом зерна сохраняют острые кромки. По мере
того как зерна все больше выступают над поверхностью ме-
талла-связки, они .при трении о породу испытывают возрастаю-
щую изгибающую нагрузку, которая в конечном счете приводит
к излому и выкрашиванию зерен. Поэтому к составляющим ком-
позитного наплавленного слоя — твердым зернам и связке —
предъявляются определенные требования: зерна должны, кроме
высокой твердости, обладать высокой прочностью, а связка —
большой стойкостью против абразивного износа и обеспечивать
прочное закрепление зерен.
Композитные наплавки не имеют строго определенного хими-
ческого состава, поскольку степень растворения твердых зерен
зависит от их размеров’, температуры и продолжительности на-
грева, а также от интенсивности перемешивания.
В табл. 50 приведен химический состав твердых сплавов, при-
меняемых для армирования изнашивающихся деталей.
Таблица 50
Литые карбидные сплавы
Xs п/п Название Средний состав твердых зерен, % Т вердость «А
с W Мо
i 62 Релит 3,3 95 . 90—92
63 Воломит 4 93 2 90—92
238
Материалы и технология автоматической наплавки
Литые карбиды вольфрама обладают исключительно высокой
твердостью и весьма тугоплавки: WC плавится при 2600° с раз-
ложением (образуются W2C и графит); W2C — при 2750°, дает
с WC эвтектику, плавящуюся при 2525°. Применяемые для на-
плавки зерна литых карбидов обычно близки к эвтектическому
сплаву. Содержание свободного углерода в релите допускается
не более 0,1%. При переносе в дуге капли металла достигают
температуры порядка 2500°, и карбидные зерна растворяются в
металле связки, что ведет к снижению износостойкости. Поэтому
Рис. J22. Микроструктура наплавленного слоя, со-
держащего зерна литого карбида вольфрама
наплавка литых карбидов осуществляется ТВЧ или вольфрамо-
вым электродом в среде аргона.
Широко применяется также наплавка ацетилено-кислородным
пламенем. В последнем случае присадочным металлом служит
порошковая проволока, так называемый «трубчато-зернистый
сплав», или ТЗС, в которой вес нелегированной оболочки состав-
ляет около 40%, карбидного порошка — около 60%. При наплав-
ке этими способами в наплавленном слое сохраняются зерна ли-
того карбида размером в поперечнике примерно от 0,1 до 0,8 мм.
Микроструктура такого слоя представлена на рис. 122.
Исследование микроструктуры показывает, что каждое зерно
твердого сплава окаймлено сплавом Fe-W-C, в котором концен-
трация вольфрама убывает по мере удаления от границы зерна.
Микротвердость карбидных зерен составляет от 1500 до
2000 кг!мм2, тогда как для связки она колеблется примерно о г
600 до 960 кг/мм2.
В СССР наибольшим распространением пользуется релит.
Износостойкость шарошек буровых долот, армированных ТВЧ,
Наплавленный металл
239
весьма высока [58]. Дальнейшее повышение ее может быть до-
стигнуто, если заменить хрупкий литой карбид металлокерамиче-
ским твердым сплавом, например типа ВК8. Хотя твердость
спеченного сплава, содержащего определенное количество ко-
бальтовой связки, ниже, чем литого карбида, но, благодаря мень-
шей склонности к выкрашиванию и излому зерен, работоспособ-
ность наплавленных деталей значительно увеличивается.
В последнее время появились сообщения о новых вариантах
композитных наплавок карбидов. Одна из американских фирм
сообщает о наплавке слоя карбидов вольфрама с кобальтовой,
связкой (до 15% Со в наплавленном слое). Наплавка произво-
дится ацетилено-кислородной горелкой со специальным приспо-
соблением. Возможна наплавка слоя толщиной до 3 лги.
Имеются также сообщения об успешном использовании для
наплавки спеченных электродов из карбидов вольфрама и титана.
Карбиды хрома значительно дешевле карбидов вольфрама.
Экспериментальные работы по использованию в качестве связки
никеля дали обнадеживающие результаты. В этом направлении
ведутся интенсивные исследования.
Сплавы, содержащие борид хрома
Исследования, проведенные во Всесоюзном научно-исследо-
вательском институте твердых сплавов [46], показали весьма цен-
ные свойства борида хрома как компонента наплавочных спла-
вов. Технология промышленного производства борида хрома раз-
работана полностью. Даже при небольшом масштабе производ-
ства борид хрома примерно в 4 раза дешевле карбида вольфрама
и мало уступает ему в отношении износостойкости* В табл. 51
приведены типичные составы наплавленного металла.
Наплавка производится неплавящимся электродом (расплав-
ление шихты, нанесенной на подлежащую наплавке поверхность),,
порошковой проволокой под флюсом или электродами с соответ-
ствующим покрытием.
Таблица 51
Сплавы, содержащие борид хрома
№ п/п Маркировка Средний состав наплавленного металла, % Твердости, «А
с в Сг Fe
64 Х35Р8 0,1 7,7 35 57 85
65 У70Х35Р5 .... 7,3 5,2 37 51 80
240
Материалы, и технология автоматической наплавки
Структура наплавленного металла — аустенит, большое коли-
чество боридной или карбидно-боридной эвтектики и кристаллы
борида хрома.
Испытания на абразивный износ в натурных условиях — на
шнеках кирпичных прессов, билах молотковых дробилок, формах
для прессования бурого угля — показали очень высокую износо-
стойкость. Долговечность шнеков кирпичных прессов при на-
плавке сплавом № 65 оказалась в 1,8 раза, а сплавом № 64 — в
3 раза больше, чем при наплавке сталинитом.
Весьма вероятно, что борид хрома получит большое распро-
странение для наплавки изделий, испытывающих абразивный
износ.
Глава VI/1
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. СТАНДАРТНЫЕ МАРКИ ПРОВОЛОКИ
Во многих случаях для наплавки может быть использована
стандартная сварочная проволока, поставляемая по ГОСТ
2246—60. Химический состав двадцати марок электродной про-
волоки, пригодной для наплавочных работ, а также примерный
тип наплавленного металла (из числа рассмотренных в главе
VII), который может быть получен при их использовании, при-
ведены в табл. 52.
Сварочная проволока выпускается следующих размеров:
диаметрами 0,3; 0,5 и 0,8 мм с допусками соответственно
—0,05, —0,06 и —0,07 мм; диаметрами 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 2,5 и
3,0 мм с допуском —0,12 мм; диаметрами 4,0; 5,0 и 6,0 мм с до-
пуском —0,16 мм; диаметром 8,0 мм с допуском —0,20 мм;
диаметрами 10 и 12 мм с допуском —0,24 мм. Наибольшее рас-
пространение получила проволока диаметром 2, 3 и 4 мм. Для
проволоки с травленой поверхностью допускаемое отклонение
по диаметру на 50% больше указанного. Овальность проволо-
ки не должна превышать половины допуска по диаметру.
Сварочная проволока поставляется в мотках, размеры и вес
которых должны отвечать требованиям ГОСТ 2246—60
(табл. 53).
Высоколегированная проволока по требованию потребителя
поставляется в термообработанном состоянии. Она должна
иметь чистую поверхность, без окалины, ржавчины, грязи и
масла. Допускаются следы мыльной смазки и цвета побежало-
сти после термической обработки.
Бухты (мотки) проволоки обвертывают водонепроницаемой
бумагой, а затем упаковывают в тарную ткань, рогожу или в
ящик.
Кроме сварочной проволоки, для наплавки часто использу-
ют пружинную проволоку, изготовленную из углеродистой ста-
ли с низким содержанием серы и фосфора. Так, на ряде ремонт-
ных предприятий применяется пружинная проволока высокой
прочности (класса В) по ГОСТ 5047—49. Химический состав
этой проволоки, предназначенной для пружин, навиваемых в
холодном состоянии и не подвергаемых закалке, не регламен-
тирован, за исключением вредных примесей: допускается не бо-
лее 0,02% S и 0,03% Р. Обычно эта проволока содержит
0,4—0,5% С; 0,17—0,37% Si м 0,35—0,60% Мп.
Пружинная углеродистая проволока выпускается диаметром
от 0,2 до 8 мм. Допуски по диаметру для проволоки диаметром
16 Зак. 390
242
Материалы и технология автоматической наплавки
Проволока стальная сва
Марка проволоки Химический состав металла
с Мп SI Сг
Св-08 <0,10 0,35—0,60 <0,03 <0,15
Св-08ГА <0,10 0,80—1,10 <0,03 <0,10
Св-ЮГА <0,12 1,10—1,40 <0,03 <0,20
Св-1(Г2 <0,12 1,50—1,90 <0,03 <0,20
Св-С)8ГС <0,10 1,40—1,80 0,60—0,85 <0,20
Св-08Г2С . <0,11 1,86-2,10 0,70—0,96 <0,20
Св-12ГС ... . . <0,14 0,80—1,10 0,60—0,90 <0,20
Св-12ХГ2С . . 0,06-0,12 1,7—2,1 0,7—0,95 0,7—1,00
Св-12Г2Х ..... 0,10—0,15 1,60—1,90 <0,12 1,2—1,5
Св 18ХГСА . . . 0,15—0,22 0,80—1,10 0,9—1,20 0,8—1,10
Св-20ХЗМВФ . 0,16—0,22 0,25—0,50 0,17—0,37 2,50-3,(0
СВ-10Х5М <0,12 0,40—0,70 0,15—0,35 4,00—6,0 J
Св-1(>Х13 0,08—0,15 0,30—0,70 0,30—0,70 12,0—14,0
Св-08Х14ГТ <0,10 0,90—1,30 0,25-0,65 13,0—15,0
Св-10Х17Т <0,12 <0,7 <0,8 16,0—18,0
Св-06Х19Н9 <0,06 1,00—2,00 0,5-1,00 18,5—20,5
Св-06Х19Н9Т <0,08 1,00—2,00 0,40—1,00 18,0—20.0
Св-С8Х2СН1(Т6 . . . <0,10 5,0—7,0 0,20—0,60 20.0—22,0
Св-С8Х20Н9Г7Т . . . <0,10 6,00-8,00 0,50—1,00 18,0—22,0
Св-25Х25Н16Г7 .... 0,20—0,28 6,00—8,00 <=0,25 24,0—27,0
Таблица 53
Размеры и вес мотков сварочной проволоки
(ГОСТ 2246-60)
Диаметр прово- локи, мм Внутренний диа- метр мотка, мм Вес мотка, кг (не менее)
для проволоки из углеродистой стали для проволоки из легированной стали для проволо- ки из высо- колегирован- ной стали
0,3—0,8 150 2 2 1.5
1,0—1,2 250 —400 15 10 6
1,6—2,0 2,5—3,0 250—б^О 400—600 । 20 15 8
4,0—10,0 12,0 500—700 ' 700—750 ) 40 20 10
от 2 до 3 мм составляют от +0,04 до —0,02 мм. Проволока
должна иметь гладкую и чистую поверхность. Ее покрывают
сплошным тонким слоем чистой нейтральной смазки, предо-
Электродные материалы
243
речная по ГОСТ 2246—60
Таблица 52
проволоки, % Прочие элементы Тип наплав ленного ме- талла
Ni Mo Ti 8 р
не б злее
<0,35 0,04 0,04 1
<0,25 — -— 0,03 0,03 — 1
<0,30 — — 0,03 0,03 — 2
<0.30 -— — 0,04 0,04 —. 2
<0.25 — — 0,03 0,03 А1<0,05 2
<0,25 —. —. 0,03 0.03 А1<0,05 2
<0,30 — —. 0,(3 0,04 — 3
<0,25 — — 0,( 3 0,03 А1<0,05 5
<0,25 — — 0.G3 0,03 — 4
<0,30 — — 0,(25 0.03 — 5
<0,20 0,35—0,50 — 0,03 0,03 W 0,3—0,5 6
<0,30 0,40—0,60 -— 0,( 3 0,03 V 0,7—0,85 6
<0,60 — — 0,03 0,03 — 16
^0,60 .— 0,50—0,90 0,03 0,03 —- 16
<0,60 — <0,50 0.03 0,( 35 — 17
8,0—10,0 — — 0,018 0,025 — 31
8,0—10,0 — 0,50—1,00 0,018 0,( 30 — 32
9,0—11,0 .—- — 0,018 0,035 — 33
8,0—10,0 — 0,60—0,90 0,018 0,о35 — 33
15,0—17,0 — — 0,015 0,025 — 35
храняющей от коррозии. Перед наплавкой эту смазку необхо-
димо удалять промыванием в растворителе или иным спосо-
бом.
В качестве электродной с успехом используется стальная
углеродистая проволока высоких сопротивлений, марок ВС и
ОВС (по ГОСТ 1546—53). Она изготовляется из углероди-
стых сталей, а также из стали 65Г (см. табл. 56) и предназна-
чается обычно для закаливаемых ответственных пружин. Со-
держание серы в ней не должно превышать 0,03%, а фосфора
0,035%. Проволока выпускается диаметром от 0,15 до 6 мм.
К качеству ее поверхности и механическим свойствам предъ-
являются строгие требования, которые, однако, не имеют зна-
чения для наплавки.
Химический состав металла, наплавленного пружинной про-
волокой, в большой мере зависит от типа флюса и режима на-
плавки (см. рис. 28, 34 и 35). Наплавленный металл по струк-
туре и свойствам близок к типам № 4 и 5 (см. таол. 35).
Проволока марки ЗОХГСА в больших количествах выпу-
скается для изготовления болтов и заклепок методом холодной
16*
244
Материалы и технология автоматической наплавки
высадки. Такая проволока поставляется по ЧМТУ 3289—52.
Она изготовляется диаметром от 1 до 12 мм с более жесткими
допусками, чем сварочная. Химический состав приведен в
табл. 54.
Проволока поставляется в слабонагартованном состоянии;
по требованию потребителя она должна поставляться мягкой
(после термической обработки). Поверхность проволоки должна
быть гладкой, без черновик, расслоений и ржавчины. Допуска-
ются цвета побежалости.
Проволока ЗОХГСА должна поставляться в мотках, состоя-
щих из одного отрезка, весом не менее 10 кг для проволоки диа-
метром 1 и 2 мм и не менее 20 кг для проволоки диаметром бо-
лее 2 мм.
Нержавеющая проволока марок 1X13, 2X13, 3X13 и 4X13
поставляется по ГОСТ 5548—50. Этот стандарт предусматри-
вает различные виды поверхности и термообработки проволо-
ки. Для наплавки применяется неполированная и нешлифован-
ная проволока, предпочтительно травленая и термически об-
работанная (отожженная). При необходимости может быть ис-
пользована и нагартованная проволока — светлая или темная
(с остатками волочильной смазки).
Нержавеющая проволока выпускается диаметром от 0,20 до
6,0 мм, с более жесткими допусками, чем сварочная. Она долж-
на иметь чистую гладкую поверхность, без плен, окалины и по-
Химический состав стали, применяемой для изготовления
Марка стали Содер-
С Мп Si Сг Ni
ЗОХГСА . . . 1X13 2X13 3X13 4X13 Х15Н60 .... Х20Н80 .... Х20Н80Т . . . 65Г ЭИ701 . . 0,28—0,35 0,09—0,15 0,13—0,23 0,25—0,34 0,35—0,45 <0,15 <0,15 <0,12 0,60—0,70 0,55—0,65 0,8—1,10 <0,60 <0,60 <0,60 <0,60 <1,5 <1,5 <0,7 0,9—1,20 1,3—1,8 0,9—1,20 <0,60 <0,60 <0,50 <0,50 <1,0 <0,5 <0,8 0,17—0,37 0,4—0,7 0,8—1,10 12,0—14,0 12,0—14,0 12,0—14,0 12,0—14,0 15,0—18,0 20,0—23,0 19,0—23,0 <0,30 2,6—3,1 s£0,40 <0,60 <0,60 <0,60 <0,60 55,0—61,0 75,0—78,0 Не менее 75,0 <0,30 <0,30
Электродные материалы
245
роков. С согласия потребителя проволока поставляется без Me-
к.гиических испытаний. Химический состав стали (по ГОСТ
5632—51), применяемой для изготовления этой проволоки, при*
веден в табл. 54. Проволока с неполированной и нешлифован-
ной поверхностью поставляется в мотках, весом не менее 5 кг.
Обычно проволоку покрывают нейтральной смазкой, но по тре-
бованию потребителя она может поставляться несмазанной.
Проволока из жаростойких сплавов (высокого омического
сопротивления) марок Х15Н60, Х20Н80 и Х20Н80Т применяет-
ся в основном для изготовления нагревательных элементов
электропечей и элементов сопротивления. Она поставляется по
ГОСТ 2238—53 (химический состав ее — см. табл. 54).
Стандарт предусматривает выпуск холоднотянутой проволо-
ки диаметром от 0,01 до 10 мм с более жесткими допусками,
чем требуется для сварочной проволоки. Для наплавки пригод-
на проволока с цветами побежалости на поверхности (сорт Ц)
или с чистой металлической поверхностью без окислов
(сорт М).
Холоднотянутая проволока диаметром более 0,5 мм по-
ставляется в мотках, состоящих из одного отрезка. Вес мотка
для проволоки диаметром 2,0—2,5 мм — не менее 4 кг, 2,5—
3,8 лои — не менее 6 кг, диаметром 4—5,5 мм — не менее 10 кг.
Допускается поставка не более 25% мотков пониженного (по-
ловинного) веса.
проволоки, используемой для наплавки
Таблица 54
жание, % ГОСТ или ТУ Тип наплав-
Прочие элементы S р ленного ме- талла
не более
<0,40% Ti 9,0—10,5% W, 0,3—0,5% V 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,025 0,025 0,015 0,030 0,040 0,030 0,035 0,035 0,035 0,035 0,030 0,030 0,020 0,035 0,040 ЧМТУ 3289—52 ГОСТ 5548-50 То же » » » » ГОСТ 2238—53 То же » » ЧМТУ 5527—56 5 16’ 16 19 19 53 54 54 5 36
246
Материалы и технология автоматической наплавки
Новые марки на
Химический
Марка стали с Мп Si Сг Ni
4Х2В8Т 4Х4ВЗФ 4Х2Г2В 3i Х5 Г13Н4А 0,35—0,45 0,35—0,45 0,35—0,45 0,25—0,35 0,65—0,80 1.0—1,4 0,8—1,2 2,2—2,7 0,40—0,70 12,5—15,0 0,4—0,7 0,7—1,0 0,4—0,7 0,2—0,5 0,5—0,8 2,5—3,0 3,6—4,1 2,2—2.7 4,0—6,0 «0,5 <0,35 «0,35 «0,30 <0,35 3,0—5,0
Высоколегированная проволока ЭИ701 изготовляется Мос-
ковским металлургическим заводом «Серп и молот» по техни-
ческим условиям ЧМТУ 5527—56. Проволока поставляется в
мотках внутренним диаметром от 420 до 600 мм. Вес мотка про-
волоки диаметром 2, 3 и 4 мм должен составлять соответствен-
но не менее 7, 10 и 15 кг.
Бронзовая проволока марки БрАЖМц 10-3-1,5 изготовляет-
ся по техническим условиям ТУ ЦМО 15/18—53 диаметром
только 6 и 8 мм. Согласно ГОСТ 493—54 химический состав
ее следующий: 9—11% А1, 2—4% Fe, 1—2% Мп, остальное
медь; примеси — не более: 0,01% As;, 0,002% Sb; 0,1% Sn,
0,1% Si; 0,5%) Ni; 0,03% Pb; 0,1 % P; 0,5% Zn. Проволока по-
ставляется в мотках. Металл, наплавленный этой проволокой
под флюсом, соответствует типу 48 (см. табл. 46).
2. НОВЫЕ МАРКИ НАПЛАВОЧНОЙ ПРОВОЛОКИ
В производстве легированной электродной проволоки наи-
более сложным и дорогим переделом является волочение. Про-
волока из износостойкой стали, применяемая для наплавки,
должна содержать больше углерода, чем наплавленный металл.
Общепринятая технология волочения с малыми переходами
диаметров и многократным светлым отжигом (или обычным от-
жигом и травлением) связана с большими затратами и трудо-
емка. В результате проволока, например, из быстрорежущей
стали стоит примерно в 3 раза дороже, чем катанка, из кото-
рой она изготовляется.
Опытные работы, проведенные в 1959—1960 г., показали, что
имеется возможность значительно упростить и удешевить во-
лочение легированной проволоки из износостойких сталей в ре-
зультате применения электронагрева в процессе волочения.
Эта новая технология, по-видимому, позволит в ближайшем
будущем значительно расширить ассортимент проволоки для
Электродные материалы
247
иловочной проволоки
Таблица 55
состав, Тип наплав- ленного ме- талла
W V Ti S 1 Р
не б о л ее
8,0—9,5 0,3—0,5 0,6—0,9 0,04 0,04 36
2,5—3,0 0,2—0,4 — 0,04 0,04 37
0,8—1,7 — — 0,04 0,04 6
— — — 0,04 0,04 6
— — — 0,04 0,03 11
наплавки. С другой стороны, представляется возможным при
наплавке крупных деталей использовать проволоку диаметром
6 мм, которая может быть изготовлена из катанки диаметром
6,5 мм со сравнительно небольшими затратами.
В табл. 55 приведен химический состав новых марок на-
плавочной проволоки, прошедших лабораторные испытания и
производственное опробование.
Предусматривается выпуск проволоки диаметром от 1,6 до
6 мм в мотках. В отношении сортамента, размеров мотков и
чистоты поверхности проволока новых марок должна отвечать
требованиям ГОСТ 2246—60.
Производство бронзовой проволоки для наплавки сплавов,
состав которых приведен в табл. 46, также встречает большие
трудности вследствие очень сильного упрочнения алюминиеио-
железной бронзы при волочении. В США для CBapw и наплав-
ки алюминиевых бронз в среде аргона часто применяется мно-
гожильная проволока, свитая как трос из медных, алюминие-
вых и стальных проволок малого диаметра. При расплавлении
в дуге на конце электрода образуется однородный жидкий
сплав. В зависимости от числа и сечения алюминиевых прово-
лок, участвующих в свивке, таким путем можно изготовить
электродную проволоку для наплавки бронзы с различным со-
держанием алюминия.
3. ЭЛЕКТРОДНАЯ ЛЕНТА
Наплавка вместо проволоки электродной лентой получила
применение в последние два года. В связи с этим технические
требования к электродной ленте, которые могут быть значитель-
но упрощены по сравнению с требованиями к ленте для пружин
и для других назначений, еще не стандартизованы.
Обычно для наплавки используется: стандартная холоднока-
248
Материалы и технология автоматической наплавки
таная лента, изготовляемая для различных назначений; лента
стальная холоднокатаная из конструкционной стали по ГОСТ
2284—43; лента стальная холоднокатаная из инструменталь-
ной и пружинной стали по ГОСТ 2283—57; лента стальная не-
ржавеющая по ГОСТ 4986—54 и лента высокого омического
сопротивления из жаростойких сплавов по ГОСТ 2615—54.
Химический состав, номера стандартов и тип металла, который
может быть наплавлен лентой данной марки в сочетании с со-
ответствующим флюсом, приведены в табл. 56.
Сортамент выпускаемой ленты предусматривает очень ши-
рокий диапазон размеров по толщине и ширине. Практическое
применение при наплавке находит лента толщиной от 0,4 до
1,0 мм, шириной от 20 до 100 мм и более. Выбор толщины и
ширины ленты определяется размерами наплавляемых изделий
(поскольку при оптимальных режимах наплавки ширина на-
плавленного валика равна ширине ленты), а также минималь-
ной плотностью тока, необходимой для устойчивого процесса
наплавки. В зависимости от состава ленты и применяемого
флюса минимальная плотность тока составляет от 10 до
15 а/льм2. Поскольку наплавка электродной лентой, как прави-
ло, производится на постоянном токе, а распространенные ис-
точники питания дуги рассчитаны на ток до 1000 а, не удается
использовать ленту с сечением, превышающим 100 мм2. Ни-
каких принципиальных препятствий здесь не встречается, и при
Стандартная стальная лента,
Химический со
Марка стали с Мп Si Сг N1
40 50 65 БОГ .... 65Г .... 1X13 . . . 2X13 . . . 3X13 . . . OXI8H9 . . 1Х18Н9Т Х13Н4Г9 . X23HI8 . . Х15Н60 . Х20Н80 . . Х20Н80Т 0,37—0,45 0,47—0,55 0,60—0,70 0,45—0,55 0,60—0,70 <0,15 0,16—0,24 0,25—0,34 <0,07 <0,12 0,15—0,30 <0,20 <0,15 <0,15 <0,12 0,50—0,80 0,50—0,80 0,50—0,80 0,70—1,00 . 0,90—1,20 <0,60 <0,60 <0,60 <2,0 <2,0 . 8,0—10,0 <2,00 <1,5 <1,5 <0,70 0,17—0,37 0,17—0,37 0,17—0,37 0,17—0,37 0,17—0,37 <0,60 <0,60 <0,60 <0,80 <0,80 <0,80 <1,00 <1,0 <0,5 <0,80 <0,30 <0,30 <0,30 <0,30 <0,30 12,0—14,0 12,0—14,0 12,0—14,0 17,0—20,0 17,0—20,0 12,0—14,0 22,0—25,0 15,0—18,0 20,0—23,0 19,0—23,0 <0,30 <0,30 <0,30 <0,30 <0,30 <0,60 <0,60 <0,60 8,0—11,0 8,0—11,0 3,7—5,0 17,0—20,0 55,0—61,0 75,0—78,0 >75,0
Электродные материалы
249
питании дуги от более мощного источника возможно использо-
вание ленты большего сечения.
В качестве электродной используется обрезная лента нор-
мальной точности изготовления. Стандарты на ленту предусма-
тривают поставку ее в рулонах, вес которых не регламентиро-
ван. Длина лент из конструкционных, инструментальных и не-
ржавеющих сталей должна быть не менее 4 м (фактически
всегда гораздо больше). Лента из сплавов Х15Н60, Х20Н80 и
Х20Н80Т поставляется в отрезках длиной не менее 20 м.
К качеству поверхности электродной ленты могут предъяв-
ляться минимальные требования. Вполне пригодна лента с
темной (черной) поверхностью и небольшими пороками, какие
допускаются действующими стандартами.
Кроме холодной прокатки, для производства электродной
ленты применяется бесслитковая прокатка жидкого металла по
способу А. В. Улитовского и Е. Г. Николаенко. При такой про-
катке жидкий металл заполняет зев валков-кристаллизаторов
в виде клина. Благодаря интенсивному охлаждению металла,
соприкасающегося с поверхностями тонкостенных валков, об-
разуются застывшие пленки, увеличивающиеся по толщине до
центровой линии валков. Эти пленки свариваются в ленту под
давлением 60—100 кг на 1 пог. см бочки валка.
По мнению автора процесса [100], «формирование ленты из
жидкого металла по данной схеме представляет собой отливку
пригодная для наплавки
Таблица 56
став, % № ГОСТов Тип наплав- ленного ме- талла
Ti S р на сталь на ленту
не >олее
0,045 0,040 1050 -57 2284—43 3
-— 0,045 0,040 То же То же 4
— 0,045 0,040 » » » х> 5
— 0,045 0,040 » » 2283—57 4
— 0,045 0,040 » То же 5
— 0,030 0,035 5632 -51 4986-54 16
— 0,030 0,035 То же То же 16
—- 0,030 0,035 » » » » 19
— 0,030 0,035 » » » » 31
С —0,03) 5 до 0,80 0,030 0,035 » » » 32
— 0,030 0,060 » 33
— 0,030 0,035 35
— 0,025 0,035 » 2615—54 53
— 0,025 0,030 » в То же 54
<0,40 0,015 0,020 » » 54
250
Материалы и технология автоматической наплавки
под давлением ленты, ширина которой лимитируется рабочей
частью бочек валков, а длина — количеством заливаемого ме-
талла». Производительность процесса достаточно велика: лента
шириной 1000 мм и толщиной 1 мм формируется с производи-
тельностью до 36 т в час.
Технология бесслитковой прокатки разработана Централь-
ным конструкторско-технологическим бюро Одесского совнар-
хоза и внедрена на нескольких десятках заводов применитель-
но к производству чугунного кровельного листа. Прокатанную
ленту обычно немедленно разрезают на листы, которые соби-
рают в стопу и отжигают. Понадобилось лишь небольшое изме-
нение технологического процесса, чтобы организовать произ-
водство ленты в рулонах.
В настоящее время производство литой электродной ленты
освоено на Киевском заводе чугунно-кровельного листа.
Лента чугунная электродная марки ЧЭ поставляется по
техническим условиям Института электросварки им. Е. О. Па-
тона. Выпускается лента толщиной 1 мм с допуском —0,3 мм.
Ширина ленты, в зависимости от заказа, может составлять 15,
20, 30, 50, 70 и 100 мм, с допуском —1 мм. Лента должна быть
ровной, без коробоватости и волнистости. Поверхность ленты
не должна иметь трещин, рванин, расслоений, ржавчины и ока-
лины. Кромки должны быть ровными, без зазубрин, рванин и
заусенцев. Лента поставляется в рулонах с внутренним диамет-
ром 205 мм, весом не менее 10 и не более 50 кг.
В конце 1959 г. начато освоение производства стальной элек-
тродной ленты методом бесслитковой прокатки. Опыты пока-
зали, что лента из стали трех марок, приведенных в табл. 57,
получается без затруднения, ввиду чего наладка промышлен-
ного производства является делом ближайшего будущего.
Марки и состав литой электродной ленты
Таблица 57
Марка ленты Химический состав, % Тип наплав- ленного ме- талла
с Si Мп Сг W V s р
не б олее
ЧЭ 3,3—3,6 1,3— 1,4 0,2— 0,4 — — — 0,05 0,05 9
Г13А 1,0—1,2 <0,2 12,0— 14,0 — — — 0,04 0,03 10
4X13 0,40—0.50 <0,6 <0,6 13,0— 15,0 — — 0,04 0,04 19
4ХЗВ8 0,35-0,45 0,6- 0,9 0,6- 0,9 2,5- 3,2 8,0- 10,0 0,20— 0,40 0,04 0,04 36
Электродные материалы
251
Наконец, следует упомянуть о возможности изготовления
электродной ленты путем холодной прокатки смеси металличе-
ских порошков и последующего спекания сырой ленты или про-
катки тонкой ленты одновременно со смесью порошков.
4. ПОРОШКОВАЯ ПРОВОЛОКА
Во многих случаях изготовление легированной проволоки
или ленты для получения износостойкого наплавленного метал-
ла оказывается практически невозможным или чрезмерно до-
Рис. 123. Конструкции порошковой проволоки, изготовляемой:
а —в СССР; б и в — в США; г и д — в Бельгии
рогим. Взамен высоколегированной проволоки с успехом ис-
пользуется порошковая электродная проволока (с порошком
внутри). Различные конструкции порошковой проволоки, вы-
пускаемой промышленностью СССР, США и Бельгии, представ-
лены на рис. 123.
В Советском Союзе порошковая проволока изготовляется в
мотках. Низкоуглеродистая стальная лента непрерывно свора-
чивается в трубку, которая одновременно заполняется порош-
ком (смесью размолотых ферросплавов и железного порошка),
затем подвергается волочению (с уменьшением диаметра) для
запрессовки порошка. При наплавке порошковая проволока
расплавляется в дуге и образует однородный жидкий сплав.
Химический состав наплавленного металла определяется со-
ставом ленты и порошкообразной смеси, а также соотношением
веса ленты и заполняющего ее порошка.
252
Материалы и технология автоматической наплавки
Порошок состоит обычно из смеси ферросплавов или метал-
лических порошков с железным порошком, графитом и кремне-
фтористым натрием.
Все материалы, используемые для приготовления порошко-
вой проволоки, должны быть превращены в порошок, который
проходит через сито 900 отв /см2 (65 меш, или № 021, или № 70 -
по разным ситовым шкалам) и содержит как можно меньше
пыли, проходящей через сито 10 000 отв!см2. Ферросплавы под-
вергаются дроблению и помолу, железный порошок — просеи-
ванию, кремнефтористый натрий — сушке и просеиванию.
Ферросплавы дробят в щековой дробилке (среднее дробле-
ние) и фрикционным прессом (мелкое дробление, до кусочков
размером 5—15 мм в поперечнике). Наиболее затруднительно
дробление ферровольфрама: по опыту Магнитогорского метиз-
но-металлургического завода производительность мелкого
дробления этого материала составляет всего 150—200 кг в сме-
ну. Для повышения производительности дробления целесооб-
разна 3—5-кратная закалка от 1000° в холодной воде. В ре-
зультате закалки ферровольфрам растрескивается и производи-
тельность мелкого дробления повышается в несколько раз.
Для размола ферросплавов наиболее подходит шаровая
мельница непрерывного действия. Барабан такой мельницы об-
разуют плиты с отверстиями, приваренные к торцовым дискам
с зазором. Снаружи барабана укреплены рамки с ситами. Мел-
кие частички выходят через отверстия и просеиваются через
сита. Мельница заключена в герметичный кожух.
Контроль порошковой проволоки осуществляется по соста-
ву наплавленного металла, так как химический анализ смеси
порошков весьма затруднителен. Ввиду этого порошковая про-
волока маркируется буквами ПП и указанием марки стали или
сплава, для наплавки которого она предназначена.
Перемешивание шихтовых материалов — весьма важная опе-
рация для получения качественной порошковой проволоки.
Оно производится в смесителе. В результате перемешивания
смесь должна стать настолько однородной, чтобы при химиче-
ском анализе не обнаруживалось разницы в навесках, взятых
из различных мест. Ввиду очень большой разницы в удельном
весе таких, например, материалов, как ферровольфрам и крем-
нефтористый натрий, для приготовления шихты пригоден не
всякий смеситель. Смеситель типа «пьяная бочка» себя не
оправдал. Хорошо зарекомендовал себя двухконусный смеси-
тель, применяемый в твердосплавном производстве. При ис-
пользовании такого смесителя потребная мощность двигателя
невелика, однако продолжительность перемешивания должна
составлять не менее 6 часов.
Электродные материалы
Рекомендуемые составы порошковой проволоки
Тип нап- лавлен- ного ме- талла О Ю СЧ СО О со со СО СО СЧ СЧ СО —« со СЧ со СЧ
Марка флюса S < о о о с — о СЧ СО СЧ СЧ СЧ — 1111 i я я я ;с я III <«£<<<<
Содержанке элементов, % со СЗ Z О ОС О С О О 1 сч сч со со сч о 1 О о
со не более ’Ф Tf -rf xf СЧ tj* Ю Tf <0 00000 оооо о о о о о о оооо Н TfH Tf Tt> xf tF Tf хф -ф OOOOOO о о о о о о о о о о оооо"
ь асом- и газе 1,0 1,0 1,0 1,0
>
5 О О ° 1Л о- со со 1 I LO 1 С со 1 тг о о о 1 1 - 1 g о 1
& лавки к "9-, 75 1,30 14,5 19,0 и в угл 10,0 20,0 1,3
Z
С — « § 1 1 сч- 1 1 1 1111 S S
и ‘S. со О. О О со о о г- о СЧ LQ О О ’’Ф 1 S СО LO LQ - сч сч
с Ю о О Tf О оо Tf СО ч—«Г^-ОО ’ О О О О LO \// \// V/ V ~ v v
со <0,30 <0,4 <0,7 <0,4 <0,4 <0,5 <0,30 0,90 <0,5 0,6
о Ю о CD ’Ф О О —• СЧ LQ СО СО Ю О СЧ сч , о* 1 сч"
Марка проволоки • СЧ • . f_ . . нт- СО _ r U( • СО V ?“? —< оо сч tr р Д X Д < И х н PQ СЧ СЧ ^2 О со со СЧ Ю оо сч ю Я > Й Е С S Е й СССССС СЁЁС СССССС ЕССС
254
Материалы и технология автоматической наплавки
Готовая смесь должна пересыпаться как можно меньше во
избежание сепарации составляющих по удельному весу.
Опытным путем можно легко подобрать состав порошковой
проволоки для наплавки металла любого заданного химиче-
ского состава. Большое количество марок порошковой проволоки
было изготовлено и испытано в Институте электросварки
им. Е. О. Патона и в других организациях, а также на заводах.
Характерные примеры составов порошковой проволоки при-
ведены в табл. 58. Порошковая проволока тем сильнее отли-
чается по составу от наплавленного металла, чем больше окис-
лительная способность флюса. При наплавке в среде активно-
го газа, каким является СО2, в состав проволоки вводится ак-
тивный раскислитель — титан, который в значительной мере
предупреждает окисление углерода и легирующих примесей
[130] Связывая азот, титан уменьшает вероятность образования
пор и снижает разбрызгивание.
При наплавке в инертных газах — аргоне и гелии — порош-
ковая проволока по составу может очень сильно приближаться
к наплавленному металлу, поскольку окисление примесей здесь
практически отсутствует (разумеется, при достаточной чистоте
газа и не слишком малой его подаче в зону сварки).
Большой интерес представляет возможность использования
для механизированной наплавки порошковой проволоки, содер-
жащей шлакообразующие материалы (И. К. Походня и
А. ЛА. Суптель [132]). Такая порошковая проволока является
электродным материалом, не требующим дополнительной за-
щиты в виде флюса или газа. Шлакообразующие составляющие
плавятся вместе с оболочкой проволоки и образуют шлаковую
пленку на каплях металла. Шлаковая корка легко удаляется с по-
верхности наплавленного валика после остывания. В состав сер-
дечника проволоки могут быть введены и легирующие примеси.
Для наплавки плоских поверхностей, а также тел вращения
большого диаметра весьма перспективно использование порош-
ковой электродной ленты. Она изготовляется из двух тонких
полос, которые, проходя через специальные ролики, гофрируют-
ся в продольном и поперечном направлениях, заполняются за-
тем порошком и закатываются по краям (Г. П. Клековкин,
О. А. Бакши, Е. Ф. Белоусов и Т. В. Сумина, авт. свид.
№ 123271 от 3/1 1959 г). Наиболее целесообразно централизо-
ванное производство порошковой ленты в рулонах, на специаль-
ном высокопроизводительном оборудовании. В настоящее вре-
мя ведется подготовка к промышленному выпуску порошковой
электродной ленты, пригодной для наплавки обычными аппара-
тами, широко распространенными в промышленности.
Глава JX
ФЛЮСЫ
1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ФЛЮСОВ ДЛЯ НАПЛАВКИ
Состав флюса и режим наплавки в значительной мере опре-
деляют содержание легирующих элементов и примесей в на-
плавленном металле. Поскольку химический состав наплавлен-
ного металла влияет на возможность образования трещин, их
наличие часто в решающей степени зависит от применяемого
флюса. Выбор флюса оказывает также сильнейшее влияние на
склонность к образованию пор.
От технологических свойств флюса зависят формирование
наплавленного валика и отделимость шлаковой корки. Каче-
ство наплавленного слоя во многих случаях определяется пра-
вильным выбором типа и состава флюса.
Флюс должен наилучшим образом обеспечивать: стабиль-
ность процесса, постоянство химического состава наплавленно-
го металла, правильные очертания и постоянство формы на-
плавленного валика или слоя, отсутствие металлургических по-
роков и удовлетворительное отделение шлаковой корки.
Формирование наплавленного валика
Формирование, т. е. получение оптимальной формы попереч-
ного сечения наплавленного валика и слоя, зависит от многих
факторов, в том числе от состава наплавленного металла, от
формы и размеров изделия, подвергающегося наплавке. При
прочих равных условиях решающее влияние оказывает флюс —
его стабилизирующие свойства, вязкость, поверхностное натя-
жение и температура плавления. Хорошее формирование за-
ключается: а) в получении благоприятных очертаний наплав-
ленного валика — с полным проваром по всей поверхности, не-
большой глубиной проплавления основного металла и плавным
переходом от наплавленного к ненаплавленному участку и
б) в обеспечении постоянства геометрической формы сварочной
ванны в процессе наплавки, равномерного и непрерывного пе-
реноса металла с электрода на изделие и удаления газов из по-
лости, где горит дуга.
Сильное влияние на очертания наплавленного валика ока-
зывает строение флюса. Пемзовидный флюс, состоящий из по-
ристых частичек застывшей шлаковой пены, имеет примерно
вдвое меньший насыпной вес, чем стекловидный такого же хи-
мического состава. Вследствие этого объем полости, выплавля-
емой дугой в слое пемзовидного флюса, получается, при прочих.
256
Материалы и технология автоматической наплавки
равных условиях, гораздо большим, чем при наплавке под стек-
ловидным флюсом. Это способствует прогреву краев ванночки
и растеканию металла на более широкой площади; валик полу-
чается широкий, с более плавными очертаниями, чем при на-
плавке под стекловидным флюсом. Легкость и подвижность
слоя пемзовидного флюса, наличие готовых пузырьков-зароды-
шей способствуют равномерному удалению газов из зоны дуги.
Надежное удаление газов особенно важно тогда, когда произ-
водится наплавка сплава с высоким содержанием углерода:
объем удаляющейся окиси углерода составляет несколько де-
сятков кубических сантиметров в секунду, тогда как объем по-
лости, где горит дуга, не превышает 2 см3.
Толщина стенки флюсовой оболочки и ее сопротивление вы-
ходу пузырьков газов определяются зависимостью вязкости от
температуры. При слишком «длинном» флюсе толщина оболоч-
ки становится чрезмерной, увеличивается количество расплав-
ляемого флюса. В этом случае газы накапливаются сравнитель-
но долго и прорываются толчками, а давление в полости дуги
беспорядочно колеблется. При слишком «коротком» флюсе
оболочка получается очень тонкой и непрочной, легко разру-
шается и с трудом возобновляется. Нужная для хорошего фор-
мирования толщина оболочки достигается только при опреде-
ленной зависимости вязкости от температуры. Опыт показыва-
ет, что нужные физические свойства расплавленный шлак при-
обретает лишь в том случае, если в нем содержится достаточ-
ное количество «стеклообразующих» окислов SiO2, А12О3, TiO2.
Если такие окислы отсутствуют и флюс составлен, например,
только из галоидных солей (подобно флюсам, применяемым
при газовой сварке, при сварке алюминия и титана), то форми-
рующие свойства его резко ухудшаются. Несмотря на преиму-
щества, которые дает флюс, совершенно нейтральный по отно-
шению к металлу, практическое применение «бескислородных»
и «фторидных» флюсов невелико, в основном из-за плохого
формирования наплавленного валика. Вязкость фторидных рас-
плавов при понижении температуры очень быстро увеличивает-
ся, что отрицательно сказывается на устойчивости оболочки,
окружающей дугу.
Следует вместе с тем отметить, что требования к физиче-
ским свойствам флюса различны в зависимости от объектов,
подлежащих наплавке.
Наплавка тел вращения малого диаметра по винтовой ли-
нии возможна лишь в том случае, если шлак затвердевает
быстро. Стекание шлака влечет за собой стекание металла и
неудовлетворительное формирование наплавленного слоя. Ус-
ловная температура плавления (температура сдвига крупинки,
помещенной на наклонную платиновую пластинку, которая на-
Флюсы
257
гревается пропусканием тока) позволяет наглядно оценить
легкоплавкость флюса. Получены следующие результаты опре-
деления условной температуры плавления некоторых флюсов:
1160° для АН-348-А. 1100° для АН-20 и 1260° для АН-30. Под
флюсом АН-30 удается Наплавлять сталь Х12ВФ (температу-
ра ликвидуса 1310°) на цилиндрические детали диаметром
40 мм и на внутренние цилиндрические поверхности диаметром
50 мм, тогда как под флюсом АН-20 затруднительна наплавка
деталей диаметром менее 100 мм.
При наплавке электродной лентой шириной более 40 мм, а
также при многоэлектродной наплавке хорошее формирование
дают только пемзовидные флюсы, и им следует отдавать пред-
почтение. При наплавке электродной проволокой хорошие ре-
зультаты получаются как с пемзовидными, так и со стекловид-
ными флюсами. Ввиду более низкой стоимости, а также боль-
шей прочности и меньшей увлажняемости, стекловидные флю-
сы более распространены и широко применяются в промышлен-
ности.
Отделимость шлаковой корки
Отделимость шлаковой корки определяет возможность не-
прерывной наплавки тел вращения. При наплавке плоских,
цилиндрических и конических поверхностей, когда механиче-
ское заклинивание шлаковой корки исключено, прилипание
шлака может быть вызвано только силами сцепления (анало-
гично пригару на литье).
Исследование Д. М. Рабкина, Ю. Н. Готальского, Е. С. Ку-
дели и В. В. Подгаецкого [137] показало, что прилипание шла-
ка связано с окислением поверхности металла. При остывании
наплавленного валика происходит взаимодействие между жид-
ким шлаком и затвердевшим металлом. На поверхности вали-
ка образуется тончайшая окисная пленка, состоящая в основ-
ном из вюстита (FeO). Как доказано работой Р. Ф. Мейля с
сотрудниками, в таких условиях вюстит достраивает кубическую
решетку a-железа. Окисная пленка весьма прочно удерживает-
ся на поверхности железа и его сплавов. Прочное сцепление
корки с окисной пленкой наблюдается в тех случаях, когда из
шлака выделяются кристаллы кубической системы, способные
достраивать кристаллическую решетку вюстита. Такие кристал-
лы образуют шпинели — химические соединения общего вида
Me R2O4, где Me означает Мп, Mg, Fe, a R означает Сг, V, А1,
и др.
Чтобы предупредить прилипание шлака при наплавке ста-
лей, содержащих вольфрам, хром и особенно ванадий, необхо-
димо свести к минимуму окислительную способность шлака, а
также содержание шпинелеобразующих окислов в его составе.
17 Зак. 390
258
Материалы и технология автоматической наплавки
Подогрев увеличивает продолжительность воздействия жид-
кого шлака на поверхность наплавленного валика, а поэтому
весьма ухудшает отделимость шлаковой корки. До разработки
низкокремнистых флюсов [179] плохая отделимость шлаковой
корки была серьезным препятствием при наплавке высоколеги-
рованных сталей.
Чем выше температура изделия, тем больше возможность
окисления поверхности валика и тем труднее удалить шлаковую
корку. Поэтому температура, при которой удаляется шлаковая
корка, может служить критерием для оценки отделимости.
В табл. 59 дана сравнительная характеристика отделимости
шлака от наплавленного металла при холодном и подогретом
основном металле. Наплавка производилась на круглую сталь-
ную болванку электродной проволокой марки Св-18ХГСА по
винтовой линии.
Таблица 59
Влияние температуры подогрева основного металла на характер отделимости
шлаковой корки
Удаление шлаковой корки Температура подогрева, °C
АН-34 КА АН 20 АН 30
Происходит самопроизвольно .... До 50—60 До 70—80 До 100—120
При леких ударах 61'— 25" 80—450 120—600
Затруднено 250—4(Х 450—600 —
Весьма трудно 400—606 — —
Удаление шлаковой корки вызывает особенно большие за-
труднения при наплавке быстрорежущих сталей с высоким со-
держанием ванадия (варианты наплавленного металла № 38,
39, 40 и 41). В этом случае, чтобы устранить образование шпи-
нелей, применяют флюсы, практически не содержащие AI2O3,
например AH-2IM [130]. Поскольку наплавка подобных сталей
производится с подогревом до 500—600°, взаимодействие меж-
ду шлаком и затвердевшим металлом относительно продолжи-
тельно; флюсы с высоким содержанием А12О, (как АН-20 и
АН-30) непригодны из-за прочного прилипания шлаковой
корки.
Стабилизирующие свойства
Как установлено трудами К. К. Хренова, а также нашими
исследованиями, выполненными совместно с В. И. Дятловым,
при прочих равных условиях стабильность дуги тем лучше, чем
Флюсы
259
ниже потенциал ионизации газа, образующего атмосферу дуги.
На внутренней стенке оболочки, окружающей дугу, достигаются
весьма высокие температуры, и компоненты флюса частично
испаряются, так что в дуге всегда присутствуют пары компо-
нентов флюса вместе с SiF4, СО и другими газами. Если во
флюсе содержатся окислы щелочных металлов, то диссоциация
и восстановление паров этих окислов в дуге приводят к появле-
нию легко ионизируемых атомов калия и натрия. Улучшение
электропроводности дугового промежутка, обусловленное при-
сутствием ионов калия и натрия, облегчает повторное возбуж-
дение дуги после короткого замыкания или изменения полярно-
сти (при наплавке на переменном токе).
Наличие в составе флюса таких «стабилизирующих» приме-
сей, а также минимальное поступление в дугу веществ, снижаю-
щих ее стабильность (как, например, SiF4), облегчает наплав-
ку на переменном токе при низком напряжении холостого хода
источника тока. Однако, как было показано выше, увеличение
содержания калия и натрия в составе флюса увеличивает склон-
ность к образованию пор. Окислы щелочных металлов вводят-
ся в современные флюсы главным образом в тех случаях, когда
предупреждение пор обеспечивается иными средствами. При-
мером подобных флюсов может служить предложенный
Г. В. Ксендзыком флюс АН-28, предназначенный для наплавки
слоя отбеленного чугуна с высоким содержанием углерода и
кремния.
Следует отметить, что окислы щелочных металлов затрудня-
ют кристаллизацию шпинелей, благодаря чему несколько улуч-
шается отделимость шлаковой корки.
2. ВЫСОКОКРЕМНИСТЫЕ СВАРОЧНЫЕ ФЛЮСЫ
Широко применяемые во всех отраслях народного хозяй-
ства высококремнистые высокомарганцевые флюсы предназна-
чены для сварки малоуглеродистых и низколегированных ста-
лей; в равной мере они используются и для наплавки этих ста-
лей (№ 1—5 по табл. 35). Флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 выпуска-
ются по ГОСТ 9087—59, а флюс АН-60 — по техническим усло-
виям. Химический состав и размеры зерен флюсов приведены б
табл. 60.
Марка флюса должна выбираться в зависимости от назна-
чения: флюсы АН-348-А и ОСЦ-45 предназначены для сварки и
наплавки электродной проволокой диаметром 3—5 мм, флюсы
АН-348-АМ и ОСЦ-45М — для сварки и наплавки проволокой
диаметром менее 3 мм, флюс АН-60 — для сварки на высоких
скоростях (более 60 м/час), а также для наплавки электродной
лентой и многоэлектродной наплавки.
17*
260
Материалы и технология автоматической наплавки
со
Марки и состав высококремнистых сварочных флюсов
d | S cd CD *3 О CM CM LO о Ю ——* ’—« 1—« *—< о о oo о
lQ LO lQ lQ Ю 1—< ' < •—« "—I , о о о о о
«» о о’ U, 10 CD X о о о о г- CM CM CM OI —’
| 'o!iv Ш Ю О О О 'sf I-Q L.O lO
СаО LO i-O LO LO 1 ► «--Io о о CD О О - VVVVn®
£0 рЗ О с 2 S CO о о 1 1 1 1 1 о о
лческий сос MgO LiO LD О r-ь- CO I | Ю Ю | О О CM CM UO ю ю V V о
X CaFj Ю LO о о ю DON 1 1 1 II о ю оою -Т СО О.со
MnO 34,0-38,0 34,0-38,0 38,0—47,0 38,0-47,0 37,0-40,0
SiO2 41,0—44,0 41,0—44,0 38,0—44,0 38,0—44,0 42,5—46,5
Размеры зерен, мм UO UO LO Ю СО СМ СО СМ СМ о о о о о 1 1 1 1 1 ОСО О CD О ' СО СО — О
u s E D Э 3 Стекло » » Пемза
• -> 2 S’ E 348-А 348-АМ ,-45 .-45М . . 30 ... .
iiOdx «оо<
Флюсы
261
Плавка флюсов АН-348-А, АН-348-АМ и ОСЦ-45 производит-
ся в пламенных печах с динасовой футеровкой, флюсов
ОСЦ-45М и АН-60 — в электропечах с углеродистой футеровкой
или с охлаждаемым кокилем. Шихта для плавки флюсов состав-
ляется по расчету из мытой марганцевой руды первого сорта
Чиатурского месторождения, плавикового шпата, песка и кау-
стического магнезита.
Расплав подвергают грануляции в воде. Флюс сушат, кон-
тролируют и пакуют.
Флюс поставляется партиями, изготовленными по одинако-
вой технологии из материалов одной поставки и одного состава.
Вес партии флюса, изготовленного выплавкой в пламенной пе-
чи, не должен превышать 20 т, изготовленного в электропечи —
10 т. Качество флюса контролируется на однородность по
внешнему виду; определяется его гранулометрический и хими-
ческий состав; проверяется влажность, которая не должна пре-
вышать 0,1%. Флюс упаковывают в пятислойные бумажные
мешки, причем вес мешка с флюсом не должен превышать
25 кг. Флюсы следует транспортировать и хранить в условиях,
исключающих увлажнение и засорение.
По своим металлургическим свойствам рассматриваемые
флюсы очень близки: все они легируют наплавленный металл
кремнием и марганцем, частично окисляют углерод. Различие
заключается в технологических свойствах. Сводные данные,
характеризующие эти свойства, представлены в табл. 61.
При использовании для наплавки флюса ОСЦ-45 и особенно
ОСЦ-45Л4 необходим источник постоянного тока, так как обыч-
ные источники переменного тока (с напряжением холостого
хода 60—-65 в) дают недостаточно устойчивую дугу.
Количество ржавчины, не вызывающее образования пор,
при наплавке под флюсом АН-60 примерно в 2 раза больше,
чем под флюсом АН-348-А.
По отделимости шлаковой корки рассматриваемые флюсы
примерно равноценны; несколько лучше других флюс АН-60,
что, видимо, связано с получением более гладкой поверхности
наплавленного валика.
3. НИЗКОКРЕМНИСТЫЕ ФЛЮСЫ
При наплавке среднелегированных и высоколегированных
сталей применение стандартных сварочных флюсов нецелесооб-
разно, так как они отличаются слишком высокой окислительной
способностью, чрезмерно легируют наплавленный металл крем-
нием и марганцем, дают плохо отделяющуюся шлаковую корку.
Значительно лучшие металлургические характеристики име
ют низкокремнистые флюсы. В табл. 62 приведены марки и хи-
362
Материалы и технология автоматической наплавки
мический состав важнейших низкокремнистых флюсов, а также
типы наплавленного металла, для которого эти флюсы приме-
няются. Размеры зерен: для стекловидных флюсов — от 3 до
0,35 мм, для пемзовидных — от 5 до 0,2 мм. Все низкокремни-
стые флюсы изготовляются путем плавки в электропечах с уг-
леродистой футеровкой или с охлаждаемым кокилем и подвер-
гаются грануляции в воде. В зависимости от температуры рас-
плава, содержания в нем небольших количеств растворенного
(карбидного) углерода, а также от температуры воды в грану-
ляционном бассейне можно получить стекловидный или пемзо-
видный флюс. При выливании в воду хорошо раскисленного
расплава можно добиться вспенивания флюсов различного хи-
мического состава. Получение пены, по-видимому, обусловлено
взаимодействием водяного пара с растворенными в расплаве
карбидами. Путем прокаливания пемзовидного флюса при вы-
сокой температуре влага может быть удалена достаточно пол-
но, что позволяет резко снизить вероятность возникновения пор
в наплавленном металле.
Недостатки пемзовидного флюса: малая прочность зерен,
способность адсорбировать влагу воздуха вследствие развитой
поверхности.
Некоторые особенности изготовления отдельных флюсов
рассмотрены ниже.
Представленные в табл. 62 флюсы можно разделить на две
группы: марганцевые и безмарганцевые.
Флюсы первой группы используются преимущественно для
наплавки сталей и сплавов с высоким содержанием марганца.
Исключением является флюс АН-26, который применяется для
наплавки аустенитных хромоникелевых сталей электродной
лентой. Достоинства этого флюса — отличное формирование на-
плавленного валика и очень малая склонность к порам. Недо-
статком является сравнительно высокая окислительная способ-
ность, что приводит в некоторых случаях к недопустимому сни-
жению содержания титана и хрома в наплавленном металле
и к появлению кристаллизационных трешин. Эффективным
средством борьбы с трещинами в этом случае является при-
месь 3—4% алюминиевой лигатуры (около 80% алюминия и
20% железа), обладающей приблизительно одинаковым с флю-
сом удельным весом. Лигатура весьма хрупка, ее дробят для
получения крупинок тех же размеров, какие имеют зерна флю-
са, и приготовляют однородную механическую смесь. При на-
плавке под флюсом АН-26, смешанным с лигатурой, достигает-
ся вполне надежное предупреждение трещин.
Флюс АН-10 окисляет углерод и кремний и эффективно ле-
гирует металл марганцем. Путем подстуживания расплава пе-
ред выпуском и некоторой его выдержки в печи можно добиться
Флюсы
263
сч
S
Марки и состав низкокремнистых плавленых флюсов, применяемых для наплавки
I Химический состав, %
Тип наплав- ленного ме- талла 30—35 о СЧ СЧ сч о м* I СЧ со со СО CD ^-LO COM* | СЧ сч ю СО . 03 00 СЧ оо о СЧ СО сч СО СО • - г^. .-М* сом* СЧ СМ сч СО О О О •—• 1 . -со о
01 а. ч с с с О CD О CD LQ оо LO Ш М* —• О СЧ <_> О О О CD О о о о о о о о о" о
и 0,07 0,С6 0,15 0,15 0,08 0,08 0,10 0,08 0,С5
FeO О О СЧ о о о о о ю « СЧ —< —Г
к2о 1 Illi 1 СО Г- М" CD М-CD М4 О ОО | | | — — ОО ОО СЧ СО — СЧ
MgO 16.0— о 1 о 1 сч 1 1 о о о loo - ID - in - LO СЧ о - * 0-0- -□0 -in - - -со сч -СО -CD СО —> *— — О — — со —<
СаО 1 lol 1 1 I 1 и 1 о от о - ОО ОО ОО - 1 М* ОО о - о - - - -Щ - - - - - - 1Л М* - - -О -СО Ш CD СЧ — СО Г- СО Г- СО О СО СО О со сч cd сч
Т1О2 1 1 1 1 о 1 1 °-о| 1 1 со М* СО
о" с О 1 о 1 О 1 О 1 О I О 1 О 1 О >-о-о- о - О- 1 in - 0-0- -СЧ -СО 1 -СЧ CD м* сч -ТГ -Г- СЧ ОСЧ О СЧ О СЧ Г-СО со л ! ом* осч —. — — СЧ 'V со сч
CaFa 1 о 1 о 1 о Io Io 1 о Io Io о - о - о - о - о - 1 m о - о - о - -М* -М* -М* -М* -со 1 —. -о -со -о о сч о сч оо СЧ оо CM LOCO О CD СО О СЧ LOCO СЧ СЧ — —< СЧ сч —. —-
МпО 1 | 1 1-0 1 LO LO О СО Ю со LO LO ОО Ю - LO - - - - - -со -СО О —' о о о счсосооосоосоу,
о Й сг 32,0 18,0— 21,5 20,0— 23,0 20,0— 23,0 19,0— 24,0 5,0— 10,0 9,0— 13,0- 2,0- 5,0 <4,0
Строение Ct г с с s S «=з s S _ ctj СЗ ! § СЗ С5 г 2 П5с3 g § 03 i В 3 £ И S S В| S о с с и сс ОС
Марка флюса < S ' <р СО СЧ О о о ОО —< о Д сч сч —« сч сч 04 со g Е Я Я Я Я Я Я Я «£<<<< <<
264
Материалы и технология автоматической наплавки
осаждения богатых фосфором корольков и резко понизить со-
держание фосфора в флюсе. Такой обесфосфоренный флюс
маркируется АН-10-А. Как показали исследования Е. Н. Моро-
зовской, при наплавке стали типа Г13 под флюсом АН-10-А
можно полностью устранить трещины в наплавленном ме-
талле.
Из группы безмарганцевых флюсов наиболее широко при-
меняется АН-20, который изготовляется централизованно в
больших количествах. В основном выпускается стекловидный
флюс; для наплавки электродной лентой и многоэлектродной
наплавки используется пемзовидный флюс размером зерен от
1,6 до 4,0 мм и насыпным весом 0,7—1,0 г! см?. Флюс АН-20 обес-
печивает высокую стабильность дуги, малую склонность к по-
рам, отличное формирование наплавленного металла. Его не-
достатки. относительно низкая температура плавления, что за-
трудняет наплавку тел вращения малого диаметра, и сравни-
тельно высокая активность кремнезема, что приводит к нежела-
тельному в некоторых случаях обогащению наплавленного ме-
талла кремнием.
Флюс АН-28 отличается очень высокими стабилизирующими
свойствами. Наплавка обычного и легированного чугуна, со-
держащего не менее 1 % Si, может производиться под этим флю-
сом как на постоянном, так и на переменном токе, при низком
напряжении дуги (20—25 в). Вследствие малого содержания
{5Ю2 и CaF2 и большого содержания окислов щелочноземельных
и щелочных металлов склонность к образованию пор высока.
Ценное свойство этого флюса — отличная отделимость шлако-
вой корки.
Флюс АН-21М содержит минимальное количество шпинеле-
образующих окислов, что обеспечивает отличную отделимость
шлаковой корки при наплавке быстрорежущих сталей (при тем-
пературе изделия до 650°).
После гранулирования расплава флюс АН-21М получается
пемзовидным, черного цвета. Для удаления гигроскопической
и конституционной (цеолитной) влаги необходима прокалка
при 900° в течение 5 часов. В результате прокалки флюс при-
обретает светло-оранжевый цвет и в таком виде используется.
Он обеспечивает хорошую стабильность дуги, хорошее формиро-
вание наплавленного слоя, малую склонность к порам.
Наиболее химически нейтральными являются флюсы АН-30
и 48-ОФ-6. Однако склонность к порам сравнительно высока,
особенно у флюса АН-30. При наплавке порошковой проволокой
под этим флюсом обязательно присутствие в сердечнике прово-
локи Na2SiFfi.
Флюс 48-ОФ-6 после гранулирования содержит много свя-
занной влаги. Его необходимо прокаливать не менее 5 часов
Флюсы
265
при 900°, после чего хранить в герметичной таре. При наплавке
под флюсами АН-30 и 48-ОФ-6 наплавленный металл по соста-
ву очень мало отличается от электродной проволоки или ленты.
Шлаковая корка отделяется очень легко.
4. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПЛАВЛЕНЫЕ ФЛЮСЫ
Для сварки высоколегированных хромоникелевых сталей,
содержащих титан, алюминий и другие легко окисляющиеся
примеси, находят некоторое применение фторидные флюсы,
вовсе не содержащие окислов. В качестве примеров таких флю-
сов можно назвать флюс АНФ-1— флюоритовый концентрат,
содержащий не менее 92% CaF2, не более 5% SiO2, не более
0,10% S и не более 0,015% Р, а также флюс АНФ-5 — сплав
80% флюоритового концентрата и 20% NaF. При хороших ме-
таллургических свойствах этих флюсов их технологические ха-
рактеристики мало удовлетворительны. Главный недостаток —
плохое формирование наплавленного металла. Возможно, что
при дальнейшем развитии методов изготовления фторидных
флюсов этот недостаток удастся преодолеть. К. R. Любавский
с сотрудниками разработал керамические флюсы типа ФЦК,
изготовляемые путем опекания смеси галоидных солей с порош-
ками металлов и ферросплавов. Подобные безокислительные
флюсы обладают улучшенными технологическими свойствами.
Флюс АНФ-1 применяется при электрошлаковой наплавке.
Здесь его достоинством является высокая электропроводность,
а условия формирования меньше зависят от свойств флюса.
При электрошлаковой наплавке аустенитных сталей с ус-
пехом используется рассмотренный выше флюс АН-22. Хими-
ческий состав двух других флюсов, широко применяемых при
электрошлаковой наплавке, приведен в табл. 63.
Плавка флюсов АН-8 и АН-25 производится в электропечах;
расплав либо подвергают грануляции в воде, либо выливают
в изложницу; после остывания расплава его дробят.
Таблица 63
Флюсы для электрошлаковой наплавки
Марка флюса Химический состав, %
SiO2 А12Оа TiO2 СаО MgO МпО CaF2 FeO ! S | Р не более
АН-8 АН-25 ..... 33—36 6-9 11—15 <2 35—40 12— 15 5-7 2—4 21—26 <0,5 13—19 33—40 1,5 1,0 0,15 0,15
266
Материалы и технология автоматической наплавки
Флюс АН-8 обеспечивает высокую устойчивость электрошла-
кового процесса. Флюс АН-25 предложен Г. С. Тягун-Белоусом
специально для возбуждения электрошлакового процесса без
дуги: он электропроводен в твердом состоянии, при прохожде-
нии тока быстро нагревается и расплавляется, образуя на-
чальную ванну жидкого шлака.
5. ЛЕГИРУЮЩИЕ НЕПЛАВЛЕНЫЕ ФЛЮСЫ
Флюсы, изготовленные из порошков минералов без сплав-
ления, путем склеивания жидким стеклом, в отношении форми-
рования обладают благоприятными свойствами, так как при их
сушке и прокалке зерна флюса получаются пористыми. Обычно
значительную часть шихты керамических флюсов образует мра-
мор. При нагреве до высоких температур вблизи дуги мрамор
и другие карбонаты диссоциируют, образующийся при этом уг-
лекислый газ вызывает вспенивание шлака. Благодаря этому
керамические флюсы (оптимальные варианты) по формирую-
щим свойствам не уступают пемзовидным плавленым.
Таблица 64
Химический состав легирующих флюсов
Составляющие флюса Состав флюсов, %
КС-Х12Т KC-XI2M KC-XI4P КС-ЗХ2В8 КС-Р18Б КС-Р9Б
СаСО а 40.0—43,') 38—42 37,0—40,0 40.0—43,0 25—28 31.5—33,5
CaF, . . . 5.0-6.0 5,0-6.0 8,0-10,0 8.0—9,5 8,5—9,0 8,0—10,0
ТЮа . . 5.0-6,0 5,0-6.0 — 13,5—14,5 8,5—9,8 8,0—9,0
SiOa ... 8,6-10,0 8,6-10,0 8,6—10,0 3,0-5,0 3,0—5,0 4,0—5,5
MgO —— — 12-14 — — —
NaaO . 1,5-1.7 1,5-1,7 1.5-1.7 1,5—2,0 1,5—2,0 1,4—1,6
С . . 2,3-3,0 2,0—2,4 2,0—2,3 0.4—0,55 1,2—1,4 1.5-1,8
Si .... <0,7 <0,7 2,1—2,4 2,0—2,5 <0.7 <0,7
Мп ... . <0,7 <0,7 <0,7 0,7—1,0 <0,7 <0,7
Сг .... 16,5-18,0 16,5-18,0 17,0—18,5 3,0—3,6 4,9—6,2 4,9—6,2
W .... — — — 10,0—12,0 20—22,5 13—15,0
V .... — — -— 0,4—0,7 2,2—3,0 4,0—5,5
Мо .... — 0,8-1,4 — — — —
А1 .... 0,7-1,1 0.7—1,1 — 0,2—0,3 0.6—0,9 0,6—0,9
Ti . . 3,5-4,0 3,5—4,0 — 1,0-1,5 0,7—1,0 0,7—1,0
S не более 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 0.15
Р не более 0,1 0,1 0,1 0,1 0,15 0,15
Карбид бо-
ра . . — — 2,8—3.0 — 0,7—0,8 0,3—0,4
Fe(из ферро-
сплавов). 14,0—19,0 14,0—19,0 7,0—10,0 10—14 17,5—19 17—20
Флюсы
267
Наиболее совершенным типом легирующих флюсов являют-
ся в настоящее время керамические. Ввиду отсутствия центра-
лизованного производства опыт их применения пока невелик.
В ряде случаев кустарное изготовление легирующих флюсов
приводило к неустойчивым результатам в отношении качества
наплавленных изделий. Организация производства этих флюсов
на заводах-потребителях для собственных нужд себя не оправ-
дала. Необходимое качество керамических флюсов можно обес-
печить только при условии организации массового производст-
ва их в специализированных цехах.
Лабораторная разработка рецептур привела к созданию ря-
да легирующих флюсов, обеспечивающих хорошие металлур-
гические и технологические характеристики при наплавке ма-
лоуглеродистой проволокой диаметром 2 и 3 мм.
В табл. 64 представлен состав серии флюсов, разработанных
Ю. А. Юзвенко на основе флюса КС-1 [194].
Эти флюсы предназначены для многослойной наплавки в
пределах полосы режимов, представленной на рис. 48.
Легирующие керамические флюсы изготовляются путем сме-
шивания порошков шлакообразуюших материалов и ферроспла-
вов с жидким стеклом, гранулирования, сушки и прокалки.
Примерный состав шихты (уточняемый в соответствии с соста-
вом сырых материалов) приведен в табл. 65.
хта легирующих флюсов Таблица 65
Ши
с< зстав Ш1 <ХТЫ, % вес.
Материалы гост КС Х12Т S 04 X о КС-Х14Р КС-ЗХ2В8 КС-Р18Б КС-Р9Б
Мрамор 4416—48 43,9 41,5 40,0 43,0 28,7 35,6
Плавиковый шпат 4421—48 6,0 6,0 10,0 10,0 10,0 10,0
Двуокись титана (ТУ МХП) 6,0 6.0 — 15 0 9,0 9,0
Кварцевый песок — 5,0 5,0 5,0 — —— —
Ма иечит 4689—49 — — 14,0 — •—- —
Ферросилиций Си75 . . . . 1415—49 — 3,0 3,0 — —
Ферромарганец Mui. Мн2 . 4755—49 — — — 1,0 — —
Феррохром Хр4. Хрб . . . 4757—49 24,0 24,0 25,0 5,0 8,0 8,0
Ферровольфрам В2. ВЗ . . 4758—55 — — — 17,0 31,0 20,0
Феррованадий Вд1 Вд2 . . 4760—49 — — — 1,0 6,0 10,0
Ферромолибден Мо2. МоЗ . 4759—49 — 2,0 —— — — —
Ферротитан Ти1, Ти2 4761—54 14,0 14,0 — 5,0 5,0 5,0
Ферроалюминий 45—55% А1 — — — — — 1.0 1.0
Карбид бора — — — 3,0 — 0,8 0,4
Графит ТУ 1947 1,1 0,5 0,5 — 0,5 1,0
268
Материалы и технология автоматической наплавки
Жидкое стекло (силикат натрия электродный по ГОСТ
4419—48, класс А) плотностью 1,30 добавляется в количестве
17—18% от веса сухой шихтьи.
Дорогая двуокись титана может быть заменена рутиловым
концентратом (природным рутилом).
При наплавке электродной проволокой марки Св-08 на ре-
комендуемых режимах рассмотренные легирующие флюсы обес-
печивают в третьем и последующих слоях химический состав
наплавленного металла, показанный в табл. 66.
Таблица 66
Металл, наплавленный малоуглеродистой проволокой под
легирующими флюсами
Марка Химический состав наплавленного металла,% га qj ОЗ Ч * «£ х о ОЗ га Ч С X Ч s О 03 Н Ч н
С Сг W V Мо п | Si | Мп
не боле е
КС-Х12Т . . . 1,5С—1 ,£0 10—13 0,20 О', 51 0,60, 23
КС-Х12М . . . 1,30— 1,60 10—13 — — 0,8— 0,20 0,50 0,60 22
1,0
КС-Х1ГР . . 1,80—2,2 12—14 -— — .— — 0,8 0,60 24
КС-ЗХиВ8 . . 0,30—0,40 2,2—3,0 7,5— 0,2—
8,0 0,5 — 0,10 0,60 0,80 36
КС-Р18Б . . . 0,75—1,05 3,8—4,5 17,( — 1.2-
20,0 2,5 — 0,10 ( ,5С 0,60 38
КС-РЭБ .... 0,85—1,15 3,8—4,5 8,5— 2,< —
14,0 з,з — 0,10 0,50 0,60 40
Содержание серы во всех случаях не превышает 0,015%>
фосфора — 0,02%.
Возможность использования обычной сварочной проволоки
для наплавки высоколегированной стали-—достоинство керами-
ческих флюсов. Их недостатки подробно рассмотрены в гла-
ве IV. ।
Глава X
ТЕХНИКА НАПЛАВКИ
1. ВЫБОР РЕЖИМА НАПЛАВКИ
Качество формирования наплавленного слоя, его химиче-
ский состав и структура в большой мере зависят от режима
наплавки. Всегда желательно максимальное постоянство режи-
ма. Ввиду этого заслуживает предпочтения наплавка постоян-
ным током, так как в заводских сетях переменного тока часто
бывают резкие колебания напряжения, что отрицательно влия-
ет на стабильность режима и, следовательно, на форму наплав-
ленного валика. При наплавке под флюсом источником пита-
ния обычно служат сварочные преобразователи с крутопадаю-
щей внешней характеристикой; могут быть также использованы
выпрямители и преобразователи с жесткой характеристикой.
Производительность и формирование наплавленного слоя
Режим наплавки желательно выбрать так, чтобы было обес-
печено: отличное формирование каждого наплавленного вали-
ка, максимальная производительность наплавки (в кг!час), ми-
нимальное (но вполне надежное) проплавление основного ме-
талла или ранее наплавленного слоя, минимальный припуск
для механической обработки. Основными факторами, опреде-
ляющими режим наплавки, являются: число электродов, ток,
напряжение дуги, скорость перемещения дуги, вылет электро-
дов, шаг наплавки, а при наплавке тел вращения — смещение с
зенита.
От числа электродов зависит производительность наплавки
и форма сварочной ванны. При наплавке одним и двумя элек-
тродами оптимальное формирование получается при обратной
полярности (плюс на электроде); при наплавке тремя и че-
тырьмя электродами можно применять прямую полярность,
что на 30—40% увеличивает скорость плавления проволоки.
При наплавке плоских изделий и наплавке по винтовой линии
тел вращения диаметром более 250 мм вместо большого числа
электродов выгодно использовать электродную ленту (если, ко-
нечно, имеется лента нужного химического состава). При мно-
гоэлектродной наплавке все электроды подаются в дугу одно-
временно, фронтом поперек оси наплавленного валика, с рас-
стоянием между осями, равным 3—5 диаметрам электрода. Все
электроды подключаются к одному полюсу генератора. Чем
больше число электродов и чем больше расстояние между ни-
ми, тем шире получается валик, тем короче ванна расплавлен-
270
Материалы и технология автоматической наплавки
Рис. 124. Напряжение дуги в
зависимости от тока при на-
плавке под флюсом. Заштри-
хован оптимальный диапазон,
пунктиром показаны пределы
напряжения, применяемого в
отдельных случаях
Для выбора напряжения в
кого металла и тем меньше глубина проплавления (при прочих
равных условиях).
Ток дуги при наплавке аппаратом с постоянной скоростью
подачи проволоки определяется скоростью подачи. Чем больше
ток, тем больше производительность наплавки. Однако увели-
чение тока приводит к увеличению глубины проплавления, что
нежелательно. С увеличением тока растет длина сварочной ван-
ны; при наплавке тел вращения это может привести к стека-
нию металла. Очертания сечения наплавленного валика также
зависят от тока: чрезмерное увели-
чение тока приводит к резкому уве-
личению глубины проплавления, к
образованию высоких и узких вали-
ков.
Напряжение дуги при данном то-
ке определяет форму наплавленного
валика. Повышение напряжения
увеличивает ширину и уменьшает
высоту валика. Желательно мини-
мальное напряжение дуги, однако
оно должно быть согласовано с то-
ком: при слишком малом напряже-
нии получается узкий, высокий на-
плавленный валик, с уродливыми
очертаниями сечения, при слишком
большом — плавится очень много
флюса и возможно его стекание.
$ависимости от тока можно руковод-
ствоваться данными графика рис. 124, где оптимальный режим
показан штриховкой.
Скорость перемещения дуги при наплавке, в отличие от
сварки, не определяет производительности процесса, но влияет
на распределение металла по наплавляемой поверхности. Ма-
лые скорости — от 5 до 20 м!час—применяются при наплавке
электродной лентой и при многоэлектродной наплавке. В этом
диапазоне уменьшение скорости приводит к уменьшению глу-
бины проплавления. При слишком малой скорости возможны
.непровары и нарушения формирования кромки наплавленного
валика. В среднем диапазоне скоростей — от 20 до 40 м)час —
глубина провара практически не зависит от скорости переме-
щения дуги. Ширина валика уменьшается с увеличением скоро-
сти. При скоростях от 40 до 60 м/час увеличение скорости пе-
ремещения дуги вызывает одновременное уменьшение глубины
проплавления и ширины наплавленного валика.
Вылетом электрода называют участок, расположенный меж-
ду дугой и нижней контактной точкой мундштука. Оптималь-
Техника наплавки
271
ная величина вылета зависит от физических свойств проволоки
или ленты и от диаметра или толщины. Чем больше электриче-
ское сопротивление и чем меньше диаметр проволоки, юм мень-
ше должен быть вылет. Перегрев вылета приводит к изгибу
проволоки и наплавке извилистых валиков, причем ухудшается
формирование наплавленного слоя. Обычно оптимальная ве-
личина вылета — около 30 мм.
Рис. 125. Влияние шага наплавки на долю основного
металла в составе наплавленного слоя;
а — шаг т близок к ширине валика е,т =0,65- б—шаг т=
=0,46. ( =0,45
Шаг наплавки, т. е. поперечное перемещение электрода при
наплавке очередного валика на поверхность, определяет глад-
кость наплавленной поверхности и долю основного металла в
составе металла наплавки. Слишком большой шаг наплавки
может вызвать неровности и чрезмерное разбавление основным
металлом, слишком малый шаг —дефекты в виде подворотов и
непроваров. Для получения качественного слоя шаг наплав-
ки должен составлять примерно от 0,4 до 0,75 ширины наплав-
ленного валика (рис. 125).
Влияние режима на химический состав наплавленного металла
При выборе режима наплавки под флюсом всегда прихо-
дится учитывать зависимость химического состава металла
наплавки от тока и напряжения дуги. Эта зависимость подроб-
но рассмотрена в главе IV.
Уменьшение тока и увеличение напряжения усиливают вза-
имодействие шлака и металла — окисление углевода, титана
и хроМа, восстановление кремния и марганца (если последний
содержится в флюсе). Чтобы получить заданный состав ме-
272
Материалы и технология автоматической наплавки
талла, нужно выбирать элементы режима, исходя из состава
имеющегося электродного материала. Поскольку все факторы,
влияющие на конечный состав наплавленного металла, не мо-
гут быть учтены расчетом, целесообразно контролировать этот
состав химическим анализом стружки, взятой при механической
обработке наплавленных деталей, и при необходимости кор-
ректировать режим наплавки. О направлении нужных измене-
ний режима можно судить по графикам, представленным на
рис. 34—48. *
Влияние режима на температуру изделия и структуру
наплавленного металла
В процессе наплавки тепло, выделяющееся в дуге, за вы-
четом тепла, унесенного шлаковой коркой, в конечном счете
передается наплавляемому изделию. Одновременно происходит
теплоотдача от изделия окружающему воздуху. Если приток
тепла превышает потери, температура наплавляемого изделия
будет повышаться, что может привести к необходимости перио-
дического подстуживания. Если потери тепла больше его при-
тока, необходим периодический подогрев. Идеальным являет-
ся случай, когда приток тепла равен потерям и наплавку мож-
но вести непрерывно, при практически постоянной температу-
ре изделия.
Температура изделия и режим наплавки определяют объем
ванны расплавленного металла (см. уравнение И. 17), а так-
же скорость охлаждения наплавленного валика и зоны терми-
ческого влияния сварки. Особый интерес представляет ско-
рость охлаждения при температуре наименьшей устойчивости
аустенита, от которой зависит микроструктура металла на-
плавки.
Как показал Н. Н. Рыкалин, скорость охлаждения w точек,
находящихся на оси валика, наплавленного на массивное из-
делие (которое можно считать полубесконечным телом), мо-
жет быть приближенно вычислена по уравнению:
w = 2кХ ————°) - °/сек,
9/«
(Х.1)
где X — коэффициент теплопроводности металла, кал/см • сек\
q —эффективная мощность дуги, кал1сек\
v — скорость перемещения дуги, см!сек\
Т — мгновенная температура, при которой вычисляется
скорость охлаждения, °C;
То — температура изделия, °C.
Техника наплавки
273
Рассчитаем в качестве примера скорость охлаждения при
автоматической наплавке слоя стали ЗХ2В8 на прокатный ва-
лок. В этом случае можно принять X = 0,08 кал]см • сек • °C.
q = 0,24 т}„ • 1й • UR.
Эффективный к. п. д. процесса нагрева т]и по данным
Н. Н. Рыкалина составляет: при токе 200—350 а т]и = 0,7, при
токе 400—500 а т]и = 0,8. Температура Тт наименьшей устой-
чивости аустенита стали ЗХ2В8, как видно из рис. 114, рав-
на 730°.
Примем следующий режим наплавки: ток /д = 400 а, на-
пряжение дуги = 32 в, скорость перемещения дуги оСв =
= 40 м/час. Вычислим скорость охлаждения при 730° для на-
чальной температуры изделия 150 и 400°.
q = 0,24 • 0,8 400 • 32 = 2450 кал/сек.
о 2450
Погонная энергия составляет —= - = 2200 калием.
2кХ = 2 3,14 • 0,08 = 0,503;
0,503 Z-7OA 'Т'
w = —-------(730 — Т0)2.
2200
При То — 150° Wi = 0,000229 -336000 = 77°/сек; при То = 400°
w2 = 0,000229- 104300 = 24е/сек.
Как видно из рис. 114, скорость охлаждения более 35°/сек
приводит к образованию мартенсита с твердостью от 50 до
56 Rc. Такая высокая твердость затрудняет обработку, а недо-
статочная вязкость наплавленного металла приводит к выкра-
шиванию в процессе работы. Следовательно, подогрев до 150°
в данном случае недостаточен.
При оптимальной скорости охлаждения от 10 до 30°/ сек
наблюдается выделение дисперсных карбидов легирующих при-
месей в интервале температур от 800 до 1000° и распад аусте-
нита при температуре около 450° с образованием игольчатого
троостита. Металл приобретает твердость от 40 до 50 Rc (в за-
висимости от скорости охлаждения и, следовательно, от разме-
ров карбидных частиц), хорошую красностойкость и износо-
стойкость. Поскольку специальные карбиды выделяются преи-
мущественно вблизи границ столбчатых кристаллов, где прои-
18 Зак. 390
27i
Материалы и технология автоматической наплавки
зошла кристаллизация карбидной эвтектики, а игольчатый
троостит сохраняет ориентацию аустенита, вторичная структу-
ра наплавленного металла подобна первичной в отношении
направленности главной массы кристаллов. Ориентировка кри-
сталлов по нормали к рабочей поверхности способствует повы-
шению износостойкости и является весьма благоприятной. Та-
кая структура обеспечивается при температуре подогрева 400°.
При слишком малой скорости охлаждения распад аустени-
та происходит в области температур от 600 до 800°, с образо-
ванием перлита, значительным укрупнением карбидных частиц
и соответствующим снижением твердости и износостойкости.
Следовательно, повышение температуры подогрева или изме-
нение режима, приводящее к недопустимому уменьшению ско-
рости охлаждения, нежелательно.
Из сказанного следует, что при выборе режима наплавки
необходимо учитывать его влияние на температуру изделия и
скорость охлаждения. Поскольку в уравнение (X. 1) разность
температур (Тm — То) входит в квадрате, этот фактор имеет
наибольшее значение.
2. НАПЛАВКА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ И КОНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
Автоматическая наплавка тел вращения обычно произво-
дится по винтовой линии: деталь вращается, а электрод медлен-
но движется параллельно оси вращения, либо периодически,
при каждом обороте, подается на величину шага наплавки.
Преимущества такого способа: 1) непрерывность процесса,
обеспечивающая высокую производительность; 2) хорошее фор-
мирование наплавленного слоя, что позволяет свести к миниму-
му припуск на обработку; 3) симметричность напряжений по
отношению к оси изделия, что уменьшает или совсем устраня-
ет коробление; 4) снижение до минимума доли основного ме-
талла путем уменьшения шага наплавки.
Качество формирования наплавленного слоя зависит от ре-
жима. Форма и размеры сварочной ванны должны быть выбра-
ны в соответствии с размерами изделия, иначе возможно сте-
кание металла.
На рис. 126 показаны штриховкой оптимальные диапазоны
тока в зависимости от диаметра наплавляемого изделия при
наплавке одним электродом диаметром 3—3,5 мм, одним элек-
тродом диаметром 4—5 мм и тремя электродами диаметром
3—3,5 мм.
Скорость перемещения дуги (окружная скорость поверх-
ности вращающегося изделия) при наплавке одним электродом
выбирается в соответствии с графиком рис. 127. При много-
Техника наплавки
275
электродной наплавке и наплавке ленточным электродом при-
меняются более низкие скорости.
Шаг наплавки составляет примерно от 3 до 10 мм при од-
ном электроде; при увеличении количества электродов и ши-
рины валика шаг соответственно увеличивается.
Большое значение для форми-
рования слоя, наплавленного на
тело вращения, имеет правильный
выбор смещения с зенита, т. е.
расстояния от зенита наплавляе-
Рис. 126. Оптимальные диапа-
зоны тока при наплавке тел
вращения чо винтовой линии,
в зависимости от диаметра на-
плавляемого изделия:
/ — одним электродом диаметром
3—3,5 мм; 2 — одним электродом
диаметром 4—5 мм; 3 — тремя элек-
тродами диаметром 3—3,5 мм
Рис. 127. Оптимальная скорость
перемещения дуги при наплав-
ке тел вращения по винтовой
линии в зависимости от диа-
метра наплавляемого изделия
мой поверхности до оси электрода. Форма сечения наплавленного
валика зависит от того, как уравновешиваются давление дуги
и гидростатическое давление жидкой ванны. Если наплавляемый
участок поверхности наклонен в ту же сторону, куда перемещает-
ся дуга, уровень жидкого металла в кратере повышается.
Расплавленный металл как бы вытесняет дугу. Глубина про-
вара уменьшается, ширина наплавленного валика увеличи-
вается, и он приобретает наиболее благоприятную форму
(рис. 128, а).
Наклон наплавляемой поверхности в сторону, противопо-
ложную направлению перемещения электрода (рис. 128, в),
приводит к понижению уровня жидкого металла в кратере.
Глубина проплавления растет. Формируется узкий валик, воз-
можно образование дефектов и стекание металла.
18*
276
Материалы и технология автоматической наплавки
Величина смещения с венита должна быть примерно равна
длине сварочной ванны, которая зависит от тока, напряжения,
температуры изделия и пр. С увеличением диаметра наплав-
ляемого изделия и тока следует увеличивать смещение с зе-
нита. При наплавке деталей диаметром от 250 до 800 мм сме-
щение с зенита устанавливают в пределах от 20 до 40 мм.
Рис. 128. Влияние смещения с зенита на глубину проплав-
ления и форму сечения наплавленного валика. Давление
дуги уравновешивает разность уровней жидкого металла И
(по К. В. Любавскому):
Э — ось электрода; И — зенит (точка над осью изделия): а—
электрод смещен с зенита против направления вращения; б —
электрод совпадает с зенитом; в — электрод смещен с зенита по
направлению вращения
При наплавке цилиндрических поверхностей шаг наплавки
выбирают в зависимости от желательной толщины наплавлен-
ного слоя. Минимальная толщина слоя (например, при наплав-
ке посадочных мест под подшипники) составляет около 1 мм.
Максимальная толщина не ограничена, но чаще всего «не пре-
вышает 6—8 мм, что определяется допустимым износом, тол-
шиной слоя, испытывающего резкие колебания температуры,
и другими факторами. Наплавку первого слоя ведут слева на-
право, второго — справа налево, третьего — опять слева напра-
Техника наплавки
277
Рис. 129. Последовательные
стадии
ского
наплавки ромбиче-
калибра прокатного
валка
во и т. д., до тех пор, пока не будет получена заданная тол-
щина наплавленного слоя.
При нормальном формировании припуск на обработку на-
плавленного цилиндрического изделия составляет 1—2 мм на
сторону. При тщательном выполнении наплавки удается полу-
чать припуск даже менее 1 мм.
Наплавка конических поверхностей производится без за-
труднения, если образующая конуса наклонена по отношению
к оси вращения изделия под углом не
более 20°. В качестве примера можно
привести наплавку ромбических калиб-
ров на поверхности прокатных валков.
Наплавка ромбического калибра начи-
нается наложением валика по верши-
не угла (рис. 129, 1). Далее наплавля-
ют два-три слоя посередине калибра
(рис. 129, 2 и 3) и, наконец, присту-
пают к наплавке конических поверхно-
стей, образующих наклонные стенки
калибра. Наплавка производится всег-
да снизу вверх, на подъем. Для наплав-
ки ромбических калибров при горизон-
тальном положении оси вращения вал-
ка желательно наличие также верти-
кального самохода наплавочного аппа-
рата.
Наплавка ручьев, где стейка обра-
зует с горизонтальной плоскостью угол
более 20°, требует определенной тре-
нировки и навыка наплавщика.
В производственных условиях ус-
пешно производится износостойкая наплавка конических поверх-
ностей под углом примерно до 45°, причем ширина конической
поверхности обычно не превышает 150—200 мм. Если требуется
наплавить деталь с большой конической поверхностью, то при-
меняют манипулятор или приспособление, с помощью которого
конус вращается в наклонном положении таким образом, чтобы
его образующая была расположена горизонтально. Если при этом
приняты меры для сохранения постоянной окружной скорости и
постоянного шага наплавки, то на конической поверхности можно
получить такое же качество формирования наплавленного слоя,
как и на цилиндрической (рис. 130 и 131).
Наплавка плоских кольцевых поверхностей, например сте-
нок ящичного калибра прокатного валка, представляет собой
довольно сложную задачу. В настоящее время практическое
применение получили два способа решения этой задачи: 1) мно-
Рис. 130 Наплавленный валок листопрокатного стана 2800
Рис. 131. Малый конус засыпного аппарата доменной печи,
наплавленный износостойким сплавом
Техника наплавки
2/!»
послойная наплавка при горизонтальном положении оси вра-
щения и вертикальном положении наплавляемой поверхности;
2) наплавка при вертикальной или наклонной оси вращения:
наплавляемая поверхность расположена горизонтально или
иод углом менее 20°.
Оба способа имеют достоинства и недостатки. Наплавка
при горизонтальной оси вращения производится на упрощен-
ном наплавочном или приспособленном токарном станке. Для
предупреждения стекания
флюса применяют под-
мотку асбестового шнура,
как показано на рис. 132.
Асбест поддерживает слой
сыпучего флюса, который
помогает сформироваться
наплавленному валику.
Чтобы получить узкий ва-
лик, выбирают низкое на-
пряжение и относительно
большую скорость пере-
мещения дуги. Достоинст-
вами такого способа яв-
ляются малая доля основ-
ного металла в составе
наплавляемого слоя и про-
стота наплавочной уста-
металла и чрезмерного рассыпания
Рис. 132. Схема наплавки стенки ящич-
ного калибра прокатного валка при го-
ризонтальной оси вращения валка
новки.
Недостатки такого способа: трудно получить качественный
наплавленный слой при высоте вертикальной стенки более 50—
80 мм; не всегда удается избежать наплывов и стекания метал-
ла, местных непроваров; затруднительно удерживать флюс;
требуется высокая квалификация и длительное напряженное
внимание наплавщика (небольшое ослабление внимания тотчас
приводит к дефектам); нередко слой, наплавленный при гори-
вонтальной оси вращения, получается очень толстым (10—
12 лип за один проход). Во многих случаях такая толщина слоя
чрезмерна и более половины наплавленного металла приходит-
ся затем удалять обточкой. Припуск на обработку из-за наплы-
вов и дефектов формирования достигает 3—5 мм. При высо-
кой твердости наплавленного металла обработка его затрудни-
тельна, часты поломки и выкрашивание резца. Затрата време-
ни на наплавку сравнительно велика из-за малой высоты ва-
лика, который можно наплавить за один оборот изделия.
Часть этих недостатков устраняется при использовании ко-
пирующих приспособлений, предложенных на Кузнецком ме-
таллургическом комбинате В. К. Кобызевым и др. Копирую-
280
Материалы и технология автоматической наплавки
щее устройство облегчает труд наплавщика, но не устраняет
необходимости наматывать асбестовый шнур и не ликвидирует
дефектов, присущих наплавке в таком положении.
Наплавка плоских кольцевых поверхностей при горизон-
тальной оси вращения изделия целесообразна главным образом
при небольшой высоте наплавляемого бурта и в тех случаях,
когда нужно наплавить слой большой толщины (например, при
восстановлении реборд крановых колес). Менее эффективна
наплавка вертикальных стенок ящичных калибров блюминговых
валков и т. п.
Наплавка при вертикальной или наклонной оси вращения
производится на специальном наплавочном станке карусельно-
го типа или на станке с поворотной траверсой, позволяющей
устанавливать изделие под любым углом (до 70° к горизонту).
Для того чтобы излишек флюса ссыпался самопроизвольно,
удобнее наклонное положение оси вращения под углом 60—70°.
Наплавку начинают у пересечения цилиндрической и плоской
поверхностей и ведут по спирали, по направлению к краю. Шаг
наплавки выбирают в пределах от 4 до 10 мм— в зависимости
от размеров изделия и желательной толщины наплавленного
слоя. При таком способе можно получить безукоризненное
формирование, толщину наплавленного слоя от 1 до 10 мм и
более, минимальный припуск на обработку. Трудоемкость на-
плавки и механической обработки получается гораздо мень-
шей, чем при первом способе наплавки. Качественная наплав-
ка таким способом не требует особого искусства наплавщика,
она отлично выполняется рабочим средней квалификации пос-
ле 2—3 месяцев обучения.
Для наплавки этим способом необходим специальный на-
плавочный станок довольно сложной конструкции. Однако на-
личие станка чрезвычайно облегчает качественную наплавку
и затраты на него быстро окупаются.
3. НАПЛАВКА СЛОЖНЫХ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
Наплавка тел вращения сложной формы (как, например,
валков сортопрокатных и трубопрокатных станов) может быть
выполнена наиболее качественно при наличии специального на-
плавочного станка. На рис. 133 показана схема наплавки калиб-
ра валка трубопрокатного стана. Ось электрода проходит че-
рез центр кривизны калибра, который является центром накло-
на валка. Во время наплавки электрод не перемещается, а ва-
лок вращается вокруг своей оси, причем одновременно ось
вращения наклоняется с такой скоростью, что за время одного
оборота детали наплавленный валик уходит от электрода на
величину шага наплавки. Преимущества такой техники наплав-
ки иллюстрирует рис. 134.
Рис. 133. Схема наплавки
ручья валка трубопрокатного
стана. Центр кривизны калиб-
ра является центром, вокруг
которого поворачивается ось
вращения валка
а б
Рис. 134. Прокатные валки после автоматической наплавки
а — при горизонтальной оси вращения; б — по схеме рис. 133
Неправильно
Правильно
Рис. 135. Заклинивание шлаковой корки при неправиль-
ной технике наплавки. Цифры показывают порядок на-
ложения валиков
282
Материалы и технология автоматической наплавки
Если рабочая поверхность изделия представляет собой со-
четание различных поверхностей (цилиндрических, конических,
тороидальных и пр.), то наплавка их производится путем ком-
бинирования движения электрода вдоль оси изделия и поворо-
тов изделия. При этом удается качественно наплавлять детали
'практически любой формы (кроме глубоких «врезных» калиб-
ров некоторых прокатных валков).
Важной стороной техники наплавки изделий сложной фор-
мы является предупреждение заклинивания шлаковой корки.
Это явление обусловлено большой разницей коэффициентов ли-
нейного расширения шлака и металла. Недопустимо, чтобы
шлаковая корка оказывалась зажатой между выступом на по-
верхности изделия и наплавленным валиком (рис. 135), так как
при остывании металл сокращается в большей степени, чем
шлак, и корка заклинивается. В этом случае для удаления шла-
ка требуются зубило и молоток, тогда как обычно корка легко
слетает от легкого удара или снимается скребком.
Правильная техника наплавки представлена справа на
рис. 135. 1-й валик наложен у самого выступа с проплавлени-
ем вертикальной стенки. Так же наплавлен 7-й валик. Наплав-
ка этих валиков должна производиться без подачи электрода
на шаг. Аналогично наплавляются крайние валики второго
слоя — 8-й и 14-й. В этом случае шлаковая корка не закли-
нивается.
Очередность наплавки различных участков поверхности
детали сложной формы должна быть тщательно продумана,
в особенности при наплавке узких пазов и канавок, ваплавляе-
мых заподлицо со всей поверхностью. При правильно постро-
енной технике наплавки заклинивания шлаковой корки всегда
можно избежать.
При наплавке тел вращения сложной формы важно конт-
ролировать количество наплавленного металла, толщину слоя
в разных точках поверхности. Наиболее совершенным является
оптический метод контроля: по одну сторону наплавленной де-
тали помещают осветитель, дающий равномерный пучок света
(обычно небольшой проекционный аппарат), а по другую —
рамку с матовым стеклом. Силуэт наплавленной поверхности
при медленном вращении детали сравнивают с заданным про-
филем и проверяют, всюду ли имеется достаточный слой, что-
бы после обточки получилась нужная форма изделия.
Менее удобный способ — наложение шаблонов, вырезанных
с определенным зазором, и контроль толщины наплавленного
слоя с помощью щупов.
Наплавка внутренних цилиндрических поверхностей произ-
водится обычно в один слой, при наклонной оси вращения. При
таком способе облегчается подача флюса, обеспечивается са-
Техника наплавки
283
мопроизвольное удаление излишка флюса и шлаковой корки.
За один проход удается наплавить слой толщиной 5 8 мм.
Подача проволоки производится через изогнутый мундштук.
Наплавку начинают в самой нижней точке наплавляемой по-
верхности. Электрод медленно перемещается параллельно оси
вращающегося изделия, и наплавленный валик ложится по вин-
товой линии.
Шлаковую корку удаляют длинным зубилом в зените отвер-
стия.
Если удаление шлаковой корки затруднительно, наплав-
ку производят в два прохода; в этом случае шаг наплавки уве-
личивают так, чтобы соседние витки не перекрывались, про-
ходят наплавкой всю поверхность, не удаляя шлаковой корки,
а затем удаляют шлак и повторяют наплавку с таким же ша-
гом, но сдвинув электрод, чтобы наплавляемый валик прихо-
дился посередине между витками первого прохода.
При наплавке высоколегированной стали на внутренние по-
верхности хорошие результаты дает применение тугоплавкого
флюса АН-30.
В производственных условиях под этим флюсом успешно
наплавляют внутреннюю цилиндрическую поверхность диа-
метром 80 мм, глубиной 120 мм, проволокой ПП-ЗХ2В8, с пред-
варительным подогревом изделия до 300°.
Если требуется наплавка глубоких внутренних поверхностей
(например, цилиндрических), у которых длина больше внут-
реннего диаметра в 2 раза и более, наплавка под флюсом ста-
новится практически невыполнимой,- так как слишком трудно
подавать флюс и удалять шлаковую корку. В этом случае
наиболее целесообразно использовать наплавки в защитном
газе.
4. НАПЛАВКА ПЛОСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И ДЕТАЛЕЙ
СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
При наплавке плоских поверхностей (например, защитных
листов бункерных устройств, ножей для резки металла и т. п.)
стремятся свести к минимуму потерю времени на вспомогатель-
ные операции и наплавить возможно большую площадь при
наименьшей глубине проплавления основного металла. Наплав-
ка осуществляется либо отдельными валиками, перекрывающи-
ми друг друга (наименее совершенный прием), либо зигзаго-
образным движением электрода (более целесообразный, но ма-
ло производительный прием), либо широкими валиками — не-
сколькими электродами или электродной лентой.
Важнейшее затруднение, с которым приходится сталкивать-
ся при наплавке плоских поверхностей, — коробление детали,
284
Материалы и технология автоматической наплавки
обусловленное усадкой наплавленного слоя. Коробление тем
сильнее, чем меньше жесткость (толщина) наплавляемой дета-
ли, чем больше толщина наплавляемого слоя и глубина про-
плавления. Для уменьшения коробления следует всячески
уменьшать глубину проплавления основного металла. После
наплавки нередко требуется правка изделия. Листы правят на
вальцах, детали больших размеров—путем местного нагрева
горелкой.
При наплавке листов, больших поверхностей изнашиваю-
щихся деталей и т. п. предпочтительна наплавка в один слой;
толщина слоя обычно требуется не менее 3 мм. Лучшим спосо-
бом в настоящее время является наплавка больших поверхно
стей лентой, и он заслуживает предпочтения, если в наличии
имеется лента нужного химического состава.
Режим наплавки выбирают с учетом особенностей процесса;
11 Номинальная плотность тока в электроде должна находить-
ся в пределах от 20 до 40 а/мм2 при использовании стальной
ленты и от 15 до 20 а!мм2 при использовании чугунной ленты
и 2) скорость перемещения электрода должна быть в пределах
^от 6 до 12 м)час при наплавке без подогрева и от 10 до
30 м)час— при наплавке на деталь, подогретую до 250—300°.
Слишком малая скорость ведет к непровару основного метал-
ла, слишком большая — к нарушению формирования поверхно-
сти, причем толшина наплавленного слоя становится неравно-
мерной. При наплавке лентой желательно минимальное напря
жение дуги. Использование автоматического регулирования ско-
рости подачи ленты и обратной полярности постоянного тока
позволяет работать при напряжении 19—21 в; если лента по-
дается в дугу с постоянной скоростью, то минимальное напря-
жение составляет 24—26 в. При наплавке переменным током
применяется напряжение дуги 35—40 в.
Объем жидкой ванны при наплавке электродной лентой
сравнительно велик, что вынуждает предъявлять довольно стро-
гие требования к пространственному положению наплавляемой
поверхности. Опыты, проведенные Ф. А. Хомусько, показали,
что наклон наплавляемой поверхности не должен превышать:
по направлению движения электрода (на спуск) 5°, в противо-
положном направлении (на подъем) — 2°, а в направлении по-
перек оси наплавки — 1°. Под действием силы тяжести поверх-
ность жидкого металла занимает горизонтальное положение,
ввиду чего наклоны, превышающие указанные, приводят к сте-
канию металла и ухудшению формирования.
При наплавке больших -поверхностей последующий валик
должен переплавлять предыдущий на ширину примерно 15 лж;
в этом случае наплавленный слой -получается ровным и
гладким.
Техника наплавки
285
Наплавка плоских деталей небольших размеров обычно про-
изводится одним или двумя электродами (круглого сечения).
При наплавке ножей и многих видов штампов весьма важ-
но получить строго прямоугольную (после обработки) и сво-
бодную от дефектов кромку. Обычно кромка ножа подвергает-
ся шлифовке, и малейшие пороки здесь недопустимы.
Тщательный подбор режима имеет первостепенное значе-
ние для наплавки кромки. При одноэлектродной наплавке ток
должен быть минимальным, напряжение дуги как можно ниже,
чтобы наплавленный валик у кромки не растекался и количест-
Рис. 136. Ножи ножниц блюминга после наплавки
и после шлифовки
во расплавленного шлака было возможно меньшим. Например,
на Магнитогорском металлургическом комбинате при наплав-
ке кромки ножа ножниц блюминга последние валики наплав-
ляют на следующем режиме: ток 350—300 а, напряжение дуги
25—28 в, скорость перемещения дуги — 48 м!час. Сечение еди-
ничного валика получается при этом небольшим и можно на-
плавлять по самой кромке, без образования натеков. Наплавку
ведут так, чтобы получился небольшой наплыв и кромка пос-
ле обработки была совершенно чистой. На рис. 136 показаны
ножи блюминга, наплавленные таким способом, до и после
шлифовки. Какие-либо дефекты на режущей кромке отсут-
ствуют.
Более высокая производительность наплавки может быть
достигнута применением трехэлектродной наплавки по схеме
рис. 137. Наплавка производится с применением «подформов-
ки»: на расстоянии 10—-12 мм от наплавляемой кромки укреп-
286
Материалы и технология автоматической наплавки
ляют уголок, и пространство между уголком и наплавляемой
деталью заполняют мелким флюсом, который плотно утрамбо-
вывают. Засыпка предупреждает стекание шлака и металла.
Техника наплавки деталей сложной формы зависит от ха-
рактера наплавляемой поверхности.
Детали с односторонним износом наплавляют продольными
валиками, длина которых изменяется в соответствии с формой
изношенного участка. При необходимости наплавляемую деталь
постепенно поворачивают или наклоняют.
Рис. 137. Техника трехэлектродной наплавки кромки
ножа с подформовкой (схема)
Детали, форма которых приближается к телам вращения,
наплавляют поперечными валиками; при этом желательно так
построить технику наплавки, чтобы процесс шел непрерывно.
В качестве примера можно привести наплавку валков пилигри-
мового стана. На рис. 138 показана пара таких валков и попе-
речный разрез валка. Для повышения стойкости необходимо
наплавить поверхность рабочих участков калибра А—Б—В—Г
и оставить без наплавки участок Г—А. При наплавке валок
вращается вокруг оси и одновременно поворачивается так,
что наплавляемый участок поверхности располагается горизон-
тально. Наплавка ведется отдельными валиками: при каждом
обороте валка дуга возбуждается, когда точка А подходит к зе-
ниту, и выключается, когда точка Г пройдет зенит; пока зенит
проходит холостой участок Г — А, валок наклоняется, чтобы по-
лучился шаг наплавки 6—8 мм. Поскольку поперечное сечение
валка имеет своеобразную форму, точка зенита периодически
перемещается в пространстве и соответственно изменяется по-
ложение сварочной головки, чтобы не происходило стекания
Техника наплавки
287
В
Рис. 138. Валки пилитримового стана.
Вверху поперечный разрез валка. На-
плавке подлежит поверхность калибра
на рабочем участке А — Б — В — Г
металла. Головка перемещается по трем координатным осям
с помощью программного электромеханического устройства. На
одной оси с валком в специальном коммутаторе вращаются ку-
лачковые шайбы; замыкая контакты, они кратковременно вклю-
чают моторы, и головка автоматически передвигается в нуж-
ную точку пространства.
Режим наплавки выбран с таким расчетом, чтобы, несмот-
ря на переменную скорость по длине наплавленного валика, по-
лучить на всех участках хо-
рошее формирование .и све-
сти к минимуму припуск на
обработку.
Валки пилитримового
стана наплавляют на следу-
ющем режиме: ток 370—
390 а, напряжение дуги 26—
30 в, скорость перемещения
дуги —от 28 до 50 м/час.
При соответствующей
конструкции наплавочного
станка возможна автомати-
ческая наплавка валков по-
перечно-винтовой прокатки,
заготовок некоторых видов
многолезвийного металлоре-
жущего инструмента и др.
Имеется, однако, много
изделий сложной формы,
полная механизация наплав-
ки которых связана со слиш-
ком большими затрата-ми или
затруднена крупными разме-
рами изделия. В таких случа-
ях применяется полуавтоматическая наплавка с помощью шланго-
вого полуавтомата. Существует несколько конструкций полуавто-
матов, которые обеспечивают механизированную подачу электрод-
ной проволоки внутри гибкого шланга к месту сварки или наплав-
ки. Дугу перемещают вручную. Обязательным условием является
малый диаметр электродной проволоки. Пригодна проволока
сплошного сечения и порошковая диаметром 3 мм и менее. Если
форма поверхности, подлежащей наплавке, не очень вычурная и
сложная, то можно использовать порошковую проволоку диа-
метром 3,5 мм.
На практике применяются следующие режимы полуавтома-
тической наплавки: ток 200—400 а, напряжение дуги 26—
32 в, скорость перемещения дуги 15—30 м/час. Выбор режима
288
Материалы и технология автоматической наплавки
•определяется прежде всего условиями формирования наплав-
ленного валика и зависит от формы и размеров наплавляемого
изделия. Объем ванночки расплавленного металла и шлака до-
вольно велик. Приходится поэтому следить за тем, чтобы на-
плавляемый участок поверхности был расположен горизонталь-
но или под небольшим углом к горизонтальной плоскости. Для
этой цели в случае надобности применяется манипулятор, на
котором крепится изделие; используются также различные при-
способления, позволяющие поворачивать и наклонять изделие,
чтобы устанавливать горизонтально наплавляемые участки.
Полуавтоматическая наплавка используется, например, для
восстановления изношенных трефов валков и шпинделей, для
повышения стойкости наделок ковочных прессов и др.
Если наплавляемое изделие имеет сложную геометрическую
форму (например, кромки вырубного штампа) или наплавляе-
мой поверхности невозможно придать удобное пространствен-
ное положение (например, при восстановлении наплавкой де-
талей гидротурбины, поврежденных кавитацией), производят
полуавтоматическую наплавку плавящимся электродом в за-
щитном газе. Наплавка в аргоне с успехом применяется в тех
случаях, когда нужно наплавить слой нержавеющей хромонике-
левой, а также высоколегированной инструментальной стали.
Более дешевый углекислый газ используется как защитная сре-
да в сочетании с порошковой проволокой соответствующего со-
става (см. табл. 58).
Преимуществами наплавки в защитном газе являются в
данном случае хорошая видимость дуги, возможность управ-
лять ею и распределять металл с минимальным припуском для
обработки, возможность наплавки в неудобных положениях.
Недостатки этого способа: обязательна защита глаз от ослепи-
тельного света дуги; наблюдается значительное разбрызгивание
металла, особенно при наплавке в углекислом газе; необходи-
ма местная вентиляция; требуется высокая квалификация на-
плавщиков; условия труда гораздо хуже, чем при наплавке
под флюсом.
По сравнению с ручной наплавкой покрытыми электродами
.соответствующего состава полуавтоматическая наплавка в за-
щитном газе дает повышение производительности в 2—3 раза
(благодаря непрерывности процесса) и более высокое качество.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ПРИМЕНЕНИЕ АВТОМА ТИ ЧЕСКОЙ НАПЛАВКИ
ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ
СТОЙКОСТИ ИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
Глава XI
УСЛОВИЯ СЛУЖБЫ ИЗНАШИВАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ
И ВЫБОР МЕТАЛЛА ДЛЯ НАПЛАВЛЕННОГО РАБОЧЕГО
СЛОЯ
1. ВИДЫ ИЗНОСА
Состав и свойства наплавленного слоя должны быть согла-
сованы с условиями службы изделия. Долговечность изнашиваю-
щейся детали зависит от трех основных факторов: конструкции,
режима работы и материала, из которого изготовлена деталь.
Путем износостойкой наплавки можно изменить только один из
этих факторов, однако во многих случаях этого достаточно, что-
бы в несколько раз увеличить срок службы; изделия.
Выбор металла, способного эффективно противостоять всем
разрушающим воздействиям при эксплуатации, представляет
сложную задачу, так как износ протекает по-разному в зависи-
мости от условий работы и главенствующее значение приобретают
соответственно различные свойства металла. При эксплуатации
машин в каждом конкретном случае можно выделить ведущий
вид износа, на сопротивление которому необходимо обратить
главное внимание.
Истирание металла при сухом и полусухом трении — широко
распространенная причина выхода из строя деталей машин. Все-
сторонний анализ явлений истирания, выполненный Б. Д. Грози-
ным, И. В. Крагельским, М. М. Хрущевым, Б. И. Костецким и их
сотрудниками, показал, что в зависимости от величин удельного
давления и скоростей относительного перемещения трущихся по-
верхностей преобладающее значение приобретают такие виды
износа, как окислительный, износ схватыванием или усталост-
ный.
При окислительном износе происходит пластическая дефор-
мация микроскопических поверхностных слоев и одновременно
диффузия кислорода в металл; на поверхности металла образу-
ются хрупкие слои окислов, которые отделяются в виде тонкого
19 Зак. 390
290 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
порошка. Интенсивность окислительного износа сравнительно не
велика.
Значительно быстрее происходит износ схватыванием. Фак-
тическая площадь касания трущихся поверхностей относительно
мала. Так, например, при статическом контактировании стекла и
резины фактическая площадь касания не превышает 10% номи-
нальной поверхности соприкосновения. При скольжении происхо-
дит взаимное внедрение наиболее высоких выступов. Трение по
существу представляет собой процесс, обусловленный молекуляр
ным притяжением и преодолением механического зацепления.
Если удельное давление на участках фактического контакта
превосходит предел текучести, то при пластической деформации
обнажаются совершенно чистые «ювенильные» поверхности, про-
исходит холодная сварка. При малых скоростях скольжения (для
стали — порядка 1 м/сек) и отсутствии смазки и окисных пленок
схватывание проявляется в возникновении и разрыве металличе
ских связей в точках контакта. Перемещение трущихся поверх-
ностей приводит к упрочнению металла в местах схватывания,
вырыванию менее прочного металла с образованием нароста.
При этом упрочненный участок (нарост) сопряженной поверх-
ности царапает металл, что вызывает наиболее быстрое изнаши-
вание.
При больших скоростях скольжения (более 3—4 м/сек) износ
схватыванием протекает несколько иначе («тепловой износ» по
терминологии Б. И. Костецкого). В точках дискретного контакта
в результате превращения работы, трения в теплоту температура
резко повышается. Вследствие нагрева и размягчения поверх-
ностных слоев во многих микроскопических участках происходит
сварка и последующий разрыв связей с диспергированием метал-
ла. На поверхности трения температура может достичь темпе-
ратуры плавления. Износ протекает весьма интенсивно, если в
результате размягчения поверхностного слоя возникает глубин-
ное выравнивание, налипание частиц менее прочного металла на
металл, сильнее сопротивляющийся пластической деформации.
Под действием повторных ударов при недостаточной твердо-
сти происходит смятие. Такой износ нередко наблюдается на
стыках рельсов, на деталях подвижного состава железнодорож-
ного транспорта.
Многие части металлургического оборудования соприкаса-
ются с раскаленным металлом. Снижение прочности в результа-
те нагрева приводит к смятению, что вызывает искажение формы
рабочей части детали.
Если поверхность изделия многократно нагревается и охлаж-
дается, то появляется так называемый «разгар» — сетка трещин,
которая приводит к выходу из строя валков горячей прокатки,
штампов горячей штамповки и других изделий.
Условия службы изнашивающихся деталей
291
Классическую теорию поверхностного растрескивания (приме-
нительно к стволам огнестрельных орудий) дал Д. К- Чернов.
Представим себе, что массивное тело, испытывающее многократ-
ный нагрев с поверхности, состоит из очень большого числа приз-
матических элементов. Возьмем сначала один такой элемент и
проследим изменение его формы (рис. 139, /). При нагреве тор-
ца в течение короткого промежутка времени элемент прогрева-
ется на небольшую глубину, причем распределение температур в
момент окончания нагрева можно изобразить кривой Ь. Соответ-
Рис. 139. Происхождение поверхностных трещин по
Д. К. Чернову:
1. 2 н 3 — деформации свободного призматического элемента при
кратковременном нагреве торца (распределение температуры пока-
зывают кривые а, b и с); 4, 5 и 6—изменения формы в массивном
теле: пластическая деформация на стадии 5 приводит к появлению
трещин на стадии 6
ствующее расширение конца элемента представлено на рис. 139,2.
После прекращения нагрева температура конца быстро понизит-
ся вследствие отвода тепла в массу тела, и элемент примет свои
первоначальные размеры (рис. 139, 3).
Иначе происходят изменения формы в группе таких элемен-
тов, образующей массивное тело (рис. 139, 4). При нагревании
торцов элементов увеличение объема возможно только по одному
направлению —нормальному к верхней площадке (рис. 139, 5).
Весь расширенный от нагревания объем при несвободном элемен-
те должен поместиться в пределах, ограниченных прежней пло-
щадью торца, т. е. конец элемента должен подвергнуться пласти-
ческой деформации. После охлаждения и соответствующего
уменьшения размеров элемент уже не примет своих первоначаль-
ных очертаний. Его торец останется в приподнятом положении.
19*
.292 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Совокупность элементов, образующих сплошное тело, должна
приобрести форму, показанную на рис. 139, 6. Охлаждение неиз-
бежно приводит к образованию поверхностных трещин, прости-
Рис. 140. Результаты экспериментального
исследования термической усталости:
а — число радиальных трещин на образцах из
малоуглеродистой стали, в зависимости от числа
нагревов до 500° с последующим охлаждением во-
дой; б — максимальная и общая длина трещин на
тех же образцах в зависимости от числа циклов
нагрева и охлаждения; в — средняя скорость роста
трещины. По данным Редекера [239]
рающихся на глубину
прогретого слоя.
Исследования И. Айн-
гирсона [234] и В. Редеке-
ра [239] показали, что на-
чальная сетка поверх-
ностных трещин, заметная
под микроскопом, возни-
кает уже после небольшо-
го числа циклов. Редекер
нашел, что увеличение
числа циклов нагрева и
охлаждения от 20 до 1500
не вызвало изменения
среднего числа трещин,
наблюдаемых на протрав-
ленном шлифе сечения
образца (рис. 140). Раз-
витие трещинок в глубину
идет с затухающей ско-
ростью и прекращается,
когда они приближаются
к границе слоя, испыты-
вающего резкие колеба-
ния температуры. Причи-
ной возникновения сетки
трещин являются цикли-
ческие двухосные растя-
гивающие напряжения
(максимальные у поверх-
ности и спадающие до ну-
ля на относительно не-
большой глубине), обу-
словленные периодиче-
ским изменением темпе-
ратуры поверхности. Наиболее точно это явление характеризует-
ся термином «термическая усталость» [27].
Термическая усталость по существу представляет собой ча-
стный случай усталостного разрушения металла при высоких тем-
пературах и характеризуется закономерным распределением тем-
пературы и напряжений по нормали к поверхности разрушающе-
гося изделия. Как известно, рост усталостной трещины останав-
ливается при напряжениях в 2—2,5 раза меньших, чем те, кото
Условия службы изнашивающихся деталей
293
рые вызвали ее образование и первоначальное развитие [151].
При термической усталости трещинки довольно быстро выходят
из зоны высоких напряжений. Некоторые из этих трещинок мо-
гут стать зачатками больших трещин, разрушающих изделие под
действием механических, а также термических напряжений, ох-
ватывающих большие объемы.
Детали машин, испытывающие очень высокие удельные дав-
ления (как, например, обоймы подшипников качения, валки хо-
лодной прокатки), во многих случаях выходят из строя вслед-
ствие контактной усталости. Первичные трещины при этом ви-
де износа возникают на некотором расстоянии от рабочей по-
верхности в толще металла; их зарождению способствуют дефек-
ты, шлаковые включения и т. п. Циклическая нагрузка, превы-
щающая предел текучести металла, вызывает рост и разветвле-
ние усталостных трещин, что в конечном счете приводит к отко-
лам или выкрашиванию («осповидный» износ). Выносливость
деталей, при работе которых наблюдается контактная усталость,
в большой мере зависит от остаточных напряжений, вызванных
термической обработкой, наклепом, распадом остаточного аусте-
нита и другими причинами.
Абразивным износ возникает при скольжении твердых абра-
зивных частиц, которые внедряются в металл и срезают микро-
стружку с истираемой поверхности. Интенсивность износа в
большой мере зависит от твердости и геометрической формы ис-
тирающих частиц. Округлые зерна морского песка соскаблива-
ют металл гораздо слабее, чем зерна дробленого кварца или наж-
дака; при испытаниях на абразивный износ относительная стой-
кость различных материалов отличается тем сильнее, чем ни-
же интенсивность износа. В «чистом» виде абразивный износ на-
блюдается, например, в сопле пескоструйного аппарата или при
истирании стали более мягкими материалами. Известно, что за-
каленные детали текстильных машин сильно изнашиваются хлоп-
чатобумажной нитью, несущей мельчайшие пылинки кварца.
В практических условиях абразивный износ часто осложняется
ударами (например, при службе рабочих органов землеройных
машин).
Если условия трения способствуют повышению температуры
поверхности или сама деталь работает при повышенных темпера-
турах (например, детали засыпного аппарата доменной печи),
скорость абразивного износа резко увеличивается: твердость
абразивных частиц остается при этом практически неизменной,
тогда как твердость металла (его сопротивление внедрению исти-
рающих частиц) сильно понижается.
Эрозия металлов отличается от абразивного износа тем, что
мельчайшие частицы металла срываются капельками воды или
струйками газа. В паровых турбинах скорость капелек воды, по
294 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
отношению к лопаткам ступеней низкого давления может до-
стигать 300 м/сек. При открывании задвижки пара высокого дав-
ления струя приобретает сверхзвуковые скорости. Уплотнитель-
ные поверхности и кромки турбинных лопаток необходимо изго-
товлять из материалов, способных эффективно противостоять
эрозии, иначе долговечность деталей получается совершенно не-
удовлетворительной.
Лопасти гребных винтов и детали гидротурбин страдают от
износа, характер которого очень близок к эрозии.
В слое жидкости, прилегающем к металлу, при определен-
ных условиях обтекания возникают области пониженного дав-
ления, где зарождаются кавитационные пузырьки. Когда пузырь-
ки замыкаются, металл испытывает гидравлические удары, что
приводит к постепенному разрушению металлической поверхно-
сти. Известны случаи, когда за несколько месяцев плавания
судна лопасть винта в результате кавитации разрушалась на глу-
бину 50—70 мм. В морской воде кавитационному разрушению
способствует коррозия, которая дополнительно ускоряет износ
металла. Сочетание износа и коррозии наблюдается также на хи-
мических заводах — при работе транспортных устройств, насосов
и пр.
Участие химических факторов в процессе разрушения рабо-
чей поверхности становится особенно значительным при темпе-
ратурах выше 700—800°, когда жаростойкость определяется свой-
ствами оксидной пленки, образующейся на поверхности. В состав
клапанных сталей и сплавов вместе с примесями, повышающи-
ми жаропрочность, обязательно вводят хром и кремний, окислы
которых обеспечивают нужные свойства оксидной пленки.
Из внешних факторов, определяющих износостойкость метал-
ла, наибольшее значение, безусловно, имеет температура. Повы-
шение температуры на рабочей поверхности обычно почти для
всех видов износа, а резкое изменение прочностных характери-
стик в зависимости от температуры — важнейшее свойство всех
металлов и сплавов. Поэтому рассмотрение вопроса о выборе
металла, обладающего намлучшей стойкостью в заданных усло-
виях службы, мы начнем с таких видов инструмента и деталей,
для которых температурный фактор имеет, бесспорно, наиболь-
шее значение.
2. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ГОРЯЧЕГО МЕТАЛЛА
Ведущим видом износа рабочей поверхности стальных про-
катных валков, ножей для резки горячего металла, штампов,
пресс-форм, дорнов и многих других изделий является поверх-
ностное растрескивание. Это главная причин! износа большин-
ства валков станов, прокатывающих горячий металл.
Условия службы изнашивающихся деталей
295
Возникновение сетки трещин ускоряет истирание, облегчает
вырывание частиц металла и способствует быстрому развитию
износа (рис. 141 и 142).
Рис. 141. Поверхность изношенного валка 111 клети непрерывного
трубопрокатного стана
Износостойкость валков в большой мере определяется усло-
виями работы и весьма различна при прокатке разных профилей
на валках из одного и того же
материала.
Обычно стремятся повышать
твердость поверхности валков,
хотя твердость, измеренная при
нормальной температуре, не всег-
да правильно характеризует
стойкость. Так, М. М. Иванов на-
шел, что в условиях Магнптогор
ского комбината валки из стали
60ХГН с твердостью бочки 260-
270 НБ на первой и второй кле-
тях стана 300 прокатывают за
одну установку 2000—3000 т; в
тех же условиях валки из стали
У12 с твердостью 230—250 НБ
Рис. 142. Сетка трещин на поверх-
ности калибров валка блюминга
прокатывают до 4000 т при зна-
чительно меньшем износе.
Тем не менее, во многих слу-
чаях повышение твердости спо-
собствует увеличению износостой-
кости и признается желательным. Л. П. Чекмарев исследовал
•стойкость валков для прокатки угловой стали в зависимости от
296 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
их твердости. Результаты представлены на графике рис. 143,
где по оси абсцисс отложена твердость наиболее мягкого места
калибра, а по оси ординат — количество проката за одну поста-
новку в тоннах на калибр [184J. Рассеяние велико, но положи-
тельный эффект увеличения твердости выражен ясно.
Чем выше твердость, тем больше хрупкость, тем вероятнее
поломки валков. Серьезный ущерб от поломок валков связан не
только с потерей средств в размере их стоимости, но также с про-
Рис 143. Зависимость стойкости чугун-
ных валков для прокатки угловой стали
от твердости валка
(в тоннах от переточки до переточки)
Давление в очаге деформации при
стоями, нарушениями рит-
ма, увеличением брака
при настройке стана и
пр., что в сумме приводит
к снижению производи-
тельности. В известной
мере поломки можно со-
кратить при улучшении
эксплуатации валков:
большинство поломок свя-
зано с недопустимой пе-
регрузкой, вызывающей
развитие поверхностных
трещин.
прокатке нередко превы-
шает предел текучести углеродистой стали. В результате поверх-
ностный слой валка подвергается наклепу. Нагрев при соприкос-
новении с прокатываемым металлом может быть недостаточным
для снятия наклепа — в этом случае поверхность валка в про-
цессе прокатки упрочняется. При более высокой температуре на-
грева поверхности происходит разупрочнение наклепанного слоя.
Наконец, в относительно редких случаях, когда поверхность на-
гревается до температуры, выше точки ACt, возможна закалка
тонкой поверхностной корочки. Многократное повторение нагре-
ва и охлаждения вызывает термическую усталость и растрески-
вание, что наблюдается на всех валках горячей прокатки.
Исследование изношенных валков
Исследование изношенных валков различных станов позво-
лило отчетливо выявить воздействие наклепа и нагрева. Интен-
сивный наклеп и умеренный нагрев валков наблюдается, напри-
мер, в обжимной клети стана 550. На рис. 144 и 145 представле-
на микроструктура поверхностного слоя нижнего валка этой кле-
ти. Валок отлит из стали 55. Результаты анализа: 0,54% С;
0,72% Мп; 0,23% Si; 0,03% S; 0,033% Р, термическая обработ-
ка— отжиг. Данный валок при последней установке проработал
324 часа, прокатал 15 720 т заготовки, был снят вследствие изно
Рис. 144. Микрострукту-
ра у поверхности обжим-
ного валка из стали 55.
Пластическая деформа-
ция поверхностного слоя.
Увеличение ПО
Рис. 145 Микроструктура у поверхности обжимного валка из
стали 55. Пластическая деформация поверхностного слоя. Увеличе-
ние 240. Видны трещингч термической усталости
298 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей.
са. Поверхностный слой толщиной около 0,5 мм подвергался
пластической деформации.
Результаты исследования твердости на различном расстоя-
нии от поверхности представлены на графике рис. 146. Твердость
в этом и последующих исследованиях измерялась с помощью
прибора ПМТ-З при нагрузке 100 г. В данном случае нагрев по-
верхности слабый и наклеп увеличивает поверхностную твер-
дость: она находится в пределах 330—400 кг/мм2 против 200—
240 кг/мм2 для тела валка.
Иные соотношения имеют место для валка третьей клети не-
прерывного трубопрокатного стана. На рис. 147 представлена
структура поверхностного слоя валка, откованного из стали 55.
Результаты анализа металла: 0,57% С; 0,81% Мп; 0,25% Si;
0,27% Сг; 0,024% S; 0,028% Р; термообработка — отжиг. Данный
валок при последней установке прокатал 5640 труб, снят вслед-
ствие износа. Следы пластической деформации незаметны, види-
мых структурных изменений нет. Трещины термической устало-
лости распространяются на глубину до 3,5 мм от поверхности.
Их расположение не зависит от расположения ферритных и пер-
литных участков.
Для более полного изучения условий службы этого валка
был предпринят опыт с образцами-свидетелями: несколько стер-
женьков диаметром 3 мм из стали 40 были закалены в ледяной
воде и затем запрессованы в отверстия, высверленные в теле
валка по нормали к поверхности ручья. После прокатки стер-
женьки были извлечены и твердость их на различном расстоянии
от торца измерена вдавливанием алмазной пирамидки. Резуль-
таты измерений твердости металла валка (светлые кружки) и
образцов-свидетелей (черные кружки) показаны на рис. 148.
Увеличение твердости металла валка незначительно. Твердость
закаленных стерженьков снизилась от 485 до 290 кг/мм2 вслед-
ствие отпуска. Влияние отпуска заметно на расстоянии до 3,5 мм
от рабочей поверхности; изменение структуры различимо только
при очень большом увеличении — произошла коагуляция карбид-
ных частиц у поверхности образца (рис. 149). Многократный на-
грев образца привел к снятию наклепа, но не вызвал перекри-
сталлизации поверхностного слоя.
При прокатке периодического профиля — автомобильной оси
из стали ЗОХ на стане 550 обжатие очень велико. Нагрев при де-
формации стали повышенной прочности также значительно боль-
ше обычного. В результате на некоторых участках поверхности
калибра температура нагрева достигает критического интервала
и происходит закалка поверхности валка. Возникает мартенсит-
ная корочка толщиной 0,05—0,1 мм (рис. 150). Исследование
шлифов, вырезанных из валка для прокатки периодического про-
филя (кованая сталь 45), показало, что в зависимости от мак-
Рис. 146. Результаты исследования микротвердости на
различном расстоянии от изношенной поверхности об-
жимного валка
Рис. 1-с/. Микроструктура металла у поверхности валкт III клети
непрерывного трубопрокатного стана (см. рис. 140). Увеличение 60
Рис. 148. Микротвердость на различном
расстоянии от поверхности:
светлые кружки — металл валка, черные точки —
закаленный стерженек из стали 40
Рис. 149. Микроструктура образца-свидетеля:
а — 0,05 мм от поверхности; б — 4 мм от поверхности. Увеличение 6(100 (элек-
тронная микрофотография)
Рис. 150 Микроструктура у поверхности изношенного валка для
прокатки периодического профиля. Увеличение 300
Условия служоы изнашивающихся деталей
301
симальной достигнутой температуры закалка происходит на раз-
ную глубину, в общем не превышающую 0,5 мм. Трещинки терми-
ческой усталости образуются по всей поверхности. Результаты
измерения микротвердости представлены на рис. 151.
Исследование шлифов, вырезанных из стальных валков для
прокатки полосы и круглого профиля, не обнаружило закалки по-
верхности; видимо, столь интенсивный нагрев валков наблюдает-
ся редко.
Глубина проникновения трещин термической усталости опре-
деляется толщиной слоя, в котором происходят заметные коле-
бания температуры; трещинки проникают на такую же глубину,
на которую распространяется отпуск закаленной поверхности
валка или образцов-свидетелей.
По сравнению со сталью 55 отбеленный чугун является зна-
чительно более износостойким материалом. Для суждения о ме-
ханизме износа представляло интерес исследование изменений
структуры и свойств в поверхностном слое изношенного чугун-
ного валка. Объектом исследования послужил валок первой чи-
стовой клети стана 330. Валок был отлит из обычного чугуна
следующего состава: 3,65% С; 0,36% Мп; 0,31% Si; 0,11% S;
0,41% Р. Бочка гладкая — валок служил для прокатки полосы.
Глубина отбеленного слоя — первоначально 20 мм, после пере-
точек осталось 8 лл При последней установке валок проработал
196 горячих часов, прокатал 4309,8 т заготовки, был снят вслед-
ствие поломки шейки.
Макроструктура поверхностного слоя представлена на рис.
152. Дендритные кристаллы ориентированы по нормали к рабо-
чей поверхности, что способствует повышению износостойкости.
Распространение трещинок термической усталости идет преиму-
щественно по перлитным участкам. Трещинок очень много, но
глубина их проникновения не превышает 1 мм.
Микроисследование показало, что вдали от поверхности ме-
талл имеет перлито-карбидную структуру с небольшим количе-
ством округлых частиц графита (большая часть отбеленного слоя
снята при переточках и износе). Средняя микротвердость цемен-
тита— 1135 кг/мм2, микротвердость перлита — от 349 до 395 кг!мм2
(рис. 153). У поверхности, на расстоянии до 1 мм в глубину,
структура белого чугуна претерпевает большие изменения. Под
влиянием наклепа и нагрева происходит графитизация. Участки
цементита оказываются разделенными выделившимися пластин-
ками графита. Графит выделяется по поверхностям сдвигов, что
наглядно показывает рис. 154.
Наблюдается сходная ориентировка графита во всех крис-
таллах: пластинки его располагаются преимущественно перпен-
дикулярно оси дендритного кристалла и параллельно рабочей
поверхности. Выделение части углерода в виде графита приво-
1
f R.
гШЪ
Ю 15 Ю
Расстояние от поверхности,лп
Рис. 151. Микротвердость на различном
расстоянии от поверхности изношенного
валка для прокатки периодического
профиля
Рис. 152. Структура у поверхности изношенного чугунного валка.
Шлиф не травлен. Увеличение 60
Рис. 153. (Микроструктура на расстоянии 3,5 мм от поверхности чу-
гунного валка. Микротвердость перлита — 386 кг/мм2, цементита —
1100 кг/мм2. Увеличение 450
Рис. 1о4. Микроструктура у поверхности изношенного чугунного
валка. Увеличение 450
304 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
дит к соответствующему снижению твердости соседних участков
цементита. Результаты исследования микротвердости структур-
ных составляющих на разном расстоянии от поверхности пред-
ставлены в табл. 67.
Таблица 67
Микротвердость структурных составляющих белого чугуна в
поверхностном слое изношенного валка, кг/мм2
Расстояние ют поверх- ности, мм Перлит Цементит Цементит вблизи пласти- нок графита
отдельные значения сред- нее отдельные значения сред- нее отдельные значения сред- нее
3,5—3,7 386; 377; 377; 398; 386 385 1225; 1100; 1065; 1350; 1205 1190 — —
1,8—2,0 432; 398; 398; 420; 386 407 1350; 1100; 1225; 1100; 1165; 1100; 936 1140
0,8—1,0 420; 349; 398; 408 404 1165; 1165; 1165; 1165; 1165 863; 863; 970; 792; 970; 1020; 901
0—0,2 420; 386; 420; 356; 377 392 1165; 1225; 1065; 1065; 1165 1137 615, 705; 657; 634; 634; 634 646
Данные таблицы показывают, что твердость перлита и не-
измененного цементита остается практически постоянной; твер-
дость раствора железа в цементите снижается почти вдвое у ра-
бочей поверхности валка.
Пластинки графита, выделяющегося по плоскостям сдвигов,
ориентированы поперек трещинок термической усталости. Это
способствует отделению и выкрашиванию мелких частиц цемен-
та и предупреждает глубинное вырывание. После выкрашивания
на рабочую поверхность попадает графит, который служит смаз-
кой, препятствующей сцеплению при трении.
Высокая износостойкость чугунных валков обусловлена не
только высокой твердостью цементита, по и характером струк-
турных изменений, происходящих в процессе износа,— своеобраз-
ной графитизацией в поверхностном слое. Перлитная составляю-
щая чугуна не претерпевает особых изменений.
Износостойкость рабочего слоя наплавленных стальных вал-
ков должна быть достигнута за счет максимального повышения
сопротивления металла таким факторам, как пластическая де-
формация, отпуск, местная закалка поверхностного слоя и т. п.,
влияние которых выявлено изучением изношенных валков.
Условия службы изнашивающихся деталей
305
Приближенный расчет теплового режима поверхностного слоя
валка
Для оценки максимальной температуры, которая достигает-
ся на поверхности изделия при соприкосновении с раскаленным
металлом, а также толщины слоя, испытывающего резкие коле-
бания температуры, можно воспользоваться приближенным рас-
четом. Такие расчеты выполнены нами применительно к охлаж-
даемым валкам горячей прокатки. При расчетах учитывались:
приток тепла — за счет превращения в теплоту работы дефор-
мации и теплоотдачи раскаленного металла; отвод тепла от ра-
бочей поверхности — вследствие распространения тепла в массу
валка и охлаждения поверхности водой. Количество тепла, от-
данное валкам, определяли расчетом, исходя из температуры
штуки перед клетью и после клети и вычисленного нагрева от
деформации.
Уравнение температурного поля полубесконечного тела, наг-
реваемого с поверхности, при условии, что тепловой поток через
единицу поверхности граничной плоскости есть величина посто-
янная, выведено Г. П. Иванцовым в работе [44].
Для одномерного теплового потока
г' 2g,]//_40t X Г,
* (X,t)- ' у 1
У т.'к с 1 I 2 У с/
(XI. 1)
Здесь t — время от начала нагрева, сек.; х— расстояние от
поверхности, см; q7 —тепловой поток через единицу поверхно-
сти, кал]сек. см?\ прочие обозначения — те же, что и в предшест-
вующих тепловых расчетах (см. стр. 45 и 47).
При х = 0 выражение в фигурных скобках равно единице. Сле-
довательно, выражение перед скобками представляет изменение
температуры на поверхности полубесконечного тела Т'п
Т’„ = -^У'—. (XI. 2)
Угкхс у
X2
У- = е w --------Х-^~ 1 — Ф f----У =
J п 2Уа/ \ 2 У о/ /_
= W—-—Y (xi. з)
\ 2]/а/ )
20 Зак. ЗЭО
306 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
T'=TnF,
х
2 Vat
(XI.4)
График функции F(y) = е~у —VГ-У [1—Ф(«/)] представлен
на рис. 155.
После того как контакт данной точки поверхности валка с
раскаленным металлом прекращается, начинается распростране-
ние тепла в массу валка. Общее количество тепла, переданное
Рис. 155. График функции F(y) =
= е~у2—У т.у [1—<D(«/)J
единице поверхности валка за
время соприкосновения tc, обо-
значим Q:
Q = qTtc. (XI.5>
Будем рассматривать мо-
мент окончания нагрева t—tc
как начальный момент рас-
пространения тепла от мгно-
венного плоского источника,
заключенного в бесконечном
плоском слое, с основанием,
совпадающим с плоскостью
х=0 нашего полубесконечного
тела.
В начальный момент в эле-
менте объема с бесконечно ма-
лой высотой dx сосредоточено
тепло с равномерной поверхностной интенсивностью Q кал/см2.
Процесс распространения тепла выражается уравнением:
х‘
——---------е~ 4а‘ ,
V с Y t
(XI. 6)
где Т" — разность между температурой рассматриваемой точки
и средней температурой тела на бесконечно большом
расстоянии от граничной поверхности, в нашем слу-
чае—вблизи оси валка.
При х = 0 изменение температуры на поверхности тела в-
процессе охлаждения обратно пропорционально V t:
Q —, (XI. 7)
У гХ с Y Vt
так как Q — величина постоянная. При t=Q получается бесконеч-
но большая температура, поэтому t следует выбирать с учетом
максимальной температуры, достигнутой при нагреве.
Условия службы изнашивающихся деталей
307
Одновременно с распространением тепла в массу валка идет
охлаждение с поверхности. Считая отрицательный тепловой поток
дохл постоянным во времени, можно выразить температурное по-
ле, обусловленное этим потоком, с помощью уравнений, иден-
тичных с уравнениями (XI. 2) и (XI. 4):
0П = ; (XI,8)
лХ с у
o = v/’—(Xi.9)
\ 2]/ at /
Пользуясь аддитивным свойством интегралов дифферен-
циального уравнения Фурье, можно рассматривать температур-
ное поле в каждый момент как сумму температурных полей от
отдельных тепловых потоков. Соответственно результирующая
температура на поверхности валка выразится уравнениями:
7П = Т; + 6П (XI. 10)
в момент соприкосновения с горячим металлом и
Тп = т’п 4- еп
(XI.11)
при отсутствии соприкосновения. Температура на расстоянии х
от поверхности валка дается уравнениями:
Т = Т' + 0 или Т = Т" + 0. (XI. 12)
На рис. 156 представлены результаты расчета температурно-
го поля валка блюминга (дно калибра). Размеры блюмса до про-
катки 500X500 мм, после прокатки 500X400 мм. Средняя тем-
пература болванки перед клетью 1145°, после клети 1125°. Ско-
рость прокатки—1,57 м!сек, время соприкосновения tc = 0,14 сек.,
вычисленный тепловой поток <7Т = 404 кал/см2 сек. Максималь-
ная температура поверхности 579°.
Распределение температуры по глубине в различные момен-
ты времени (рис. 156, а) показывает, что резкие колебания на-
блюдаются у самой поверхности валка. На расстоянии 3 мм от
поверхности максимальная температура составляет только 170°
(при средней температуре валка 65°). При нагреве градиент тем-
пературы у жтоверхности достигает 300°/мм. Распространение
тепла в массу валка приводит к довольно быстрому выравнива-
нию температуры. Изменение температуры точек, находящихся
на различном расстоянии от поверхности, показывает, что по-
верхностный слой валка испытывает резкие термические толчки,
причем скорости нагрева и охлаждения тем больше, чем ближе
данная точка к поверхности. Для точек, расположенных у самой
поверхности валка, скорость нагрева превышает 3000°/сек., ско-
20*
308 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
рость охлаждения-—1000°/сек. По мере удаления от поверхно-
сти максимальная температура, а соответственно и скорости на-
грева и охлаждения быстро снижаются.
Рис. 156. Вычисленное распределение температуры в теле валка
блюминга (по дну калибра):
а — в различные моменты времени от начала соприкосновения рассматри-
ваемой точки с раскаленным металлом; б — изменение температуры точек,
находящихся на разном расстоянии от поверхности валка
Экспериментальное исследование распределения температур
в теле валка горячей прокатки
Справедливость упрощений, принятых при расчете, была про-
верена путем измерения температуры в различных точках валка
при прокатке в реальных условиях. В валке были высверлены
каналы и расточено посадочное отверстие под пробку. Три ни-
хром-константановых термопары из проволочек толщиной
0,25 мм были приварены разрядом конденсатора к пробке, вы-
точенной из стали 55, после чего пробка была запрессована в
расточенное отверстие. На торец шейки был надет токосъемник
со ртутными контактами; каждый провод термопары был при-
паян к изолированному контактному диску.
Исследование было проведено на нижнем валке третьей кле-
ти семиклетевого трубопрокатного стана.
Перед началом опыта было прокатано 30 труб при обычном
темпе для нормального прогрева валков, после чего осциллогра-
фом были записаны температуры валка при прокатке (табл. 68).
Размеры готовой трубы после прохода семи клетей: длина —
7 м, диаметр — 57 мм, толщина стенки — 3,5 мм. Продолжитель-
ность прокатки трубы в данной клети составляет 3,38 сек. Время
Условия службы изнашивающихся деталей
309
от начала прокатки данной трубы до начала прокатки следую-
щей в среднем — 15 сек., минимально — 5 сек. Диаметр валка
по бочке — 292 мм, по дну калибра — 236 мм. Среднее число
оборотов валка — 75 об/мин. Средняя температура трубы, перед
клетью—1013°, после клети — 992°. Прокатываемый металл —
сталь 10.
Таблица 68
Измеренная температура валка при прокатке, СС
3 Е О 2 ь *5 Расстояние от спая до поверхности мм Оборот валка от начала прокатки трубы
1-й 2-й 3-й 4-й
мин. макс. МИН. макс. мин. макс. МИН. макс.
I 0,86 35—78 275— 321 48— 115 290— 351 127— 198 354— 404 174— 211 373— 421
II 1,33 36—97 213— 264 156— 228 295— 337 201- 244 321 — 350 204— 248 323— 355
III 2,22 78— 193— 152— 220— 164— 225— 198— 281—
170 246 210 266 228 271 268 327
Расстояние от спаев термопар до поверхности было опреде-
лено после опыта по шлифу. Оно составляло: I термопара —
0,86 мм, II термопара — 1,33 мм, III термопара — 2,22 мм.
За время прокатки одной трубы, каждая точка поверхности
валка соприкасалась с раскаленным металлом четыре раза.
Температура валка при этом постепенно повышалась. Значения
температуры колебались в довольно широких пределах, в зави-
симости от промежутка времени между прокаткой отдельных
труб. Результаты обработки осциллограмм представлены в
табл. 68. Температура валка перед началом прокатки трубы ко-
лебалась в пределах от 56 до 163°, при среднем значении около
100°.
Результаты расчета по формулам (XI. 1) — (XI. 12) и изме-
рения температуры сопоставлены на графике (рис. 157). Как
видно из графика, опытные данные удовлетворительно согла-
суются с результатами расчета.
Расчеты и опыты показали, что температура поверхности
прокатного валка может достигать 700—750°, а толщина рабо-
чего слоя составляет примерно от 3 до 6 мм.
Для других изделий, соприкасающихся с раскаленным ме-
таллом, эти величины могут существенно отличаться. Так, для
пресс-форм при литье легких сплавов глубина рабочего слоя
менее 1 мм, тогда как для дорнов и пуансонов она достигает
310 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
15 мм и более. Приближенно глубина рабочего слоя может быть
оценена по проникновению трещинок термической усталости,
которое выявляется при обточке.
Рис. 157. Изменение температуры точек, различно уда-
ленных от поверхности валка во время прокатки:
А — вычислено для точки 0,85 мм от поверхности; Б — вычислено
для точки 2,2 мм от поверхности; кружки — результаты измерений
Толщина наплавленного слоя во всяком случае должна быть
больше, чем толщина слоя, испытывающего резкие колебания
температуры, а качество наплавленного металла должно быть
выбрано с учетом рабочей температуры.
Требования к наплавленному металлу
Исходя из условий работы прокатных валков и подобных им
деталей, можно конкретизировать требования к физическим и
прочностным свойствам, а отсюда и к химическому составу ме-
талла.
Величину упругих термических напряжений, обусловленных
разностью температур поверхности и внутренней части массив-
ного тела, можно представить уравнением:
амаКс = КТмакс-аЕ, (XI. 13)
где аМакс — максимальные растягивающие напряжения;
Тмакс — максимальная разность температур в теле, °C;
а — коэффициент линейного расширения,
Е — модуль упругости, кг]см2',
К — коэффициент, зависящий от формы тела и опре-
деляющий напряженное состояние.
Условия службы изнашивающихся деталей
311
На основании представленных выше данных заменим 7"макс
ее значением из уравнения (XI.2). Тогда вместо уравнения
{XI. 13) можно написать:
Смаке = RK (XI. 14)
К X с 7
Здесь R— коэффициент, зависящий от величины теплового
потока и продолжительности нагрева.
Предположим, что форма изделия и тепловой режим заданы.
В этом случае величина напряжений, возникающих в поверхно-
стном слое, определяется соотношением физических констант, из
которых наибольшее значение имеет коэффициент линейного
расширения и модуль упругости [170].
Поскольку коэффициент теплопроводности X находится под
корнем, возможные его изменения не могут оказать большого
влияния на величину вмакс- Удельная теплоемкость с и плот-
ность у сплавов железа колеблются в узких пределах. Разница в
величине V Хсу для всех сплавов на основе железа невелика.
Коэффициент линейного расширения а при низких темпера-
турах может изменяться очень сильно, однако в диапазоне тем-
ператур от 100 до 700° он находится в пределах от 12- 10-6 до
20 • 10~6 для сталей и чугунов самого различного состава. Следо-
вательно, возможности снижения напряжений за счет уменьше-
ния а ограничены. В еще более узких пределах изменяется мо-
дуль упругости: у всех сталей и белого чугуна Е = 1,9 • 106 н-
ч- 2,2 • 106.
Производственный опыт доказывает, что износостойкость про-
катных валков, при прочих равных условиях, определяется ма-
териалом, из которого они изготовлены, причем возможны раз-
личия в стойкости в 5 раз и более. Такие различия не могут быть
объяснены физическими константами материалов; они, несом-
ненно, связаны с различиями в прочностных свойствах. Путем це-
лесообразного легирования стали ее прочность и выносливость в
интервале рабочих температур от 500 до 750° может быть увели-
чена во много раз.
Выбор стали
Исследованию сталей для инструмента, деформирующего го-
рячий металл, а также для прессформ литья под давлением по-
священо очень много работ. Для штампов и прессформ (кроме
самых простых) стоимость стали имеет малое значение, так как
она составляет не более 10% стоимости механической и термиче-
ской обработки готового изделия. Уже более 50 лет во всех про-
мышленных странах мира ведутся работы по изысканию штам-
повых сталей, обладающих наивысшей износостойкостью. До-
312 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
стигнутые успехи очень велики. В. Я. Дубовой [34] приводит та-
кой пример: прошивные пуансоны из углеродистой стали У8
выходят из строя после прошивки 50—60 отверстий в гаечных
ключах; такие же пуансоны из стали 7X3 изнашиваются только
после прошивки 3000—3500 отверстий, т. е. обладают 60-кратной
стойкостью.
Сравнительные испытания вставок штампа ковочной машины
при изготовлении клапанов показали, что хромовольфрамовые
стали обладают более высокой стойкостью, чем сталь 7X3. При
этих испытаниях сталь Р18 была термически обработана на
твердость 46—48 Rc; для прочих сталей применялись обычно
рекомендуемые режимы термообработки. Относительная стой-
кость сталей разных марок, по данным В. Я. Дубового [34], ха-
рактеризуется такими цифрами:
Умеренное И нтенсивное
охлаждение охлаждение
Р18................... 10,9 —
ЗХ2В8 ................. 5,7 11„5
7X3 ................... 2,3 2,0
5ХВС.................... 1,0 1,0
Причиной выхода из строя прессформ является почти исклю-
чительно термическое растрескивание.
Сравнительные испытания серии сталей для пресс-форм про-
вели Е. В. Панченко, Б. И. Кример и Г. Г. Пуцикин [108]. Опыт-
ные вставки для пресс-форм подвергались термообработке, опти-
мальной для каждой стали. Испытания производились путем
литья под давлением сплава АКМ, с температурой заливки 720—
740°. Критерием стойкости служило число отливок до выхода из
строя вставки. Химический состав испытанных сталей и резуль-
таты испытаний представлены в табл. 69.
Таблица 6&
Состав исследованных сталей и стойкость пресс-форм [108]
Марка стали Содержание элементов, % Среднее число отливок
с Si Сг .Ni W Мо V
ЗХ2В8 0,29 0,30 2,50 0,25 8,5 0,36 115000
5ХВС 0,48 0,65 1,20 — 2,5 — — 87500
Х12М 1,52 0,31 11,15 0,23 — 0,61 0,15 77500
4Х8В2Ф .... 0,40 0,25 10,22 — 2,38 — 0,39 37000
4Х9СЗ 0,38 2,70 9,35 — — — — 20000
4X13 0,41 0,35 12,80 — —. — — 16000
4ХНВ2С 0,45 1,05 10,80 — 2,50 .— 0,39 8500
3X13 0,34 0,27 14,10 0,24 — — — 6000
Условия службы изнашивающихся деталей
313
Как видно из этих данных, в разных условиях службы отно-
сительная стойкость получается весьма различной.
Наилучшей стойкостью обладают быстрорежущие стали. Од-
нако необходимость сложной термообработки ограничивает воз-
можность их применения.
Сталь ЗХ2В8 также обладает прекрасной износостойкостью
и удовлетворительно обрабатывается резанием. Поэтому сталь
ЗХ2В8 широко используется для наплавки валков горячей про-
катки, ножей для резки горячего металла и других деталей, со-
прикасающихся с раскаленным металлом и не подвергающихся
термообработке (кроме отпуска).
Несколько лучшей обрабатываемостью и хорошей стойкостью
обладает сталь ЗХ2В4Ф, которая во многих случаях заменяет
сталь ЗХ2В8. Возможность использования других сталей для ин-
струмента, деформирующего горячий металл, зависит от конкрет-
ных условий работы.
3. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ХОЛОДНОГО МЕТАЛЛА
Условия службы инструмента для деформирования металла
в холодном состоянии могут быть весьма разнообразны. При ра-
боте ножей гильотинных и дисковых ножниц, а также вырубных
штампов рабочая кромка служит в условиях, близких к усло-
виям работы металлорежущего инструмента. С другой стороны,
рабочие органы различных гибочных и формующих машин — ро-
лики, пуансоны и др. — нагружены в меньшей степени. В зависи-
мости от конструкции и режима работы инструмента главенству-
ющее значение могут приобретать такие виды износа, как контакт-
ная усталость (выкрашивание), смятие и износ схватыванием.
Усталостное разрушение рассматривается в настоящее время
с точки зрения теории дислокаций. При нормальной температуре
процесс усталостного разрушения слагается собственно из двух
процессов: а) пластической деформации, сопровождающейся
упрочнением металла, и б) накопления дислокаций вблизи пло-
скостей скольжения. Постепенно в объемах, прилежащих к пло-
скостям максимальных касательных напряжений, происходит
скопление и слияние несовершенств кристаллической решетки —
дислокаций и вакансий, возникают микропоры, которые превра-
щаются в субмикроскопические трещинки, когда число циклов
достигает границы повреждаемости. Трещинки растут, сливают-
ся. Какая-нибудь трещина растет быстрее других. Она и вызы-
вает разрушение изделия.
Чем выше прочность, тем выше выносливость, тем лучше со-
противляется металл усталостному разрушению. Прочность и
твердость инструмента, деформирующего холодный металл, дол-
жна быть значительно выше, чем твердость и прочность дефор-
314 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
мируемого металла. Вместе с тем рабочий слой должен обладать
удовлетворительной вязкостью.
Недостаточная твердость рабочего слоя может вести к его пла-
стической деформации—смятию, если деформация охватывает
значительные объемы, и к схватыванию, если пластически дефор-
мируются только поверхностные слои, нагревающиеся от трения.
Быстрорежущие стали типа Р18, Р9, Р13КЗ— наиболее изно-
состойкие сплавы, применяемые для наплавки таких видов ин-
струмента, для которых важна максимальная износостойкость,
а переменные нагрузки и удары невелики. Их достоинства рас-
смотрены выше. Недостатками являются сравнительная слож-
ность технологии наплавки и термической обработки, склонность
к выкрашиванию.
Несколько лучшей вязкостью обладает сталь РВ6М5, приме-
няемая в ФРГ и Швеции для наплавки ножей ножниц для резки
холодного металла. Обычно после наплавки следует замедлен-
ное охлаждение в печи, а затем отпуск при 650—700° для получе-
ния твердости в пределах 54—56 Rc. Обработка наплавленных
ножей производится шлифовкой.
Для многих видов инструмента успешно применяется наплав-
ка ледебуритных высокохромистых сталей типа Х12. После от-
жига наплавленный металл удовлетворительно обрабатывается
режущим инструментом. Малая деформируемость сталей ти-
па XI2 при закалке имеет большое значение для биметалличе-
ских деталей и инструмента, изготавливаемых путем наплавки,
поскольку термическая обработка усложняется наличием двух
различных по свойствам металлов. Закаленная на аустенит и
низко отпущенная сталь типа Х12 значительно более вязка, чем
сталь, обработанная на максимальную твердость. Некоторого
увеличения пластичности можно добиться снижением содержа-
ния углерода и легированием молибденом. Свойства высокохро-
мистых ледебуритных сталей очень сильно зависят от размеров
и формы карбидных частиц. Путем регулирования термического
цикла и режима можно получить весьма мелкозернистую струк-
туру наплавленного металла с удовлетворительными пластиче-
скими свойствами.
Для наплавки деталей, работающих со значительной удар-
ной нагрузкой, пригоден металл, соответствующий по составу хро-
мовольфрамокремнистым сталям марок 4ХВ2С, 5ХВ2С. Наплав-
ка сталей подобного типа производится соответствующей порош-
ковой проволокой или проволокой марки 4Х4ВЗФ под флюсом
АН-20. Чем сильнее удары, тем ниже должно быть содержание
углерода.
При резких ударах, какие наблюдаются, например, при ра-
боте чеканочных штампов, хорошей стойкостью обладают стали
с содержанием никеля 3,5—4,5% (типа 45ХН4В или 4ХНВ).
Условия службы, изнашивающихся деталей
315
4. ВОССТАНОВЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ИЗНОШЕННЫХ СТАЛЬНЫХ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Износостойкость углеродистых и низколегированных конст-
рукционных сталей при трении скольжения со смазкой и без
смазки изучалась многими исследователями. Установлено, что
для сталей этого типа повышение твердости в интервале пример-
но от 150 до 500 Нв позволяет соответственно уменьшить износ.
Увеличение твердости от 500 до 600 /7В лишь в малой мере по-
вышает износостойкость. Дальнейшее увеличение твердости не
дает существенного улучшения износостойкости и нецелесообраз-
но. Установлено также, чго при равной твердости износостой-
кость стали тем выше, чем выше содержание в ней углерода.
В основном эти положения сохраняют свое значение и для
наплавленного металла и учитываются при выборе состава ме-
талла для восстановления размеров изношенных деталей из кон-
струкционных сталей. Однако необходимо отметши, что наплав-
ленный металл имеет очень важные преимущества перед обычной
кованой или литой сталью: кристаллы наплавленного металла
весьма мелки, примеси распределены равномерно, а ориентировка
кристаллов по нормали к изнашивающейся поверхности создает
наивыгоднейшие условия, так как затрудняет пластическую де-
формацию и схватывание. Благодаря этим преимуществам при
одинаковом химическом составе основного и наплавленного ме-
талла износостойкость последнего в 2—3 раза выше; при более
низком содержании углерода в наплавленном металле вполне
возможно обеспечить такую же износостойкость его, как и основ-
ного высокоуглеродистого металла.
Поскольку повышение содержания углерода усиливает веро-
ятность образования кристаллизационных трещин, при восста-
новлении размеров изношенных деталей машин, как правило, ис-
пользуется пизкоуглеродистый наплавленный металл. Особенно-
сти его структуры обеспечивают получение твердости и износо-
стойкости, равноценных с основным металлом. Наглядные дан-
ные из работы А. Е. Асниса, Л. М. Гутман и др. 1 представлены
в табл. 70.
По условиям работы железнодорожного бандажа твердость
наплавленного металла должна быть в пределах от 260 до
290 Нв. Для ходовых колес мостовых кранов, в зависимости от
нагрузки на колесо, его рабочей ширины и пр., требуется обычно
более высокая твердость. Ошимальная твердость составляет от
280 до 400 /7В.. Путем наплавки проволокой Св-ЗОХГСА удается
получить твердость наплавленного металла примерно до 300 Нв<
1 Сварка и наплавка под флюсом при ремонте локомотивов, Трансжел-
дориздат, 1958.
316 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Таблица 70
Химический состав, твердость и износ основного и наплавленного
металла при восстановлении паровозных бандажей
(средние данные)
Металл Содержание элементов. % Твердость "в Глубина из- носа на 10 тыс. км пробе- га, мм
С Si Мп Сг S р
Бандаж 0,75 0,29 0,47 0,12 0,023 0,028 269 0,60—0,70
Наплавка Св-10Г2 . . . . 0,12 0,41 1,55 — 0,026 0,042 260 0,70—0,75
Наплавка ЭИ 681 0,14 0,43 1,60 0,65 0,028 0,041 285 0,50—0,60
а использование проволоки марки 4Х2Г2В дает возможность по-
высить ее до 380 Нъ. В необходимых случаях повышение твер-
дости достигается поверхностной закалкой наплавленного слоя
или наплавкой высоколегированной проволокой.
Для восстановления размеров деталей ходовой части авто-
мобилей и тракторов обычно применяется низколегированный
наплавленный металл типа 2—6 (ом. табл. 35).
5. ДЕТАЛИ, РАБОТАЮЩИЕ В УСЛОВИЯХ АБРАЗИВНОГО ИЗНОСА
Абразивный износ при нормальной температуре
Способность абразивных частичек внедряться в рабочую по-
верхность и соскабливать микростружку зависит <в большой мере
от свойств этих частичек. Из структурных составляющих сталей
и чугунов наивысшей твердостью обладают карбиды хрома, воль-
фрама, молибдена. Весьма высока твердость борида хрома. Если
твердость карбидов выше твердости абразивных частиц, то по-
следние не могут внедряться в металл на участках, занятых кар-
бидами. Частицы корунда (технический наждак) обладают более
высокой твердостью, чем карбиды металлов, ввиду чего изнаши-
вают металл весьма интенсивно.
Чем больше твердых карбидов входит в структуру металла,
тем выше стойкость в условиях абразивного износа. Наилучшей
износостойкостью обладают спеченные металлокерамические из-
делия из карбида вольфрама, причем имеется прямая связь меж-
ду износостойкостью и содержанием кобальтовой связки.
Стойкость наплавленного металла против абразивного изно-
са зависит от содержания углерода и карбидообразующего эле-
мента.
Условия службы изнашивающихся деталей
317
Ценное исследование процессов абразивного износа провел
Р. Д. Хауорт [219]. Предложенная им методика испытаний за-
ключается в том, что образец подвергается истиранию цилинд-
рической поверхностью резинового диска, снабженной попереч-
ными канавками, в которые при вращении попадает абразив.
Диск и абразив заключены при испытании в герметичный кожух.
При использовании сухого абразива в принятых условиях испы-
таний температура поверхности образца достигает 260°. Методи-
ка Хауорта не отражает влияния ударов, но в остальном харак-
теризует износостойкость достаточно четко.
Некоторые результаты опытов Хауорта представлены в
табл. 71.
Таблица 71
Результаты испытаний на абразивный износ литых хромистых сплавов
Результаты химического анализа, % Твер- дость Лс Потеря веса, г, за время испытания в зависимости от абразива
с Si Мп Сг морской песок полевой шпат дробленый кварц наждак
0,78 0,8 6,59 53—58 2,66 3,94 18,0 13,4
1,80 0,30 0,72 6,29 47—52 1,20 1,82 10,7 10,3
3,03 0,64 — 7,19 53—58 0,30 0,23 1,50 8,40
4,13 0,78 — 6,59 54—59 0,32 0,34 0,90 8,10
3,87 0,73 — 1,05 53—57 0,24 0,34 0,90 8,73
3,85 0,88 — 13,40 54—58 0,29 0,27 0,94 4,87
3,76 1,13 — 31,2 56—60 0,12 0,09 0,19 3,81
Данные таблицы показывают, что разница в стойкости спла-
вов тем больше, чем менее тверды и менее остры абразивные ча-
стички. Отчетливо видно, что повышение содержания углерода
(при данном содержании хрома) и хрома (при данном содержа-
нии углерода) оказывают положительное влияние на сопротив-
ление абразивному износу. С другой стороны, между твердостью
по Роквеллу и износостойкостью прямой связи нет.
Структура матрицы, в которую вкраплены карбиды, также
имеет большое значение. Если карбиды окружены мягкой матри-
цей, то в процессе износа карбидные частички будут выступать
над поверхностью и выкрашиваться, поскольку прочность их на
изгиб низка. Оптимальный тип структуры матрицы зависит от
удельного давления: при низких удельных давлениях, когда ха-
рактер износа приближается к эрозии, выгодна мартенситная
матрица, твердость которой приближается к твердости карбидов;
при высоких удельных нагрузках и наличии ударов целесообраз-
нее аустенитная матрица.
318 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Из практически применяемых сплавов очень высокой стойко-
стью против абразивного износа обладают карбидные компози-
ции на основе карбида вольфрама — релит и воломит, исполь-
зуемые для армирования бурового инструмента. Вследствие боль-
шого различия между твердостью связки и карбидных зерен по-
верхность, наплавленная релитом, при износе становится шеро-
ховатой, что для многих назначений неприемлемо.
Высокую износостойкость дает наплавка борида хрома. От-
личной стойкостью против абразивного износа обладают высо-
кохромистые чугуны, дополнительно легированные марганцем,
никелем, бором или титаном.
Выбор сплава определяется возможностями наплавки опре-
деленных изделий, стоимостью, а также характером нагрузки, в
особенности сочетанием абразивного износа и ударов. Представ-
ление об оптимальном типе сплава в зависимости от условий ра-
боты дает табл. 72.
Таблица 72
Оптимальные типы сплавов в зависимости от условий работы
Условия работы Примеры деталей Оптимальные типы сплавов
Абразивный износ без ударов Поводки текстильных и обмоточ- ных машин, лопатки тягодутьевых машин, стволы пескометов, мукомоль- ные вальцы 28, 29, 30, 64, 9
Абразивный износ, сла- бые удары Била углеразмольных мельниц, шпе- ки кирпичных прессов, формы для прессования огнеупоров и кирпича, лемехи плугов в песчаных почвах детали грязевых насосов 27, 9, 28, 64
Абразивный износ, уме- ренные удары Опорные катки гусеничных машин, ножи тряпкорубок, рабочие органы почвообрабатывающих машин, шарош- ки буровых долот 19, 21, 23. 24, 27
Абразивный износ, сильные удары Очень сильные удары, абразивный износ Била молотковых 'дробилок, доло- та ударного бурения, броня шаровых мельниц, черпаки драг Щеки дробилок, зубья ковшей экс- каваторов, черпаки драг 8, 26, 1,9 10, 11
Чем сильнее удары, тем большую долю структуры должен со-
ставлять аустенит. При максимальной ударной нагрузке исполь-
зуются аустенитные высокомарганцовистые стали.
Условия службы изнашивающихся деталей
319
Абразивный износ при высокой /температуре
Многие детали металлургического оборудования подвергают-
ся истиранию абразивными частицами при температурах выше
400°. Большой конус и чаша засыпного аппарата доменной печи,
детали коксовыталкивателя, скалывающие ножи аглолент, про-
водки прокатных станов и другие детали работают в весьма тя-
желых условиях. Исследование Е. И. Лейначука показало, что
при повышении температуры детали из стали 35Л от 250 до 600°
скорость абразивного износа возрастает примерно в 3 раза.
Для наплавки поверхности большого конуса мы предложили
сплав Х10В14 следующего химического состава: 3,5—3,7% Е/
8—10% Сг; 13—14% W, до 1% Si и до 0,5% Мп. Такой состав
наплавленного металла получается при многослойной наплавке
порошковой проволокой ПП-Х10В14 под флюсом АН-20. Твер-
дость наплавленного слоя 58—60 Rc.
Исключительно высокая стойкость сплава Х10В14 против аб-
разивного износа доказана натурным испытанием. Первый ко-
нус, наплавленный этим сплавом, был установлен на печь Маг-
нитогорского металлургического комбината в мае 1955 г. В де-
кабре 1957 г. печь была остановлена на капитальный ремонт. За
2 года 7 мес. износ конуса составил не более 3 мм, тогда как ра-
нее за два года износ по толщине стенки достигал 47 мм.
Недостатками сплава Х10В14 являются большая склонность
к образованию кристаллизационных трещин и высокая стои-
мость.
Хорошей износостойкостью при температурах до 600° облада-
ют высокоуглеродистые хромоникелевые сплавы (наплавленный
металл типа 25, 26 и 27). Подобные сплавы применяются в США
для наплавки направляющих линеек и проводок прокатных ста-
нов, челюстей грейферов для погрузки горячего агломера-
та и т.. п.
Для особо ответственных назначений можно использовать
сплавы на основе кобальта, которые обладают прекрасной стой-
костью против абразивного износа при высокой температуре.
Глава XII
ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ДЛЯ НАПЛАВКИ
Подача в дугу проволоки или ленты, а также осуществление
установочных и рабочих перемещений электрода может быть
осуществлена любым сварочным аппаратом: подвесной сва-
рочной головкой, самоходной головкой, сварочным трактором
или шланговым полуавтоматом.
Во многих случаях на предприятиях применяются обычные
сварочные аппараты с различными дополнительными приспособ-
лениями для наплавки.
Самоходный сварочный аппарат АБС, а также сварочный
трактор ТС-17М можно использовать для наплавки без каких-
либо переделок. Равным образом может быть использован сва-
рочный трактор АДС-1000.
С небольшими переделками, которые в основном сводятся к
замене гибкого шланга изогнутым трубчатым мундштуком, ис-
пользуются для механизированной наплавки полуавтоматы
ПШ-5, ПШ-54 и А-537.
Входящая в состав сварочного аппарата АБС головка А до-
пускает крепление трехэлектродной и ленточной приставки, так
что этот аппарат может быть использован для наплавки тремя
электродами и лентой.
Сварочный трактор АДС-1000 снабжен электрической схемой
автоматического регулирования напряжения дуги. Это позволяет
использовать его для наплавки чугунной электродной лентой
после несложной переделки сварочной головки (для крепления
ленточной приставки) и некоторых других деталей.
Специфические требования, обусловленные особенностями
техники наплавки, привели к разработке наплавочных аппара-
тов общего и специализированного назначения.
Наплавочные аппараты общего назначения используются в
сочетании с наплавочным станком или другим приспособлением,
обеспечивающим необходимые относительные перемещения
электрода и наплавляемой детали.
Специализированные наплавочные аппараты (для наплавки
некоторьих конкретных изделий) не нуждаются в дополнитель-
ных устройствах: в их конструкции предусматриваются механиз
мы для взаимного перемещения изделия и электрода.
За сравнительно небольшой период времени промышленного
применения автоматической наплавки создано много различных
конструкций наплавочных аппаратов, установок, станков, мани-
пуляторов и другого оборудования.
Оборудование, применяемое для наплавки
321
Ниже мы приводим основные данные и краткое описание
только тех видов оборудования, которые получили общее
признание и применяются в народном хозяйстве.
1. НАПЛАВОЧНЫЕ АППАРАТЫ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Наплавочный аппарат А-384
Конструкция аппарата А-384 разработана в институте элек-
тросварки им. Е. О. Патона. Аппарат предназначен для наплав-
ки под флюсом одной, двумя или тремя электродными проволо-
ками диаметром 2—5 мм или электродной лентой толщиной
0,4—0,8 мм, шириной 20—100 лои. Важнейшими требованиями к
наплавочным аппаратам прежде всего являются высокая ста-
бильность дуги и надежное поддержание постоянной ее длины.
Сварочная дуга обладает свойством саморегулирования; это
позволило упростить аппаратуру, перейти от сложных го-
ловок с автоматическим регулированием напряжения дуги к
весьма простым и надежным в работе головкам с постоянной
скоростью подачи электрода. Чтобы обеспечить высокую устой-
чивость процесса и хорошее саморегулирование дуги при меха-
низированной наплавке, нужно применять постоянный свароч-
ный ток и электродную проволоку минимально возможного диа-
метра для данных условий наплавки.
Необходимый диапазон скоростей подачи электродной прово-
локи с помощью сменных шестерен обеспечивает сварочная го-
ловка типа А, которая является основой наплавочного аппа-
рата А-384.
В конструкции узла подачи электродной проволоки учтены осо-
бенности порошковой проволоки: из-за значительного и неравно-
мерного наклепа оболочки порошковая проволока при разматы-
вании мотков изгибается, образует петли и путается. Поэтому
оказалось необходимым исключить операцию перемотки и заме-
нить обычно применяемую кассету фигуркой, чтобы использо-
вать поставляемые готовые мотки проволоки и максимально при-
близить точку разматывания мотка к подающим роликам.
Большое давление гладкого подающего ролика недопустимо
деформирует и портит порошковую проволоку. Вместе с тем не-
прерывность подачи очень важна. Чтобы устранить буксование
проволоки, подающий ролик делается разъемным с насечкой.
Чтобы обеспечить точное направление проволоки и надежный
подвод тока, применяется трубчатый мундштук.
Конструкция воронки для ссыпания флюса выбрана с учетом
возможности подхода электрода к отвесным стенкам при на-
плавке на поверхности сложной формы. Воронка электрически
21 Зак. 390
322 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
изолирована от мундштука, чтобы исключить обгорание ее при
случайных соприкосновениях с наплавляемым изделием.
Для удобного и быстрого перемещения сварочной головки по
вертикали при регулировании длины вылета электрода, количе-
Рис. 158. Общий вид наплзвочного аппарата А-384:
1 — флюсобункер; 2 — штанга; 3 — подвеска; 4 — фигурка; 5 — главный
механизм; 6~правильный механизм; 7—мундштук; 8—пульт управления;
S — корпус штанги; /0 —червячный редуктор; // — электродвигатель подъе-
ма; 12 — фланец крепления аппарата; 13 — полый цилиндр
ства высыпающегося флюса, откусывания кончика электрода с
налипшим шлаком и пр. аппарат снабжен электрифицированным
механизмом подъема.
Наплавочный аппарат А-384 общего назначения показан на
рис. 158.
Фланцем 12 аппарат закрепляется на станке, предназначенном
для наплавочных работ. Перемещение изделия с необходимой
Оборудование, применяемое для наплавки
323
скоростью или аппарата относительно изделия осуществляется
приводами станка.
Основные технические данные аппарата А-384
Производительность наплавки, кг!час-
одним электродом ................... 3—12
тремя электродами .................. 5—20
электродной лентой ................. 5—20
Сварочный ток, а ....................... 200—1200
Скорость подачи, м!час'.
проволоки........................... 28,5—225
ленты................................ 21,5—166
Вертикальное перемещение аппарата (ход
штанги), мм ......................... 250
Ход поперечного корректора, мм.......... 100
Максимальный наклон мундштука........... 45°
Емкость флюсобункера л ................ 50
Номинальное напряжение аппаратного
яшика, в ............................ 220/380
Примечание. Скорости подачи проволоки более
142 м!час практически не используются.
Настройка на необходимую скорость подачи электродной
проволоки производится сменными шестернями. Величина сва-
рочного тока определяется заданной скоростью подачи и диамет-
ром электродной проволоки.
Подъем и опускание аппарата (главного механизма, штанги,
флюсобункера и других узлов) осуществляются с помощью
электропривода со скоростью 0,5 м!мин. Поперечное перемеще-
ние сварочной головки (смещение с зенита) осуществляется от
ручного привода. Мундштук вместе с правильным механизмом и
фигурой для проволоки может быть наклонен в обе сторзны.
Электродвигатели аппарата питаются трехфазпым током на-
пряжением 36 в от специального аппаратного ящика. Питание
постоянным или переменным сварочным током осуществляется
от преобразователя или трансформатора.
При эксплуатации в различные условиях наплавочный аппа-
рат А-384 достаточно удобен и надежен и может быть рекомен-
дован для применения во всех наплавочных установках. Его ос-
новные узлы и детали в значительной степени типичны, поэтому
приводим их краткое описание.
Главный механизм аппарата А-384 — головка А (рис. 159)
предназначен для подачи электродной проволоки в зону горения
дуги. Он представляет собой комбинированный червячно-шесте-
ренный редуктор 2 с электродвигателем 1 трехфазного тока. На
выходной вал редуктора 3 насажен подающий ролик 4 желобча-
того типа с рифленой контактной поверхностью. Сменные ше-
стерни 5 расположены за задней стенкой редуктора и закрыты
предохранительной крышкой 6.
21*
324 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Скорости подачи электродной проволоки в зависимости от
установленных сменных шестерен приведены в табл. 73.
Рис. 159. Главный механизм аппарата А-384:
/ — электродвигатель; 2 — червячно-шестеренный редуктор; 5 — выходной
вал; 4 — подающий ролик; 5 — сменные шестерни; 6 — крышка
Мундштук (рис. 160) предназначен для подвода сварочного
тока к электродной проволоке и точного направления конца
электрода. Он состоит из ствола 1 трубчатого типа с эксцентрич-
но расположенным наконечником 2. Наконечник снабжен филь-
ером 3 из твердого металлокерамического сплава. Наконечник
прикрепляется к стволу прижимной гайкой 5. На стволе мундш-
тука хомутом 7 и винтом 8 крепится флюсоподводящая ворон-
Оборудование, применяемое для наплавки
325
Скорости подачи электродной проволоки
Таблица 73
Число зубьев шестерен Скорость подачи про- волоки. м1час Число зубьев шестерен Скорость подачи про- волоки. м!час
ведущей ведомой ведущей ведомой
16 46 28.5 30 32 73
18 44 32 32 30 83
20 42 37 34 28 95
22 40 43 36 26 108
24 38 49 38 24 123
26 36 56 40 22 142
28 34 64 42 20 164
Рис. 160. Мундштук и
флюсовая воронка аппа-
рата А-384:
1 — ствол; 2 — наконечник;
3 — фильер; 4 — насадка; 5 —
прижимная гайка; 6 — флю-
совая воронка; 7 — хомут;
8 — винт хомута; 9 — патру-
бок; 10 — заслонка; // — пра-
вильный аппарат
326 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
ка 6. изолированная от ствола втулкой. Мундштук закрепляется
верхним концом ствола в отверстии корпуса правильного меха-
низма 11.
Флюсоподводящая воронка имеет приемный патрубок 9 с за-
слонкой 10 и насадку 4.
Штанга 2 (см. рис. 158) представляет собой механизм для
вертикального перемещения сварочной головки. Фланцем 12 хо-
мута штанги аппарат крепится к наплавочному станку. Кроме
того, штанга дает возможность повернуть сварочную головку во-
круг верикальной оси в любое положение.
Подъемный механизм состоит из алюминиевого корпуса 9,
полого стального цилиндра 13 с двумя зубчатыми рейками, зуб-
чато-червячным редуктором 10 с электродвигателем 11 (36 в,
3000 об/мин).
При креплении к станку аппарат должен быть от него изоли-
рован, для чего в комплект штанги входят изолирующая пласти-
на и четыре втулки из текстолита.
Подвеска 3 (см. рис. 158) служит для крепления сварочной
головки к штанге и перемещения ее по горизонтали. Подвеска
состоит из суппорта с ручным винтовым приводом и двух ще-
чек для крепления сварочной головки.
Фигурка 4 служит для укладки бухты электродной проволо-
ки. Она состоит из барабана, оси с кронштейном и прижимного
диска. Вращение барабана на оси свободное, без тормозного
устройства.
Флюсобункер 1 обеспечивает непрерывную подачу флюса в
зону горения дуги, крепится к верхней части штанги. Полость
штанги является дополнительной емкостью флюса. Для сигнали-
зации об опорожнении бункера служат лампочка и окошко в на-
клонной стенке бункера.
Пульт управления. Аппарат комплектуется восьми-
кнопочным пультом управления (рис. 161), который состоит из
блока: пяти кнопок для управления аппаратом, трех кнопок для
управления станком и измерительных приборов — вольтметра
со шкалой от 0 до 80 в и амперметра со шкалой от 0 до 1000 а.
Принципиальная электрическая схема наплавочного аппара-
та и аппаратного ящика для работы, на постоянном и перемен-
ном сварочном токе представлена на рис. 162, а и б.
Схема обеспечивает:
а) подъем и опускание электродной проволоки при вспомо-
гательны!Х операциях (закорачивание сварочной цепи, подъем
электродной проволоки и т. д.);
б) дистанционное включение силового контактора и возбуж-
дение дуги в начале наплавки;
в) подачу электродной проволоки, а также подъем и опуска-
ние головки в процессе наплавки;
Оборудование, применяемое для наплавки
327
г) заварку кратера и дистанционное отключение силового
контактора в конце наплавки;
д) включение и выключение двигателя самохода головки или
вращения валка, входящего в комплект станка.
Работа схемы. Кнопки «ени.з-стоп-1» и «вверх-стоп-2»
при отключенной сварочной цепи выполняют функции «вниз»,
«вверх» и служат для управления двигателем головки ДГ при
Рис. 161. Блок кнопок
пульта управприня ап-
парата А-384
вспомогательных операциях. При этом двигатель головки вра-
щается только в то время, когда кнопка нажата. При включен-
ной сварочной цепи эти кнопки выполняют функции «стоп-1»
и «стоп-2».
Включение головки на сварку производится кнопкой «пуск»:
при нажатии срабатывает промежуточное реле РП-К которое за-
мыкает свои контакты в цепи катушки силового контактора КТ.
Силовой контактор включает сварочный ток. Одновременно с
этим размыкаются нормально-замкнутые и замыкаются нор-
мально-разомкнутые контакты КТ в цепи двигателя головки.
В первый момент, когда кнопка «пуск» еще нажата, двига-
гатель головки вращается в направлении, соответствующем
подъему электродной проволоки. Между последней и изделием
возбуждается дуга. При возвращении кнопки «пуск» в исходное
положение двигатель головки реверсируется, а электродная про-
волока начинает подаваться в зону дуги.
Для окончания наплавки необходимо нажать кнопку
«стоп-1». Подача проволоки прекращается, но дуга горит, за-
Оборудование, применяемое Оля наплавки
329
плавляя кратер. После обрыва дуги следует, не отпуская кноп-
ку «стоп-1», нажать кнопку «стоп-2», отключающую силовой
контактор. Электродная проволока поднимается из расплавлен-
ного шлака до тех пор, пока кнопка «стоп-2» нажата. При дли-
тельных «примерзаниях» электрода или обрывах дуги схема от-
ключается кнопкой «стоп-2».
Для подъема и опускания головки служат кнопки «вверх» и
«вниз» (двигатель вращается только в то время, когда кнопка
нажата).
Рис. 163. График зависимости сварочного тока от скорости
подачи электродной проволоки:
1 — порошковая ПП-ЗХ2В8 диаметром 3,5 мм*. 2 — сплошного сече-
ния Св-18ХГСА диаметром 3 лии
Пульт управления головкой имеет также кнопки «влево»,
«стоп» и «вправо», предназначенные для включения в схему дви-
гателя самохода головки или двигателя вращения шпинделя
станка.
На рис. 163 приведен график примерной зависимости вели-
чины сварочного тока от скорости подачи электродной проволо-
ки марок ПП-ЗХ2В8 (порошковая) диаметром 3,5 мм и
Св-18ХГСА (обычная, сплошного сечения) диаметром 3 мм. Дан-
ные относятся к наплавке постоянным током обратной поляр-
ности.
Напряжение дуги регулируется реостатом преобразователя
или перемещением ярма дросселя сварочного трансформатора.
Специальные приставки к аппарату А-384
Недостатком одноэлектродной наплавки является небольшая
производительность (до 10 кг наплавленного металла в час).
Значительное увеличение производительности может быть до-
стигнуто применением многоэлектродной наплавки, а также на-
плавки электродной лентой. Для этой цели служат приставки к
Рис. 164. Аппарат А-384 со специальными приставками:
наплавки тремя электродными проволоками; б — для наплавки электродной лентой
Оборудование, применяемое для наплавки
331
аппарату А-384: трехэлектродная — кронштейн с тремя фигур-
ками и специальный мундштук (рис. 164, а) и ленточная — ка-
тушка и мундштук (рис. 164, б).
Трехэлектродная приставка крепится на головке А вместо пра-
вильного механизма и мундштука. Подающие ролики приводятся
одновременно. Каждая пара роликов снабжена самостоятельным
эксцентриковым прижимом, так что возможна подача одной, двух
и трех проволок. Расстояние между проволоками может .изменять-
ся перемещением регулировочного винта в пределах от 10 до
18 мм. Зарядка проволоки облегчена наличием ловителей и на-
правляющих трубок. После израсходования мотка остаток про-
волоки по выходе из подающих роликов выталкивается при пода-
че конца нового мотка, так что наплавку можно вести длительно
без перерыва дуги.
Для крепления трех фигурок с проволокой предусмотрены
специальные кронштейны.
Ленточная приставка также рассчитана на крепление вместо
нормального правильного механизма и мундштука на головке
А аппарата А-384.
Приставка обеспечивает надежную подачу ленты толщиной от
0,4 до 1 мм, шириной от 20 до 100 мм. Ширина наплавленного
валика приблизительно равна ширине ленты. Режим наплавки
выбирается в зависимости от размеров применяемой ленты Ско-
рость перемещения аппарата при наплавке ленточным электродом
должна быть в пределах от 4 до 12 м[час.
Наплавочный аппарат А-513
Рассчитанный на длительную непрерывную работу трехэлек-
тродный аппарат А-513 разработан в Институте электросварки
им. Е. О. Патона. Он предназначен для наплавки крупных изде-
лий током до 1200 а.
Общий вид аппарата показан на рис. 165.
Основные технические данные аппарата А-513
Производительность наплавки тремя элект-
родами, кг! час ........................ 10—20
Диаметр электродной проволоки, мм....... 2—4
Скорость подачи проволоки, м!час ....... 30,8—154
Вертикальное перемещение аппарата (ход
штанги), мм ............................... 300
Горизонтальное перемещение аппарата, мм 200
Поворот вертикальной штанги, град....... ±30
Поворот аппарата вокруг вертикальной
оси, град.............................. 360
Вес аппарата, кг ........................ 270
Номинальное напряжение аппаратного
ящика аппарата, в ......................... 220/380
332 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Основным рабочим узлом аппарата является механизм подачи
проволоки 1, к которому крепится мундштук 6.
Проволока подается из катушек, установленных горизонталь-
но. Конструкция мундштуков обеспечивает: подвод сварочного
тока к проволоке, удобную и быструю заправку проволоки, а так-
Рис. 165. Трехэлектродный наплавочный аппарат А-513:
/ — механизм подачи проволоки; 2 — пульт управления; 3 — механизм вертикаль-
ного перемещения; 4 — -штанга вертикальная; 6 — механизм горизонтального
перемещения; 6 — мундштук
же достаточно точное направление ее в зону дуги. Установка и
корректировка положения аппарата относительно наплавляемой
детали осуществляется механизмами вертикального 3 и горизон-
тального 5 перемещения, из которых каждый имеет отдельный
моторный привод.
Флюс подается в зону дуги из бункера, 'который устанавли-
вается на отдельной стойке над аппаратом.
Для наплавки тел вращения аппарат устанавливается на спе-
циальном или приспособленном наплавочном станке, механизмы
которого осуществляют вращение детали и перемещение аппара-
та на заданный шаг наплавки.
При установке на специальной тележке аппарат можно ис-
пользовать для наплавки на плоские поверхности.
Аппарат А-513 комплектуется пультом управления 2. Семь
кнопок служат для управления аппаратом, пять — для управле-
ния станком или тележкой.
Оборудование, применяемое для наплавки
333
Электрическая схема обеспечивает:
а) подачу электродов вверх и вниз при вспомогательных опе-
рациях;
б) подъем и опускание аппарата и его горизонтальное переме-
щение при вспомогательных операциях;
в) дистанционное включение сварочного тока и возбуждение
дуги в начале наплавки;
г) подачу электродной проволоки в процессе наплавки;
д) заварку кратера и дистанционное выключение сварочного
тока в конце наплавки;
е) включение и выключение механизмов самоходной тележки
или станка на маршевом и рабочем ходу;
ж) возможность применения как постоянного, так и перемен-
ного сварочного тока.
Аппарат А-409
Аппарат А-409, разработанный в Институте электросварки
им. Е. О. Патона, предназначенный для наплавки деталей малого
диаметра электродной проволокой диаметром 1,6—2 мм, показан
на рис. 166. Наплавляемая деталь закрепляется на вращателе, в
качестве которого большей частью используется устарелый или
изношенный токарный станок.
Аппарат состоит из следующих основных узлов: сварочной го-
ловки, мундштука, вертикального суппорта, бункера, пульта
управления и кронштейна.
Сварочная головка (главный механизм полуавтомата ПШ-5)
служит для подачи электродной проволоки и состоит из замедля-
ющего редуктора со сменными шестернями, подающего механиз-
ма и электродвигателя мощностью 0,1 кет.
Головка закреплена на вертикальном суппорте и электрически
от него изолирована.
Мундштук служит для направления проволоки и подвода к
ней тока. С помощью корректора мундштук можно устанавливать
в вертикальное или наклонное положение.
Вертикальный суппорт позволяет перемещать головку в вер-
тикальном направлении в пределах 200 мм с помощью маховичка.
Бункер служит для флюса. В зону дуги флюс ссыпается само-
теком по резиновой трубке с наконечником.
Пульт управления имеет пять кнопок и переключатель для
управления процессом наплавки и станком. Управление электри-
ческой схемой аналогично описанному выше для аппарата А-384.
Дополнительный кронштейн входит в комплект аппарата для
крепления к суппорту токарного станка при наплавке деталей
больших размеров (например, натяжных колес трактора С-80).
Оборудование, применяемое для наплавки
335
При наплавке деталей диаметром менее 500 мм кронштейн не
требуется.
К аппарату придается аппаратный ящик, где помешены реле,
контактор, трансформатор и другие детали электрической схемы.
Питание аппаратного ящика осуществляется от сети 220 или 380 в.
Мотор головки и пульт управления питаются напряжением 36 в
от понижающего трансформатора, установленного в аппаратном
ящике.
Аппарат А-580
Аппарат А-580 предназначен для наплавки небольших дета-
лей — коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания, опор-
ных катков и натяжных колес тракторов и др.; его можно исполь-
зовать также для автоматической сварки кольцевых швов. На-
плавка может производиться сплошной или порошковой электрод-
ной проволокой под флюсом.
Для наплавки аппарат устанавливается на суппорте токарного
станка типа 1Д62 или другого типа с высотой центров более
200 мм.
Станок подвергается переделке; чтобы обеспечить опти-
мальные скорости наплавки, в привод вращения шпинделя вво-
дится дополнительный редуктор или передача другого типа. Для
наплавки деталей диаметром от 40 до 700 мм необходимо, чтобы
шпиндель станка делал от 0.25 до 3 об/мин.
Детали, подлежащие наплавке, устанавливаются в центрах
или патроне станка.
При наплавке шатунных шеек коленчатых валов исполь-
зуются центросместители.
Сварочная головка аппарата 8 (главный механизм полуавто-
мата ПШ-54), установленная на кронштейне 4 вместе с флюсо-
бункером 10, кассетой для проволоки 6 и пультом управления 9,
в зависимости от диаметра наплавляемых деталей крепится к
гильзе <3 на разных высотах от суппорта станка.
Электрическая схема аппарата обеспечивает:
а) вращение изделия;
б) подачу электрода вверх и вниз при вспомогательных опе-
рациях;
в) дистанционное включение сварочного тока и возбуждение
дуги в начале наплавки;
г) подачу электродной проволоки в процессе наплавки;
д) заварку кратера и отключение сварочного тока в конце
наплавки.
(шоп uHjjodh'OQ) o^l ~
Рис. 167. Наплавочный аппарат А-580:
(родольный суппорт; 2 — кронштейн поперечного суппорта; 3 — гильза; 4 — кронштейн головки; 5 — корректор;
гассета; 7 — механизм подъема гильзы; 8 — сварочная головка; 9 — пульт управления; 10 — флюсобункер
Оборудование, применяемое для наплавки
337
Общий вид аппарата А-580 показан на рис. 167.
Основные технические данные’аппарата А-580
Диаметр наплавляемых изделий, мм....... 40—650
Производительность наплавки, кг!час.... 0,25—8,0
Сварочный ток, а ...................... 50—450
Диаметр электродной проволоки, мм...... 1—3
Скорость подачи электрода, м!час ....... 49—408
Ход механизма подъема, мм ............. 245
Максимальный угол наклона мундштука,
град. ............................. . 45
2. НАПЛАВОЧНЫЕ АППАРАТЫ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Аппарат А-482
Этот двухдуговой аппарат (рис. 168) предназначен для авто-
матической наплавки гребней бандажей и поверхностей катания
паровозных, вагонных и тендерных колес с целью восстановления
их размеров. Наплавка производится под флюсом двумя после-
довательно идущими дугами.
Основным узлом аппарата является сварочная головка. Глав-
ный механизм головки / обеспечивает подачу двух изолирован-
ных друг от друга электродных проволок через гибкие шланги 3
и мундштуки 5. Необходимая скорость подачи устанавливается
для каждой проволоки отдельно.
Конструкция мундштуков обеспечивает подвод сварочного то-
ка к проволоке и точное ее направление в зону дуги.
В аппарате предусмотрены два червячных корректора, из ко-
торых один (8) осуществляет смещение одного мундштука относи-
тельно другого, а второй (7) — их совместное поперечное переме-
щение. Мундштуки перемещаются на шаг наплавки за один обо-
рот аппарата вокруг колеса вручную суппортами горизонтальной
(9) и вертикальной (6) настройки.
Для наплавки колесная пара неподвижно устанавливается в
вертикальное положение. Центр поводка 2 устанавливается в цен-
тровое отверстие колеса. Сварочная головка, связанная с повод-
ком штангой 14, обкатывается по торцу бандажа на двух бегун-
ках, из которых один (4) —холостой, а другой (10) приводится
во вращение двигателем главного механизма. Поворотом махо-
вичка 11 можно отключить моторный привод и перекатывать
аппарат по бандажу вручную.
Пульт управления аппаратом 17 крепится на флюсобунке-
ре 13.
Электрическая схема обеспечивает:
а) подачу электродной проволоки вверх и вниз, а также пере-
движение аппарата при вспомогательных операциях;
22 Зак. 390
ш
Рис. 168. Наплавочный аппарат А -482:
/—главный механизм; 2 — центр поводка; 3 — гибкие шланги; 4 — холостой бегунок; 5 — мундштуки; 6 — суппорт
вертикальной настройки; 7 — корректор поперечного перемещения двух мундштуков; 8 — корректор одного мундштука;
9 — суппорт горизонтальной настройки; 10 — приводной ролик; // — маховичок приводного ролика; /2 —штурвал по-
водка; 13 — флюсобункер; // — штанга; /о — хомут штанги; 16 — флюсопроводный шланг; /7 — пульт управления
340 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
б) дистанционное включение сварочного тока и возбуждение
дуги в начале наплавки;
в) подачу проволоки и перемещение аппарата в процессе на-
плавки;
г) заварку кратеров, выключение сварочного тока и двигателя
в кснце наплавки.
Основные технические данные аппарата А-482
Диаметр наплавляемых бандажей, мм . .760—2000
Производительность наплавки, кг/час . . 5—10
Сварочный ток на каждой дуге, а ... 150—400
Диаметр электродной проволоки, мм ...... 1,6—2
Скорость подачи проволоки,м/час . . 96—324
Скорость наплавки, м/час........ .18,8—68
Расстояние между электродами, мм . 40—60
Величина поперечного смещения первого элект-
рода относительного второго, мм............... ±10
Величина поперечного перемещения электродов,
мм . ... . ±30
Ход суппорта горизонтальной настройки, мм . . 80
Ход суппорта вертикальной настрочки, мм 170
Аппарат А-578
Разработанный в институте электросварки им. Е. О. Патона
аппарат А-578 (рис. 169) представляет собой комплектный агре-
гат для электрошлаковой наплавки электродом большого сечения,
'Предназначенный для торцовой электрошлаковой наплавки кер-
нов клещевых кранов, центров токарных станков, пуансонов и
других деталей с изнашивающейся торцовой поверхностью.
Наплавляемая заготовка вертикально устанавливается в за-
.жимном приспособлении 6.
Наплавка происходит в полости, образованной заготовкой и
стенками охлаждаемого водой медного разъемного кокиля 4, кон
струкция которого зависит от формы и размеров наплавляемой
заготовки. В качестве электродов используются стальные прутки
диаметром 14—20 .ши. Пруток зажимается в электрододержате-
ле 1 и по мере расплавления подается в шлаковую ванну подаю-
щим механизмом 3; скорость подачи изменяется с помощью
сменных шестерен.
Положение электрода в продольном и поперечном направле
ниях регулируется червячными корректорами электрододержате-
ля, в пределах ±30 мм.
Аппарат смонтирован на небольшой сварной станине 5, внутри
которой размещена электросхема (аппаратный ящик).
Питание сварочным током производится от источника с круто
падающей внешней характеристикой, например трансформатора
ТСД-1000-3.
Оборудование, применяемое для наплавки
341
Электрическая схема обеспечивает:
а) вертикальное маршевое перемещение электрода при вспо-
могательных операциях;
б) включение сварочного тока, подачу электрода вниз с авто-
матическим поддержанием постоянного напряжения при наплав-
Рис. 169. Аппарат А-578 для электрошлаковой наплавки:
1 — электродвигатель; 2 — пульт управления; 3 — подающий механизм,
4 — разъемный кокиль; 5 — станина
ке, а также автоматическое выключение после расплавления
участка электрода заданной длины;
в) автоматическое выключение подачи электрода в крайнем
верхнем и нижнем положении суппорта.
Основные технические данные аппарата А-578
Время наплавки одного керна диаметром
60—80 мм, сек...................... .... 60—90
Сварочный ток, а ....................... 600—1200
Диаметр электрода» лш .................. 14—20
Маршевая скорость подачи электрода, м!час 2,4—26,0
Рабочая скорость подачи электрода, м]час 0,8—8,0
Вертикальный ход электрододержателя, мм 550
Габариты аппарата, мм..................... 830x640x1800
Вес аппарата , кг ............................ 450
342 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
3. НАПЛАВОЧНЫЕ УСТАНОВКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
В начальном периоде освоения наплавки цилиндрических де-
талей на большинстве предприятий применялись упрощенные
наплавочные установки, для которых использовались устарелые
или изношенные металлорежущие станки.
Чтобы приспособить станок для наплавки, в привод враще-
ния шпинделя вводят дополнительные передачи с таким расче-
том, чтобы можно было получить окружные скорости наплав-
ляемой поверхности в пределах от 20 до 50 м/час. Наиболее
легко это достигается установкой редуктора между электродви-
гателем и первым валом привода станка.
Иногда нужны некоторые изменения в приводе самохода
суппорта — шаг наплавки должен быть в пределах от 3 до 10 мм
на оборот шпинделя.
Если на станке будут наплавляться детали значительной дли-
ны (1,5—2 м), необходимо переделать шпиндель задней бабки.
Центр ее должен быть упругим для того, чтобы компенсирова-
лось тепловое удлинение наплавляемой детали, без чего возмож-
ны поломки деталей станка.
Наплавочный аппарат устанавливается на суппорте станка
на специальной колонке, чаще всего круглой, аналогично пока-
занной на рис. 166.
Более удобны специально построенные станки и установки,
в которых учтены особенности техники наплавки на детали раз-
личной формы. Установки такого типа изготовляются комплект-
но с электроаппаратурой управления Кадиевским литейно-ме-
ханическим заводом; им присвоены обозначения: БМ и ВМ (до
1960 г. установки выпускались с обозначением Б и В).
Наплавочная установка типа БМ
Разработанная институтом ВНИИОЧЕРМЕТ установка БМ
предназначена для наплавки различных деталей оборудования:
валков листопрокатных станов, сортопрокатных валков с неглу-
бокими калибрами, крановых колес, роликов рольгангов, конус-
ных деталей, плоскостей и др. Общий вид установки показан на
рис. 170.
Узлы и механизмы установки:
1. Манипулятор /, предназначенный для установки и
вращения деталей на планшайбе под углом от 0 до 120°, а также
для установки и вращения деталей в центрах.
Манипулятор имеет два привода: вращения и наклона шпин-
деля с планшайбой. Вращение шпинделя осуществляется от
электродвигателя через редуктор со сменными шестернями.
Оборудование, применяемое для наплавки
343
Управление вращением шпинделя производится тремя кноп-
ками: «пуск-вперед», «пуск-назад» и «стоп».
Привод наклона планшайбы осуществляется от электродви-
гателя через редуктор.
Для управления приводом наклона служат кнопки «влево» и
«вправо». При включении этих кнопок включается электродви-
гатель и наклон осуществляется до тех пор, пока нажата соот-
ветствующая кнопка.
2. Тележка 2, предназначенная для установки наплавоч-
ного аппарата и перемещения его вдоль наплавляемой детали
и по вертикали.
Тележка имеет приводы: а) вертикального перемещения;
б) продольного перемещения.
Вертикальное перемещение наплавочного аппарата осу-
ществляется с двумя диапазонами скоростей: рабочее 1,0—
19,0 мм/мин-, маршевое 0,41 м!мин.
При рабочем перемещении электродвигатель включается от
механо-электрического датчика импульсов различной длитель-
ности, что обеспечивает изменение шага вертикального подъ-
ема.
Включение импульсов начинается после нажатия кнопки
«пуск-вверх» или «пуск-вниз».
Маршевая скорость вертикального перемещения включается
кнопками «вверх» и «вниз».
Для ограничения хода установлены конечные выключатели.
Продольное рабочее перемещение тележки производится с
двумя диапазонами рабочих скоростей: а) для ндплавки тел
вращения 0,9—13,5 мм/мин-, б) для наплавки плоских тел 5,4—
84 м/час.
Маршевое перемещение тележки с наплавочным аппаратом
осуществляется со скоростью 1 м)м.ин.
3. Задняя бабка 3 с пружинным центром предназначе-
на для установки в центрах валков и других деталей тел враще-
ния, имеющих зацентровку.
Задняя бабка имеет электрический привод для перемещения
и ручной для выдвижения пиноли.
4. Станина 4 под манипулятор и заднюю бабку — свар-
ной конструкции, устанавливается на фундаменте. На станине
монтируется манипулятор, закрепляемый болтами.
5. Рама 5 под тележку, сварной конструкции, монтируется
на фундаменте.
6. На установке БМ применяется наплавочный аппа-
рат А-384 (6) с одноэлектродным мундштуком либо с трех-
электродной или ленточной приставкой.
7. Аппаратный ящик, в котором размещена вся элект-
роаппаратура цепей управления наплавочным аппаратом.
По стрелке А
Рис. 170. Общий вид наплавочной установки ти-
па БМ и типа ВМ:
1 — манипулятор; 2 — тележка, 3 — задняя бабка; 4 — ста-
нина; 5 — рама под тележку; 6 — наплавочный аппарат
А-384 ; 7— стол для наплавки плоских деталей; 8 — под-
вижная плита стола. Размеры в скобках—для установки
ВМ, без скобок — для установки БМ
(~/066)
346 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
8. Стол 8 с подвижной верхней плитой для наплавки пло-
ских деталей.
Основные технические данные установки типа БМ
Диаметр планшайбы, мм ............. 1200
Размеры наплавляемых деталей,, мм:
максимальный диаметр ................. 2000
максимальная длина . . 4500
плоских деталей ................... 750X1500
Максимальный вес наплавляемых деталей, т:
при установке на планшайбе .............. 4
при установке в центрах ................ 10
плоских деталей при установке на столе 1,0
Скорость вращения шпинделя, об/мин .... 0,1—0,75
Скорость наклона шпинделя, град/мин .... 14
Скорость перемещения тележки на шаг
наплавки, мм!мин . . .................. 0,9—13,5
Скорость наплавки плоских деталей, м/час 5,4—84,4
Маршевая скорость перемещения тележки,
м)мин.................................. 1
Скорость подъема наплавочного аппарата,
мм[мин:
рабочая .... 1,0—13,0
маршевая .................... ..... 410
Стол устанавливается на станину только на время наплавки
плоских деталей.
Наплавочная установка типа ВМ
Конструкция установки ВМ аналогична описанной выше.
Габаритные размеры ее показаны на рис. 170. Предназначена
она для наплавки таких же деталей, как и установка БМ, но
меньшего размера и веса.
Основные технические данные установки ВМ
Диаметр планшайбы, мм ...................... 600
Размеры наплавляемых деталей, мм:
максимальный диаметр ................. 1000
максимальная длина .................... 3000
плоских деталей ................... 750X1500
Максимальный вес наплавляемых деталей,, т:
при установке на планшайбе ............ 1,0
при установке в центрах ............... 4,0
плоских деталей при установке на столе 1,0
Скорость вращения шпинделя, об/мин .... 0,1—0,8
Скорость наклона шпинделя, град/мин .... 42
Остальные данные такие же, как и на установке ггипа БМ.
Унификация в установках БМ. и ВМ и возможность исполь-
зования отдельных узлов предусмотрены в максимальном объ-
еме.
Оборудование, применяемое для наплавки
347
На установках обоих типов применяется одинаковая тележ-
ка с наплавочным аппаратом; рама под тележку отличается
только высотой колонн. Это позволяет заменять тележки, сни-
маемые для ремонта, если на предприятии имеется несколько
установок разных типов.
В некоторых случаях могут использоваться не комплектные
установки, а только их отдельные механизмы, например: тележ-
ка с приспособленным токарным станком; манипулятор с ап-
паратом АБС или другого типа; манипулятор и тележка, но без
станины и задней бабки, и т. п.
4. ВАЛЬЦЕНАПЛАВОЧНЫЕ СТАНКИ
Наиболее сложными поверхностями, наплавляемыми изно-
состойкой сталью, отличаются калибры сортопрокатных валков.
На одном валке, а иногда и в одном калибре, сопрягаются ци-
линдрические, конические, плоскокольцевые и криволинейные
поверхности.
В институте электросварки им. Е. О. Патона был построен
первый станок, удовлетворительно обеспечивающий выполнение
основных технологических требований при наплавке калибров
валков непрерывного трубопрокатного стана (см. рис. 171). Он
послужил прототипом ряда вальценаплавочных агрегатов для
сортопрокатных валков весом от 0,3 до 8 т, а также валков пи-
лигримовых трубопрокатный станов (см. рис. 138 и 182).
Успешные испытания и производственное применение наплав-
ленных валков — наиболее быстроизнашивающихся деталей в
металлургическом оборудовании — оказали решающее влияние
на темпы распространения автоматической износостойкой на-
плавки на заводах черной металлургии для широкого ассорти-
мента деталей.
Вальценаплавочный станок Р-691
Характерным примером вальценаплавочного станка может
служить станок Р-691, построенный металлургическим заводом
им. Петровского по проекту Института электросварки им.
Е. О. Патона. Станок предназначен для наплавки валков сор
топрокатных станов диаметром от 300 до 700 мм, общей длиной
до 2500 мм, весом до 4 т.
Общий вид станка показан на рис. 171.
Станок состоит из станины 1, закрепляемой на фундаменте;
в подшипниках станины уложен главный шпиндель 2, который
может поворачиваться приводом 3 на 70° в обе стороны. Ско-
рость поворота шпинделя регулируется при помощи гидравли-
ческого бесступенчатого редуктора 4. На конце шпинделя за-
348 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
згоо
Рис. 171. Общий вид вальценаплавочного
1— станина; 2— главный шпиндель; 3 — привод главного шпинделя; 4 — бесступенчатый
вертикального суппорта; 8 — горизонтальная траверса; 9 — привод продольного перемеще-
на — индуктор; 14 — гидроредуктор механизма вращения валка; 15 — наплавочный аппа-
ния колонки; 19 — привод перемещения
Оборудование, применяемое для наплавки
349
станка Р-691 (завод им. Петровского):
редуктор привода 3; 5 — вертикальная траверса; 6 — вертикальный суппорт; 7—привод
ния траверсы; 10 — передняя бабка; // — механизм вращения валка; 12 — задняя бабка;
рат; 16—консоль наплавочного аппарата; /7—колонка; 18—направляющие перемеще-
колонки; 20 — гидроредуктор
350 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
креплена вертикальная траверса 5, по направляющим которой
перемещается вертикальный суппорт 6. Перемещение суппорта
осуществляется приводом 7. Это движение суппорта является
установочным и служит для совмещения центров радиусов на-
плавляемых калибров с осью шпинделя 2.
По направляющим суппорта 6 движется горизонтальная тра-
верса 8 с приводом продольного перемещения 9. На траверсе 3
установлены: передняя бабка 10 с механизмом вращения вал-
ка 11, задняя бабка 12 и индуктор для нагрева валков 13. Изме-
нение скорости вращения валка обеспечивается гидроредукто-
ром 14.
Наплавочный аппарат 15 (типа А-384) установлен на консо-
ли 16, монтируемой на колонке 17. Колонка закреплена на суп-
порте, перемещающемся по направляющим 18. Привод 19 пере-
движения консоли с наплавочным аппаратом имеет два электро-
двигателя— для маршевого и рабочего движения. Изменение
рабочей скорости обеспечивается гидроредуктором 20.
На станке Р-691 можно наплавлять все типы калибров про-
катных валков (кроме узких врезных для двутавровых балок).
Чтобы обеспечить минимальный припуск на обработку и вы-
сокое качество наплавки, наплавляемый участок рабочей по-
верхности валка располагают горизонтально или под углом не
более 30° к горизонтальной плоскости. При наплавке конических
поверхностей (например, ромбических или квадратных калиб-
ров валков сортопрокатных станов) ось вращения валка накло-
няется так, чтобы образующая конуса была расположена гори-
зонтально.
При наплавке плоских кольцевых поверхностей (например,
стенок ящичного калибра) ось валка наклоняется под углом
60—70° к горизонту. При наплавке калибров для круглого про-
филя валок, установленный в центрах передней и задней бабки
постепенно наклоняется вокруг оси главного шпинделя, совме
щепной с центром кривизны калибра. Это совмещение выполня-
ется механизмами вертикального и горизонтального перемеще-
ния траверсы. Постепенный наклон валка обеспечивает его пе-
ремещение на шаг наплавки за один оборот.
При наплавке прямоугольных участков профиля ручья пере-
мещение на шаг наплавки осуществляется механизмом горизон-
тального перемещения головки. Валок подогревают при помощи
кольцевого индуктора током промышленной частоты. Индуктор
смонтирован на тележке и может быть установлен на любом
участке бочки валка. Тепловое удлинение валка компенсирует-
ся пружинным центром задней бабки.
Наплавочный аппарат смонтирован на поворотном крон-
штейне. При установке валка на станок и съеме его кронштейн
с аппаратом отводится в сторону.
Оборудование, применяемое для наплавки
351
Вальценаплавочный станок КЖ-34
По техническому проекту института электросварки им.
Е. О. Патона Краматорский завод тяжелого станкостроения
разработал чертежи и освоил серийный выпуск вальцепаплавоч-
пых станков. Станок КЖ-34 предназначен для автоматической
наплавки валков сортопрокатных станов, с диаметром бочки от
250 до 850 мм, длиной бочки до 2400 мм и общей длиной валка
от 1200 до 4000 мм, весом до 8 т.
Габаритные размеры станка показаны на рис. 172. Конст-
рукция станка КЖ-34 в основном сходна с рассмотренным выше
станком Р-691.
Основные узлы станка следующие.
Опорная станина из массивной отливки, в верхней части ко-
торой проходит вал диаметром 400 мм (шпиндель). На обоих
концах шпинделя насажены с одной стороны вертикальная тра-
верса, с другой — зубчатое колесо, обеспечивающее поворот
вертикальной траверсы. На верхней плите тумбы установлены
редуктор поворота траверсы с мотором и постель наплавочного
аппарата.
Вертикальная траверса состоит из корпуса траверсы и кор-
пуса суппорта, который может перемещаться вверх и вниз для
совмещения центра кривизны калибра с осью шпинделя, а так-
же при установке под наплавку валков различного диаметра.
Горизонтальная траверса представляет собой сварную кон-
струкцию коробчатого типа. По верхним направляющим гори-
зонтальной траверсы перемещаются передняя и задняя бабки,
а также каретка индуктора. Нижние направляющие позволяют
траверсе перемещаться в горизонтальной плоскости относитель-
но корпуса суппорта вертикальной траверсы. Па лицевой сто-
роне горизонтальной траверсы имеются направляющие, по кото-
рым перемещается коркосниматель.
Передняя бабка установлена на горизонтальной траверсе, по
которой она может перемещаться одновременно с задней баб-
кой. Вращение к шпинделю передней бабки подходит через ко-
робку скоростей от электродвигателя постоянного тока. Регу-
лировка числа оборотов бесступенчатая, по показаниям тахо-
метра, расположенного на пульте. Для всего диапазона диамет-
ров валков обеспечены скорости наплавки от 20 до 50 м!час. На
переднем конце шпинделя имеется поводок для передачи враще-
ния валку, а на заднем его конце установлен электромеханиче-
ский датчик, дающий импульс на продольную подачу наплавоч-
ного аппарата или на поворот траверсы (при наплавке круговых
ручьев).
Задняя бабка оснащена вращающимся центром и снабжена
- бОООнанс.-
23 Зак. 390
5500макс
Рис. 172. Общий вид вальценапла-
вочного станка КЖ-34 (КЗТС):
/ — станина; 2 — главный шпиндель; 3 —
вертикальная траверса; 4 — горизонталь-
ная траверса; 5 — передняя бабка; 6 —
задняя бабка; 7 — индуктор; 8 — на-
плавочный аппарат; 9 — коркосниматель
354 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
тарельчатыми пружинами для компенсации расширения валка
при нагреве.
Наплавочный аппарат (А-384) крепится на консоли, которая
движется по постели. Аппарат перемещается на шаг наплавки
периодически, при каждом обороте валка, путем включения
электромуфты. Рабочее перемещение происходит автоматически,
маршевое — при нажатии соответствующей кнопки на пульте
управления.
Коркосниматель служит для механизированного удаления
шлаковой корки. Он представляет собой подпружиненный резец
с пластинкой из твердого сплава, установленный на специаль-
ном суппорте. Суппорт коркоснимателя снабжен ручными при-
водами для продольного и поперечного перемещения, а также
для поворота вокруг вертикальной оси; эти приводы позволяют
легко и быстро подвести резец коркоснимателя к любой точке
наплавляемого калибра.
Индуктор установлен на отдельной каретке с электроприво-
дом, перемещение его производится нажатием соответствующей
кнопки на пульте.
Станок КЖ-34 поставляется комплектно с аппаратными шка-
фами и сварочным преобразователем.
Основные технические данные станка КЖ-34
Высота центров, мм .................... 750
Расстояние между центрами, мм:
наибольшее.............................. 4200
наименьшее ......................... 1100
Пределы регулирования числа оборотов
шпинделя передней бабки, об/мин......... 0,135—1,35
Сварочный ток, а ....................... 200—1200
Скорость установочного перемещения ба-
бок, мм[мин ............................ 1000
Скорость перемещения наплавочного аппа-
рата, мм!мин:
рабочая ................................ 50
маршевая ........................... 500
Перемещение суппорта на вертикальной
траверсе, мм ........................... 385
Максимальный угол наклона траверсы, град. ±70
Скорость наклона траверсы, град/мин:
рабочая................................... 23
маршевая ............................... 45
Скорость подъема траверсы, мм!мин ...... 200
Оборудование, применяемое для наплавки
35S
Скорость горизонтального перемещения
траверсы» mmJmuh ............................. 200
Общий вес станка, т............................ 34
Вальценаплавочный станок КЖ-35
Станок КЖ-35 выпускается Краматорским заводом тяжелого
станкостроения по техническому проекту института ВНИИО-
ЧЕРМЕТ. Он предназначен для наплавки валков блюмингов и
других станов, диаметром до 1200 мм, весом до 30 т.
По своей конструкции станок КЖ-35 резко отличается от
рассмотренных вальценаплавочных станков. Здесь применен
предложенный В. К. Петриченко наклон валка вокруг неподвиж-
ной оси с одновременным перемещением наплавочного аппара-
та. Габаритные размеры станка показаны на рис. 173.
Несущим узлом станка является качающаяся рама, подве-
шенная на станине. На раме смонтированы подвижные перед-
няя и задняя траверсы (бабки), в центрах которых устанавли-
вается валок. При наплавке некалиброванных валков траверсы
располагаются горизонтально; при наплавке прямолинейных
участков калибров, расположенных под углом к оси валка, ра-
ма с валком наклоняется на такой же угол; при наплавке кру-
говых калибров валок непрерывно наклоняется. Таким образом,
во всех случаях каждый участок поверхности калибра валка
наплавляется в горизонтальном или близком к нему положении.
При наплавке круговых калибров валок, постепенно накло-
няясь, обеспечивает смещение наплавленного валика на шаг на-
плавки за один оборот; при наплавке цилиндрических и кониче-
ских участков поверхности валка перемещение осуществляется
механизмами вертикального или горизонтального передвижения
наплавочного аппарата. Вращение валка со скоростью наплав-
ки обеспечивается механизмом вращения шпинделя передней
траверсы.
Индуктор для подогрева валков устанавливается на каретке
с моторным приводом и может перемещаться вдоль валка. Для
компенсации теплового удлинения центр шпинделя задней тра-
версы делается пружинящим.
При наклоне рамы станка наплавочный аппарат удерживает-
ся в строго вертикальном положении шарнирным механизмом
типа пантографа.
В комплект станка входит площадка для рабочего наплав-
щика. Площадка перемещается вертикально специальным при-
водом, что создает удобство работы наплавщика.
23*
Рис. 173. Общий вид вальценаплавочного станка
КЖ-35 (КЗТС):
/ — основная рама (наклоняющаяся); 2 — опорные стой-
ки; 3—привод наклона рамы; 4 — передняя бабка;
5 — задняя бабка; 6 — постель каретки наплавочного
аппарата; 7 — каретка наплавочного аппарата; 8 — напла-
вочный аппарат; 9 —пантограф, удерживающий аппарат
в вертикальном положении
358 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Основные технические данные станка КЖ-35
Размеры наплавляемых валков, мм-.
диаметр ................................ 750—1200
длина бочки.......................... 1200—2800
Вес валков, т ........................... 10—30
Сварочный ток, а ........................ 200—1200
Скорость вращения, м/час ................ 17—60
Скорость передвижения наплавочного ап-
парата вдоль валка:
рабочая, mmImuh .................... 0,9—13,5
маршевая,, м!мин .................... 1
Скорость вертикального перемещения на-
плавочного аппарата:
рабочая, mmImuh .................... 1—13
маршевая, м/мин .................... 0,41
Скорость наклона рамы, град/мин:
рабочая ................................ 0,305—2,75
маршевая ......................... 55
Максимальный угол наклона рамы........... ±60®
5. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ СВАРОЧНЫМ ТОКОМ
Сварочные преобразователи
Питание наплавочных аппаратов сварочным током лучше про-
изводить от источников постоянного тока. Электропромышлен-
ностью изготовляется несколько типов сварочных преобразова-
телей. Для наплавочных работ пригодны преобразователи
ПС-300-М, ПС-500 и ПС-1000, а в отдельных случаях —
ПСМ-1000.
Характеристики преобразователей ПС-300-М, ПС-500,
ПС-1000 и ПСМ-1000 приведены в табл. 74 (по данным описаний
и инструкций, изданных ЦБТИ МЭП и информационных мате-
риалов заводов-изготовителей). Габаритные размеры преобра-
зователей показаны на рис. 174, а, б, в.
Преобразователи ПС-300М и ПС-500 можно применять для
наплавочных установок по одному или по два, включенными па-
раллельно, в зависимости от применяемого режима наплавки.
Для большей устойчивости при включении преобразователей
на параллельную работу обмотки параллельно регулируемого
возбуждения одного генератора питают напряжением возбуж-
дения второго генератора по схеме рис. 175.
Перед включением генераторов на параллельную работу не-
обходимо проверить совпадение напряжений холостого хода при
одинаковых положениях реостатов обоих генераторов и соответ-
ственно отрегулировать положение траверс (в преобразователях
ПСО-ЗОО). Во время работы регулировочные реостаты должны
Рис. 174. Габаритные размеры сварочных преобразователей:
ПСО ЗОО; б—ПС-500; s-ПС-ЮОО и ПСМ-1000 (для П СМ-1000-размеры в скобках)
1155 (1460)------------------------------н г--------------------865
Рис. 174в
362 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Оборудование, применяемое для наплавки
363
Характеристики преобразователей, применяемых для наплавочных установок
о О о £ генератор СГ-1000 %00IedU ndu О to О co i 11 ill
О С i-v-gz етгя qiro-LEJnatf Ю 220/380 248/143 1470 О ю 0,89 1 1700
« => 7oS9=dLI Hdu 1 up 1000 i 1 1 1 1
IC-1000 си —- ж • ФО %00I=dU Hdu 1 LO 008 1 1 1 1 1
1-1 7.00 I=dU Hdu Ю Ю 380/220 102/177 1460 S 1 1 1600
)ЗТОр 500 %S9=dU Hdu 8 g 500 1 1 : 1 1
-500 ф Uh t- 7.00 I =di r Hdu CO g 400 1 1 I 1 1
О Е 7.00 l=dU Hdu f’/ZZ’V 4iraxEJHfltf OO CM 220/380 92/53 1450 S 0,88 1 1
Ч1ГЭ J.E0OEB dpoadu 1 1 1 1 1 1 0,55 096
генератор ГСО-ЗОО %S9=dU Hdu CD 8 300 1 1 1 1
о о %00l=dII Hdu lQ 8 250 1 1 1 1 1
псо-г %00I=dU Hdu fr/gg-y qirdXEJMHtf 220/380 47,5/27,5 1450 S 0,88 1 1
qiraxeaoEEdgoadu | 1 1 1 1 0,57 О
Наименование Мощность, кет . . . Напряжение, e ... Сила тока, a . . . . Скорость вращения об/мин Частота, пер/сек . . Коэффициент мощ- ности К- п. д. при ПР=65% Вес машины, кг . . .
устанавливаться на обоих генераторах в одинаковом положе-
нии.
При работе преобразователей с автоматическими сварочными
и наплавочными аппаратами ток, отдаваемый генератором, оп-
ределяется скоростью подачи и сечением проволоки. Положени-
ем реостата генератора в этом случае определяется напряже-
Рис. 175. Схема включения сварочных преобра-
зователей на параллельную работу
ние дуги, а градуировка шкалы реостатов (в амперах) не дол-
жна приниматься во внимание. Напряжение и ток должны кон-
тролироваться по приборам, имеющимся на наплавочных аппа-
ратах.
Сварочные трансформаторы
При наплавочных работах можно использовать переменный
ток от сварочных трансформаторов. Устойчивый процесс наплав-
ки при использовании переменного тока обеспечивается при то-
ке, превышающем 400 а. Наплавку с током в пределах 400—
800 а можно производить только на крупные детали с неслож-
ной конфигурацией поверхности. Рекомендуется применять пи-
тание переменным током при наплавке обычной (не порошко-
вой) проволокой.
Для питания наплавочных аппаратов лучше использовать
сварочный трансформатор ТСД-1000-3; менее пригоден транс-
форматор СНТ-700, который имеет низкое напряжение хо-
лостого хода. Характеристики трансформаторов приведены в
табл. 75; габаритные размеры их — на рис. 176, а и в; электри-
ческие схемы — на рис. 176, биг.
о----------------------J С--------------------- 8!S —-------------------
/ЪО
Рис. 176. Габаритные размеры и схемы соединений сварочных трансформаторов:
а — габариты трансформатора ТСД-1000-3; б — схема соединений обмоток трансформатора ТСД-1000-3; / — первичная обмотка;
2 — вторичная обмотка; 3 — реактивная обмотка: А — положение перемычки для получения напряжения холостого хода 69 в; Б — то
же, для 78 в; в — габариты трансформатора СТН-700; г — схема соединений пбмотпк трансформатора СТН-700: /—первичная обмот-
ка; 2 —вторичная обмотка; 3 — реактивная обмотка
366 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Таблица 7S
Характеристики сварочных трансформаторов
Наименование Т рансформаторы
ТСД-1000-3 СТН-700
Первичное напряжение, в 220 или 380 220 или 380
Вторичное напряжение холостого хо- да, в 69 и 78 60
Вторичное напряжение рабочее, в . . 30 при 400 а 35
Сварочный ток, а: при ПР — 100% 46 при 1200 а 700 540
при ПР = 60% 1000 700
Мощность номинальная полезная, кет Мощность номинальная потребляе- мая, кет 42 24,5
Около 76 43,5
К п. д 0,9 0,85
Коэффициент мощности 0,62 0,66
Номинальный первичный ток, а: при 200 в 345 198
при 380 в 200 114
Вес трансформатора, кг 600 380
6. ИНДУКТОРЫ ДЛЯ НАГРЕВА ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕД НАПЛАВКОЙ
Индукторы для нагрева прокатных валков предприятия до
сих пор изготовляли своими силами. Начиная с 1960 г., индук-
торы пяти типо-размеров выпускаются серийно предприятиями
Сталинского административного экономического района.
На рис. 177 показан индуктор типа, испытанного на многих
металлургических заводах и принятого для серийного выпуска.
Индуктор, предназначенный для нагрева валков диаметром
1000—1200 мм, состоит из катушки 1, которая охватывается
магнитопроводами 2, соединенными между собой алюминие-
выми литыми кронштейнами 4. Каждый магнитопровод име-
ет по концам выдвижные башмаки 3, служащие для ре-
гулировки воздушного зазора между нагреваемым валком и маг-
нитопроводами. Катушка, сделанная из 46 витков медной трубки
диаметром 10 мм, состоит из четырех секций; оба конца каж-
дой секции выведены на клеммную доску 5.
Медная трубка, служащая токопроводом, охлаждается во-
дой. Для изоляции витков друг от друга трубка обернута слоем
прессшпана и слоем киперной ленты или стеклоленты. Катушка
индуктора, обернутая асбестовой лентой или стеклолентой, со-
стоит из двух групп витков по две секции в каждой. Каждая
группа является двухслойной катушкой по 25 витков в слое.
368 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Секционирование катушки индуктора позволяет переключать
рекции по различным схемам (рис. 178).
Питание индуктора осуществляется напряжением 220 в от
одной фазы (фаза и нуль) или от двух фаз (фаза и фаза), но
обязательно от системы, имеющей выведенный или заземленный
нулевой провод. Последний должен иметь сечение, равное сече-
нию фазового провода, так как .происходит значительный пере-
ПоследоВатепьное
38 Витков
Последовательное
500иткоВ
Рис. 178. Схема возможных переключений в катушке индуктора
кос фаз и через нулевой провод необходимо пропустить боль-
шой ток. Питание индукторов током более высокого напряжения
(380, 500 в) не рекомендуется по условиям безопасности.
Методика расчета индукторов, питаемых токами промышлен-
ной частоты, разработана, но фактические показатели работы
индукторов иногда значительно отличаются от расчетных.
Данные об индукторах, применяемых на многих предприятиях
и освоенных в серийном производстве, приведены в табл. 76.
Для удобства перемещения вдоль наплавляемого изделия
индукторы устанавливают на специальных тележках, являющих-
ся принадлежностью станка или нагревательного стенда.
Оборудование, применяемое для наплавки
3(>Ч
Т и б л и и и 7Ъ
Габаритные размеры индукторов серийного произподстиа
Коли-
чество
витков
Количество
магнитопро-
водов
Диаметры пт рг-
васмых дети л г. Л
мм
1 460 605 770 750 455 50 4 250—400
2 683 715 970 750 570 50 4 450—630
3 860 815 1190 750 665 50 6 650—820
4 1(60 915 1390 750 755 46 6 820—1000
5 1260 1015 1590 750 855 46 8 1000—1200
При нагреве валков индукторами необходимо соблюдать сле-
дующие основные правила:
не включать индуктор до тех пор, пока не включена охлаж-
дающая вода и не обеспечена подача ее под достаточным напо-
ром;
все время, пока индуктор находится на нагретой детали, во-
ду не выключать (даже в тех случаях, когда ток выключен);
следить за тем, чтобы охлаждающая вода не нагревалась вы-
ше 40°; при нагреве выше этой температуры увеличить подачу
воды;
перед включением индуктора проверять состояние контактов
и подводящих кабелей;
периодически перекатывать индуктор вдоль валка (детали)
для обеспечения равномерного прогрева. Слишком быстрый на-
24 Зак. 390
370 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
грев отдельных мест до 350—400° при холодных соседних уча-
стках может вызвать трещины или внутренние напряжения, ве-
дущие к поломке детали во время работы.
Во многих случаях нагрев крупных прокатных валков ведет-
ся одновременно тремя индукторами, которые включаются по
схеме на звезду с обязательным выводом нулевого провода к пи-
тающему трансформатору.
Глава XIII
ОПЫТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
МЕХАНИЗИРОВАННОЙ НАПЛАВКИ
1. НАПЛАВКА СТАЛЬНЫХ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
Замена (перевалка) износившихся валков вызывает простои
прокатных станов; много времени теряется также на настройку
стана после каждой перевалки. Изношенные валки обтачивают
с уменьшением диаметра и устанавливают повторно до тех пор,
пока диаметр не уменьшается примерно до 90% первоначаль-
ной величины, после чего валки идут в лом. Уменьшение диа-
метра валков при переточках снижает их окружную скорость и,
следовательно, скорость прокатки, в результате чего падает про-
изводительность станов. Огромное количество металла, труда и
средств расходуется ежегодно на производство новых валков и
переточку их в процессе работы.
Сохранить постоянно максимальный диаметр валков можно
применением автоматической наплавки их поверхности.
Автоматическая износостойкая наплавка прокатных валков
в ее современном виде была разработана в 1950—1952 гг. Поло-
жительные результаты -производственных испытаний наплавлен-
ных валков (12-кратная стойкость по сравнению с валками из
стали 55) были получены на Днепропетровском трубопрокатном
заводе им. Ленина в июпе 1952 г.; с октября 1952 г. семиклете-
вой непрерывный стан был переведен полностью на наплавлен-
ные валки.
За период с 1950 по 1959 г. автоматическая наплавка про-
катных валков была освоена на 40 заводах СССР.
Успешное применение наплавленных валков стимулировало
развитие автоматической износостойкой наплавки многих Дру-
гих деталей металлургического оборудования.
Советская сварочная техника в этой области идет впереди ев-
ропейской и, по-видимому, не отстает от американской.
Первые сообщения о восстановлении размеров прокатных
валков с помощью автоматической наплавки появились в амери-
канских журналах в 1947 г.
Несколько примеров применения автоматической наплавки
для ремонта валков штрипсового стана описал Холмен [255],
Местная наплавка вертикальных обжимных валков была произ-
ведена низколегированной проволокой. Стойкость таких валков
составила 20 смен против 12 для ненаплавленных. Чистовые вал*-
ки были наплавлены среднелегированной проволокой; наплав*-
ленный металл содержал 0,23% С; 0,92% Si; 1,18% Мп; 4,08% Сг
и 1,15% W. Наплавка велась с предварительным подогревом
24*
372 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
до 350°. После наплавки валки подвергали нормализации. Стой-
кость их была такая же, как и валков из отбеленного чугуна.
Описана также наплавка тяжелого опорного валка весом
37,5 т. После подогрева до 350° (для чего соорудили специаль-
ную печь) была произведена наплавка слоя толщиной 75 мм. Ра-
бота длилась 21 день, расход проволоки составил 5,9 т. Данные
о стойкости валка не приведены.
По данным Палмера, износ наплавленных валков (техноло-
гия наплавки не сообщается) в 1,5—2 раза, а в некоторых слу-
чаях в 5 раз меньше, чем ненаплавленных.
В августе 1954 г. появились первые сообщения о работах по
наплавке валков в Западной Германии. Беккер и Шолль подроб-
но описывают разнообразные опыты по заварке выколов и де-
фектов на чугунных валках и по автоматической наплавке
стальных валков [201, 256]. Для наплавки применялась аустенит-
ная электродная проволока — 18% Сг; 8% Ni; 6% Мп, а также
хромомолибденованадиевая и марганцовистая проволока. Мак-
симальное достигнутое повышение стойкости — в 2—3 раза по
сравнению с обычными валками.
Основной металл
При изготовлении заново биметаллических прокатных вал-
ков с помощью наплавки целесообразно использовать в качестве
основного металла дешевую, прочную и вязкую углеродистую
>сталь. В зависимости от условий службы и требований к прочно-
сти применяют сталь 45, 50, 55 и др. Имеется положительный
опыт по наплавке кованых и литых валков, изготовленных из
этих сталей. Успешно подвергались наплавке литые валки с по-
верхностными дефектами (раковинками, песочинами и др.).
При необходимости можно в качестве основного металла
использовать стали более высокой прочности. При наплавке
валков из стали марок 55X2 и 60ХГ не наблюдалось каких-ли-
бо затруднений, если она производилась с предварительным по-
догревом до 350—400°. То же относится к валкам из стали 50ХН,
Однако попытка применить наплавку шеек опорных валков
из стали 50ХН без подогрева привела к их поломке: около-
шовные трещины, возникшие в основном металле у края наплав-
ленного участка, действовали как острые надрезы. Предвари*
тельный подогрев до температуры 350°, лежащей выше точки
А1Н стали 50ХН, позволил исключить образование подобных
трещин.
На рис. 179 показана наплавка шейки опорного валка из
стали 50ХН. Наплавка шеек позволяет снова использовать
опорные валки, вышедшие из строя из-за ослабления посадоч-
ных мест под подшипники качения; ранее, по этой причине валки
сдавались в металлолом.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
373
В качестве основного металла для наплавленных валков не-
пригодна высокоуглеродистая заэвтектоидная сталь, так как в
первом слое получается слишком высокое содержание углеро-
да, что приводит к кристаллизационным трещинам; в околошов-
ной зоне возникают отколы и пр.
В тех случаях, когда применение для валков легированной
стали вызвано стремлением повысить износостойкость поверх-
Рнс. 179. Наплавка шейки опорного валка листопрокатного
стана
ности и необязательно с точки зрения прочности валка, наплав-
ка позволяет заменить легированную сталь углеродистой и по-
лучить значительную экономию легирующих примесей. Так, на-
пример, в валке блюминга из стали ХГН весом 30 т заложено
около 300 кг никеля и 300 кг хрома. Лишь небольшая часть
этих легирующих примесей может быть использована при пере-
плавке металлолома из валков. Изнашиваемая часть наплав-
ленного слоя такого валка весит 400 кг, содержит при наплавке
стали ЗХ2В8 всего около 35 кг вольфрама и 10 кг хрома, причем
эти примеси сконцентрированы именно там, где они полезны,—
в поверхностном слое. Переход к углеродистым сталям позво-
ляет упростить и удешевить литье и ковку валков.
Наплавка валков трубопрокатных станов
Низкая стойкость валков непрерывного трубопрокатного ста-
на являлась основным его недостатком на протяжении 40 лет.
Испытывались валки из различных легированных сталей, одна*
374 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
ко без существенного успеха. До введения наплавки в основ-
ном применялись кованые валки из стали 55. Еженедельно стан
останавливался для перевалки 5—6 раз. Замена 14 валков и
настройка стана отнимали каждый раз до 3 часов.
Изношенные валки подвергались обточке с уменьшением
диаметра на 4—5 мм. После 13—15 переточек уменьшение диа-
Рис. 180 Наплавка калибра валка
непрерывного трубопрокатного
стана с применением лепесткового
флюсоудерживающего приспособ-
ления
метра делало дальнейшую экс-
плуатацию валков невозможной.
Средний годовой расход вал-
ков на стане составлял 330 шт.
Внедрение наплавки позволи-
ло значительно улучшить работу
стана. Наплавке подвергаются
все новые валки, для чего предва-
рительной обточкой по калибру
снимается слой металла толщи-
ной 5 мм. Наплавку ведут порош-
ковой проволокой ПП-ЗХ2В8 под
флюсом АН-20 (рис. 180). На-
плавка заново производится в 4
слоя на таком режиме: ток
280—310 а, напряжение дуги
26—30 в, скорость .перемещения
дуги (окружная скорость валка)
36—42 м в час. Наплавка про-
изводится по винтовой линии с
шагом подачи 6—8 лои на каж-
дый оборот шпинделя, с предвари-
тельным индукционным нагревом
до 370°. По окончании наплавки
валок прогревается 20 мин. при
370° и затем охлаждается в утеп-
ленном коробе в течение 16 час.
После механической обработки следует отпуск (выполняемый
также с помощью индукционного нагрева) и замедленное охлаж-
дение.
Прежде после перевалки все валки отправляли на переточ-
ку. Теперь часть валков после осмотра или шлифовки устанав-
ливают в стан повторно. Выбракованные валки подвергают пов-
торной наплавке одним-двумя слоями, и после механической
обработки они приобретают прежние размеры. Таким образом,
диаметр валков все время не изменяется и служат они очень
долго. За 1953 и 1954 гг. средняя стойкость валков (от наплав-
ки до наплавки) была в 8—10 раз выше, чем ранее применяв-
шихся ненаплавленных. Период между перевалками зависит от
стойкости худшего из четырнадцати одновременно работающих
Опыт промышленного применения механизированной наплавки 375
валков. Продолжительность работы стана от перевалки до пе-
ревалки в среднем в 4 раза больше, чем до введения автома-
тической наплавки валков. Перевалка производится 1—2 раза
в неделю.
На рис. 181 представлен износ валков семиклетевого ста-
на в зависимости от числа прокатанных труб. Для валков из
стали 55 и из легированной стали, содержавшей в среднем
0,7% С; 1,8% Сг; 0,7% Ni и 0,5% Мо, приведены данные Науч-
но-исследовательского трубного института, для наплавленных
Рис. 181. Величины среднего износа калибров валков непрерыв-
ного трубопрокатного стана в зависимости от количества прока-
танных труб:
/—углеродистые валки; 2—легированные валки? 3—наплавленные валки
валков — результаты наших измерений. Благодаря полноцен-
ному многократному восстановлению расход валков резко
уменьшился. За два года было отправлено в лом всего 32 вал-
ка. Расход валков сократился в 23,7 раза. Производитель-
ность стана, благодаря сокращению простоев и наладок, повы-
силась примерно на 10%.
Валки•пилигримовых станов работают в чрезвычайно тя-
желых условиях. Гребень валка испытывает сильные удары, от-
носительное обжатие металла в очаге деформации весьма ве-
лико, вследствие чего износ прогрессирует быстро. Переточка
этих валков, выполняемая на специальных копировальных
станках, не только приводит к уменьшению диаметра, но также
нарушает первоначальную калибровку; в результате снижает-
ся производительность стана. Поэтому даже ручная наплавка
открытой дугой, несмотря на высокую трудоемкость и дефек-
376 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
ты наплавленного металла, оказалась весьма эффективной для
валков пилигримовых станов. При ручной наплавке исполь-
зуются электроды из хромоникелевой аустенитной стали с тол-
стым покрытием. Средний химический состав наплавленного
металла: 0,35% С; 22,0% Сг; 11,5% Ni.
В Институте электросварки им. Е. О. Патона был спроек-
тирован и изготовлен специальный вальценаплавочный станок
Рис. 182. Валок пилигримового трубопрокатного ста-
на на специальном наплавочном станке в период на-
ладки станка
с программным управлением (проект Р-754), обеспечиваю-
щий хорошее формирование наплавленного слоя, несмотря на
весьма сложную геометрическую форму валка (см. рис. 138 и
182). На станке установлены индукторы, с помощью которых
валок нагревается с торцов до нужной температуры.
Ввиду весьма сложной механической обработки валков на
копировальном станке для наплавки применяется аустенитная
Опыт промышленного применения механизированной наплавки 377
сталь Х20Н10Г6. Наплавка производится под флюсом АН-20.
Твердость наплавленного слоя после наплавки 201—227НВ;
после эксплуатации твердость в результате наклепа повышает-
ся до 244—272 Нв. По сравнению с валками, наплавленными
аустенитной проволокой вручную, стойкость повысилась в
1,7 раза, расход проволоки уменьшился на 23%, затраты на
наплавку уменьшились в 4 раза.
Автоматическая наплавка проволокой ПП-ЗХ2В8 с пред-
варительным подогревом до 380—400° дает дальнейшее увели-
чение стойкости пилигримовых валков.
Относительная стойкость пилигримовых валков характери-
зуется такими цифрами:
Кованые, термически обработанные валки
из стали 40ХНМ ......................... 1,0
Валки из стали 45, ручная наплавка слоя
аустенитной стали....................... 2,0—3,0
Валки из стали 45, автоматическая наплав-
ка слоя стали Х20Н10Г6.................. 3—5
Валки из стали 45, автоматическая наплав-
ка слоя стали ЗХ2В8..................... 5—8
Благодаря многократному полноценному восстановлению
расход пилигримовых валков сократился в 2,7 раза.
Наплавка валков сортопрокатных станов
На большинстве заводов автоматическая наплавка пока
производится на приспособленных вальцетокарных станках.
Это, конечно, сужает возможность использования наплавки для
повышения стойкости валков. Все же на многих предприятиях
даже в таких неблагоприятных условиях получены значительные
успехи.
Краматорский металлургический завод им. Куйбышева
одним из первых освоил наплавку валков на приспособленном
вальцетокарном станке.
Технология износостойкой наплавки обычная: проволока
ПП-ЗХ2В8, флюс АН-20, предварительный нагрев до 380—
400°, замедленное охлаждение после наплавки.
С помощью индукторов нагрев валков протекает вполне
успешно: валок диаметром 350—370 мм с длиной бочки 1200 мм
нагревается до нужной температуры за 60—70 мин., а валок диа
метром 590 мм с длиной бочки 1600 мм—за 2,5—3 часа. После
наплавки валки помещают в короб с сухим песком, где охлаж-
дение продолжается 18—24 часа.
378 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Опытом установлена (потребная толщина наплавленного
слоя в зависимости от условий работы калибров. Так, например,
для овальных калибров первой клети чистовой линии стана
280, где степень обжатия достигает 54%, толщина наплавлен-
ного слоя принята 10 мм, а для квадратных калибров (степень
обжатия 48%)—7 мм. Изменением режима регулируется так-
же содержание углерода в наплавленном слое. Наплавленный
металл квадратных калибров должен содержать 0,38—
0,43% С, а овальных — 0,42 — 0,47% С.
Стойкость наплавленных валков стана 280 оказалась в сред-
нем в 3,2 раза выше, чем ранее применявшихся валков из стали
55Х. Применение наплавки позволило сократить простои стана
на 16—18 часов в месяц. Среднемесячный расход стальных вал-
ков в первых двух клетях чистовой линии составлял до введения
наплавки 4,13 т, после введения наплавки — 0,75 т, т. е. умень-
шился в 5,4 раза.
На металлургическом заводе им. Куйбышева хорошо освое-
на обработка валков, наплавленных сталью ЗХ2В8. Несмотря
на большие припуски (обусловленные отсутствием специально-
го вальценаплавочного станка), трудоемкость обработки увели-
чилась не более чем в два раза. Так, валок первой черновой кле-
ти стана 280 из стали 55Х обтачивали 8—9 часов, а наплавлен-
ный сталью ЗХ2В8 16—20 часов. Поскольку стойкость валков
увеличилась в 3,2 раза, затрата станко-часов вальцетокарной
мастерской уменьшилась в 1,6 раза.
Для наплавки валков на заводе «Красный Октябрь» пере-
оборудовали старый глубокорасточный станок, оснастили его
наплавочным аппаратом А-384, индукторами и необходимым
вспомогательным оборудованием. Применяемая заводом техно-
логия не отличается от описанной выше: используются проволо-
ка ПП-ЗХ2В8, флюс АН-20, предварительный нагрев до 380—
400° и замедленное охлаждение после наплавки. На заводе про-
изводится наплавка валков станов 260 (проволочного), 325 и 450,
диаметром от 260 до 560 мм с овальными, плоскошестигранны-
ми, квадратными и ящичными калибрами. Наплавка произво-
дится на режимах: ток 340—470 а, напряжение дуги 24—34 в,
окружная скорость поверхности валка 35—64 м/час, шаг наплав-
ки— от 3 до 6 мм. Наплавляется обычно 2—3 слоя, причем тол-
щина слоя после обработки составляет 6—7 мм.
Некоторые результаты изучения стойкости применявшихся
ранее стальных валков с поверхностной закалкой и наплавлен-
ных валков представлены в табл. 77.
Как видно из данных таблицы, стойкость в разных клетях
различна.
Наплавленный калибр по стойкости в среднем в 4—8 раз
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
379
Таблица 77
Стойкость валков с квадратными, плоскошестигранными и ящичными
калибрами (завод «Красный Октябрь»)
Стан Линия Клеть Материал валка Стойкость между перевалками
суток тонн проката
260 325 Обжимная I Черновая 11 Чистовая II 1 1 2 3 1 Сталь 50, поверхностная закалка Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 Сталь 50, поверхностная закалка Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 Сталь 50, поверхностная закалка Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 1 — отбеленный чугун, 1 — сталь 50, поверх- ностная закалка . . . Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 Сталь 5и, поверхностная закалка Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 6 18 3 9 6 18 3 15 6 18 2160 6480 1080 3240 2160 6480 1080 5400 1500 4500
450-1 Чистовая 11 1 Сталь 50 , Наплавленный слой ста- ли ЗХ2В8 3 12 2700 10800
превосходит калибр обычного валка из стали 50 и в 3—4 раза
выше стойкости закаленного калибра.
В одной из клетей стойкость пары папла'вленных валков
была в 5 раз выше, чем пары валков из закаленной стали и от-
беленного чугуна [160].
Весьма важно, что износ наплавленных валков за время
службы невелик; это позволяет улучшить качество проката.
На рис. 183 показаны результаты работы закаленных и наплав-
ленных калибров обжимной клети стана 260.
По наблюдениям прокатчиков завода наплавленные валки
имеют хорошую захватывающую способность, которая незначи-
тельно ниже, чем у обычных стальных, и лучше, чем у стальные
закаленных и особенно чугунных валков.
На Днепропетровском металлургическом заводе им. Петров-
380 П рименение автоматической наплавки для восстановления деталей
ского к освоению автоматической наплавки валков приступили,
располагая универсальным вальценаплавоч'ным станком P-69L
К числу наиболее «трудных» профилей, выпускаемых заво-
дом, принадлежит автообод. Низкая стойкость валков чисто-
вой и предчистовой клетей стана 550 вызывала частые перевал-
ки и большие потери времени на настройку стана. Особо уяз-
вимым участком калибра является буртик, формирующий ка-
навку профиля. Попытки изготовлять валки из обычного и маг-
ниевого чугуна оказались неудачными из-за частых поломок
Рис. 183. Износ калибров валков обжимной клети стана 260:
1 и 2 — стальных закаленных валков после прокатки 4320 т металла за 12 суток
работы в двух калибрах; 3 и 4 — наплавленных сталью ЗХ2В8 после прокатки
12 960 т за 36 суток работы в двух калибрах
буртика. Осложняющим обстоятельством является сравнитель-
ная тихоходность стана, вследствие которой раскат подходит к
последним клетям с пониженной температурой.
При поверхностной закалке валков из стали 60ХГ около 8%
их выходило из строя в связи с отколами буртика. Средняя стой-
кость закаленных валков была совершенно недостаточной.
На рис. 184 показан процесс наплавки валка на универсаль-
ном станке (см. рис. 171).
Режим наплавки калиброванных валков сложной формы диа-
метром 450—550 мм и весом до 4 т: ток 360—480 а, напряжение
дуги 28—32 в, скорость наплавки 30—50 м!час, шаг наплавки —
G мм. Такой режим применяется наиболее часто, однако при на-
плавке отдельных участков напряжение дуги уменьшается или
увеличивается в зависимости от условий формирования наплав-
ленного металла.
На рис. 1Ь5 показан валок для прокатки автообода ГАЗ-51
после наплавки и механической обработки. По большей части по-
Рис. 184. Наплавка калибра для прокатки автообода. Валок диамет-
ром 550 мм. Станок специальный по проекту Р-691 института электро-
сварки им. Е. О. Патона
Рис. 185. Валок стана 550 для прокатки автообода:
вверху—после наплавки; внизу—после механической обработки
382 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
верхности профиля припуск на обработку не превышает 1,5—
2 мм.
Данные о средней стойкости закаленных валков из стали
60ХГ (в тоннах проката на валок) и валков, наплавленных слоем
стали ЗХ2В8, представлены в табл. 78.
Таблица 78
Средняя стойкость валков стана 550
(завод им. Петровского)
Профиль Клеть Прокатано на установку, m
валки из стали 60ХГ с поверх- ностной закалкой валки, наплав- ленные сталью ЗХ2В8
Автообод ГАЗ-51 III (предчистовая) . . 1К (чистовая) . 496,9 83,5 1629,0 272,2
Автообод 202 IV (чистовая) 110,3 438,1
Стойкость наплавленных валков оказалась в 3,3—4,0 раза вы-
ше, чем закаленных.
Наплавка валков листопрокатных станов
На листопрокатном стане 2800 износ стальных валков из ста-
ли марок 50ХГ, 60ХГ и 50ХН оказался очень велик. Продолжи-
тельность непрерывной работы валков в чистовой клети не пре-
вышала 8 часов. После 15 переточек диаметр валков настолько
уменьшался, что они приходили в негодность. Таким образом,
срок службы пары валков весом 30 т и стоимостью около 100 тыс.
руб. составлял всего 120 часов. По конструкции клети замена
стальных валков чугунными, обычно применяемыми в чистовых
клетях листопрокатных станов, оказалась невозможной.
В 1956 г. Ворошиловский завод им. Ворошилова освоил авто-
матическую наплавку валков диаметром 800 мм, с длиной бочки
2800 мм для чистовой клети стана. Для наплавки переоборудо-
ван большой вальцетокарный станок. На суппорте его на колон-
ке установлено три наплавочных аппарата А-384, которые пере-
мещаются вдоль валка ходовым винтом станка. Предваритель-
ный нагрев производится с помощью трех индукторов на специ-
альном стенде. Использование асбестового кожуха для уменьше-
ния потерь тепла позволило сократить время нагрева: продол-
жительность нагрева до 400° не превышает 7 часов. Наплавка
производится проволокой ПП-ЗХ2В8 под флюсом АН-20. Каж!-
Опыт промышленного Применения механизированной нап шчки
лм.1
дая головка наплавляет около 7 кг металла в час. По окончинии
наплавки для выравнивания температуры валка производи!сн
нагрев до 400°, затем замедленное охлаждение под утепленным
кожухом.
Техника наплавки освоена на заводе в такой мере, что при-
пуск на обработку редко превышает 1 мм. Это позволило заме-
нить обточку наплавленных валков шлифовкой. Шлаковую кор-
ку удаляют скребком-резцом с твердосплавной пластинкой, уста-
новленным на пружинных амортизаторах и перемещающимся
вместе с суппортом.
Стойкость валков между переточками благодаря наплавке
увеличилась в 3—4 раза (до 24—36 горячих часов), причем из-
нос за время работы на 50% ниже, чем получался на обычных
валках. Высокая износостойкость поверхности наплавленного
валка дает возможность в любой момент перейти на прокатку
листа любой ширины, что ранее было невыполнимо и создавало
существенные производственные трудности.
Наплавка валков блюминга
По условиям службы валков блюминга повышение их изно-
состойкости мало эффективно: средний срок службы их за одну
установку составляет 300 часов, перевалка, как правило, произ-
водится во время плановых ремонтов стана и не вызывает про-
стоев, требования к точности прокатки здесь минимальны.
Восстановление размеров валков блюмингов, напротив, име-
ет крупное экономическое значение. В среднем валок блюминга
выдерживает всего 7 переточек, ввиду чего для обеспечения ра-
боты стана (без восстановления валков наплавкой) необходимо
в год 6 валков стоимостью 504 тыс. руб. Поэтому целесообразно
восстановление размеров валков блюмингов по технологии, обес-
печивающей минимальные затраты на наплавку. Такой является
наплавка проволокой Св-ЗОХГСА под флюсом АН-348-А, с пред-
варительным подогревом изделия до 200°. Наплавка буртов про-
изводится по схеме рис. 132, наплавка цилиндрических поверх-
ностей — как обычно.
Восстановление размеров валков блюмингов получило при-
менение на многих заводах. В результате значительно снижен
расход блюминговых валков и достигнут крупный экономический
эффект.
2. НАПЛАВКА ДЕТАЛЕЙ ПРОКАТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Многие детали прокатного оборудования можно весьма эф-
фективно упрочнять путем наплавки слоя стали ЗХ2В8, Х12ВФ-
и др.
384 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
На Магнитогорском металлургическом комбинате ролики
штрипсовой моталки до наплавки работали в среднем по 15 дней,
а после наплавки сталью Х12ВФ — 40 дней; ролики рольганга
штрипсового стана до наплавки работали по 2—2,5 месяца, пос-
ле наплавки слоем стали Х12ВФ — более шести месяцев.
Сталь ЗХ2В8 получила применение для наплавки ряда быст-
роизнашивающихся деталей: бандажей четырехвалковых дро-
билок агломерационных фабрик, приводных роликов ножниц го-
рячей резки, тянущих роликов моталок, тормозных шкивов и др.
При этом предварительно восстанавливают размеры до макси-
мально возможного диаметра обычной малоуглеродистой про-
волокой, а верхний слой наплавляют порошковой проволокой.
Стойкость повышается в 3-—5 раз.
Ответственной деталью являются ножи ножниц блюминга.
Высокая стойкость режущей кромки имеет очень большое значе-
ние.
Ножи обычно изготовляли из стали 45, а кромку наплавля-
ли сормайтом № 1. Часто наблюдалось выкрашивание наплав-
ленного металла, стойкость ножей не удовлетворяла прокатчи-
ков.
Для автоматической износостойкой наплавки ножей на Маг-
нитогорском металлургическом комбинате приспособлен гори-
зонтально-фрезерный станок, на стол которого укладывается
нож, а на колонне неподвижно укреплен аппарат А-384. На Ма-
кеевском заводе им. Кирова используют трактор ТС-17М. При
наплавке ножа заново на боковой поверхности снимается фаска
шириной 40 мм, глубиной 4 мм. При повторной наплавке пред-
варительно производят правку ножа, а затем шлифовкой удаля-
ют поверхностный слой с бороздками, сеткой термической уста-
лости и т. п.
Перед наплавкой нож подогревают в печи до 420—450° в те-
чение 2 часов.
Наплавка осуществляется на постоянном токе обратной по-
лярности порошковой электродной проволокой ПП-ЗХ2В8 под
флюсом АН-20. Наплавка заново производится в три слоя.
По окончании наплавки нож помешают в печь, нагретую до
400—450°, выдерживают 2 часа для снятия напряжений и охла-
ждают вместе с печью. Наплавленные ножи обрабатывают шли-
фовкой.
Рабочий слой получается совершенно чистым, без каких-
либо пороков, с твердостью 50—52 Rc (см. рис. 136).
Стойкость ножей, наплавленных сталью ЗХ2В8, как показал
длительный производственный опыт, увеличилась в среднем в
4 раза по сравнению со стойкостью ножей, кромка которых на-
плавлена вручную сормайтом № 1.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
385
3 НАПЛАВКА ДЕТАЛЕЙ ЗАСЫПНОГО АППАРАТА ДОМЕННОЙ III ЧИ
Конструкция засыпного аппарата, используемого па coupe
менных доменных печах, показана на рис. 186. При интенсивной
работе печи детали засыпного аппарата испытывают
большую нагрузку. В особенности это касается большого
Обычно он работает при тем-
пературе 300—450°,
дически и при
кой. С высоты
большой конус
ски агломерата
поверхности конуса соскаль-
зывают в печь.
Повышение производи-
тельности доменных печей в
результате увеличения дав-
ления газа на колошнике
привело к увеличению коли-
чества шихты, проходящей
через засыпной аппарат, и в
итоге — к более быстрому
износу большого конуса по
всей его поверхности. Кроме
того, повышенное давление в
подконусном пространстве
печи, а следовательно, и
значительный перепад дав-
лений, действующих в зоне
стыка чаши и конуса, приво-
дит в результате эрозии и
абразивного износа к обра-
зованию так
«продувов» на
поверхностях.
Вследствие
засыпных аппаратов сроки их службы сократились до 1—1,5 лет,
вместо обычных 3—4 лет.
Повышение износостойкости деталей засыпных аппаратов
до нормального уровня — одна из актуальных задач ремонтной
службы заводов черной металлургии. Наиболее эффективно эти
задачи решены на Магнитогорском металлургическом ком-
бинате, примеру которого последовали и другие предприятия
черной металлургии.
Наплавка большого конуса, весящего 16—20 т, представляет
довольно сложную задачу; поскольку для службы конуса нали-
, а эпизо-
более высо-
в 2—3 м на
падают ку-
и кокса и по
называемых
контактных
интенсивного
25. Зак. 390
весьма
конуса.
Puit. 186. Засыпной аппарат домен-
ной печи:
/ — большой конус; 2 — чаша большого
конуса; 3 — штанга большого конуса; 4 —-
газовый затвор; 5 — малый конус; 6 — скип;
7 — наклонный мост
износа конусов и других деталей
386 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
чие на поверхности мелких трещин, не вызывающих откола на-
плавленного слоя, не имеет значения, наплавка обычно произ-
водится без подогрева. Место примыкания большого конуса к
чаше наплавляют проволокой ПП-ЗХ2В8 в пять слоев и полу-
чают наплавленный пояс шириной 380—400 мм с волосными тре-
щинками, которые не мешают работе. Остальная поверхность ко-
нуса наплавляется так: нижние три слоя — проволокой
Рис. 187. Наплавка большого конуса на специальном станке;
вес конуса 16 т; наибольший диаметр 5000 леи
ПП-Х12ВФ и верхние два слоя — проволокой ПП-Х10В14; об-
щая толщина наплавки — 15—17 мм.
Наплавка конуса на специальном станке показана на рис.
187.
На наплавку одного большого конуса расходуется 1300 кг по-
рошковой проволоки и 1500 кг флюса АН-20. Наплавленная по-
верхность не обрабатывается, за исключением пояса сопряжения
большого конуса с чашей, который подвергается шлифовке.
Малые конусы наплавляют в пять слоев: первые два слоя —
проволокой ПП-Х12ВФ и три последующих — проволокой
ПП-Х10В14. После наплавки производят отпуск конуса при 520 .
Срок службы малого конуса до введения наплавки составлял 6—
9 месяцев. Наплавленный малый конус служит 2—2,5 года.
Третья важная деталь засыпного аппарата — штанга боль-
шого конуса — .представляет собой круглый стержень длиной
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
387
более 12 л и диаметром 160—480 мм. Штанга большого кону-
са изнашивается только на двух участках длиной по 2 л, гак
как остальная ее поверхность защищена пустотелой штангой
малого конуса. Для повышения износостойкости применяется
наплавка стали ЗХ2В8 в три слоя общей толщиной 5 мм, с пред-
варительным подогревом токами высокой частоты до 400° и по-
следующим отпуском при той же температуре. Наплавленные
участки обрабатывают шлифовкой.
Наплавленными конусами снабжены все доменные печи Маг-
нитогорского металлургического комбината.
4. НАПЛАВКА ПРЕССОВОГО ИНСТРУМЕНТА
Прессование цветных металлов связано с большим расхо-
дом деталей прессового инструмента из высоколегированных
сталей. Соприкасаясь с обрабатываемым металлом, втулка кон-
тейнера, прессшайба и матрица нагреваются при прессовании
сплавов меди до 600—800°, испытывают давление до 85 кг)мм2.
Ввиду этого для прессового инструмента применяются стали
марок ЗХ2В8, 4ХНВ и др.
Наплавка втулок контейнеров
Сменные втулки контейнеров — толстостенные трубы с внут-
ренним диаметром от 100 до 250 мм, длиной от 300 до 1500 мм,
из стали 4ХНВ. Наплавка внутренней цилиндрической поверх-
ности производится порошковой проволокой марки ПП-4Х2В8Т
в углекислом газе. Наплавку по винтовой линии ведут на спе-
циальном станке Р-922 или приспособленном токарном станке.
Подача проволоки в дугу осуществляется механизмом полу-
автомата ПШ-5 через удлиненный мундштук.
Технологию наплавки втулок разработал И. К- Походня
(Институт электросварки). Наплавка производится проволо-
кой диаметром 2,8 мм в среде защитного газа на следующем ре-
жиме: ток 200—250 а, напряжение дуги 19—21 в, скорость пе-
ремещения дуги 15—18 м!час, расход газа 700—800 л!час, шаг
наплавки 3,5—5 мм, ток постоянный обратной полярности.
Перед наплавкой втулка нагревается индуктором до 350—
400°; эта же температура поддерживается в процессе наплав-
ки. После наплавки всю втулку прогревают до 400° и помеща-
ют в короб с песком для замедленного охлаждения. Обработка
внутренней поверхности производится шлифовкой. Наплавлен-
ный металл при соблюдении указанной технологии свободен от
каких-либо дефектов. Он имеет весьма мелкозернистую струк-
туру и обладает износостойкостью в 3—5 раз лучшей, чем ос-
новной металл. Многократное повторное восстановление изно-
шенных втулок позволяет резко сократить их расход.
25*
388 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Наплавка матриц
Очко матрицы определяет размеры прессованного профиля.
Уже небольшой износ делает матрицу непригодной для эксплу-
атации. Пока освоена механизированная наплавка только мат-
риц с круглым отверстием диаметром 25 мм и более для прес-
сования труб и круглых прутков.
Наплавка производится порошковой проволокой марки
ПП-4Х2В8Т диаметром 2,3 мм в углекислом газе. Для наплав-
ки рабочего участка поверхности необходим вращатель, позво-
ляющий наклонить ось вращения под углом до 20° к горизонту.
Используются станок Р-922, манипулятор или приспособлен-
ный токарный станок.
Перед наплавкой матрицу нагревают горелкой до 350°. На-
плавка осуществляется постоянным током обратной полярности
на следующем режиме: ток 80—100 а, напряжение дуги 17—
18 в, скорость перемещения 12—15 м/час, шаг наплавки 3 мм,
расход газа 500—600 л/час.
Наплавленный металл почти идентичен по химическому со-
ставу со сталью, из которой изготовляется матрица. Тем не
менее, благодаря ориентированной структуре и равномерному
распределению примесей, его износостойкость значительно выше.
По опыту Артемовского завода «Цветмет» наплавленная маг
рица заменяет от 5 до 7 ненаплавленных при прессовании труб
и прутков из латуни.
5. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ГРЕБНЕЙ БАНДАЖЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ
КОЛЕС
Бандажи изготовляются из стали, содержащей 0,6—0,8%
углерода. Это ответственные изделия, при наплавке которых
совершенно недопустимо образование трещин. Обычно при
сварке и наплавке подобных сталей применяется предваритель-
ный подогрев. Но в данном случае необходимо максимально
упростить технологию наплавки и наплавочную аппаратуру,
чтобы массовое восстановление бандажей было доступно не-
большим ремонтным мастерским и депо.
Способ наплавки под флюсом, разработанный Л. М. Гутман
в Институте электросварки им. Е. О. Патона, основан на при-
менении наплавки двумя дугами, без подогрева. Первая дуга
создает тепловой поток в металле и наплавляет сравнительно
небольшое количество металла; вторая д} га переплавляет ме-
талл, наплавленный первой дугой, и обеспечивает дополнитель-
ный нагрев околошовной зоны. В результате скорость охлаж-
дения зоны термического влияния не превышает 12°/сек., чем
достигается получение пластичных структур и исключается об-
разование мартенсита.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
389
Наплавка производится при вертикальном положении оси
колесной пары. Это дает возможность вместо громоздких и
сложных установок, занимающих большие площади, применять
простые аппараты: самоходный А-482 — для наплавки непод-
вижно установленной колесной пары и стационарный Р-643 —
для наплавки вращающейся колесной пары.
На рис. 188 показаны двухдуговой аппарат А-482, передви-
гающийся по торцу бандажа. Движение аппарата и подача
Рис. 188. Наплавка бандажа аппаратом Л 182
электродных проволок осуществляются от одного двигателя
небольшой мощности.
Для получения износостойкого наплавленного металла ис-
пользуется электродная проволока марки СВ-10Г2, диаметром
2 мм, и стандартный флюс марки АН-348А либо ОСЦ-45.
Наплавку ведут постоянным током прямой полярности. Оп-
тимальный режим наплавки бандажей: ток первой дуги —
200 а, второй дуги — 300 а; напряжение каждой дуги 34—36 в;
скорость наплавки — 24 ти/час; расстояние между электрода-
ми — 50 мм.
Производительность механизированной наплавки по срав-
нению с ручной увеличивается в 6—8 раз. Стоимость наплав-
ки снижается в 2—2,5 раза.
390 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
6. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ НАПЛАВКА КЕРНОВ ДЛЯ ЗАХВАТА
СЛИТКОВ
Керны —рабочие органы клещевого крана, служащего для
посадки слитков в нагревательные колодцы и выдачи горячих
слитков для прокатки на блюминге. Вес слитка достигает 15 т,
температура после нагрева 1260-—1300°. Примерно до такой же
температуры нагревается кончик керна. Разогретые керны пе-
риодически охлаждают в холодной воде.
Рис. 190. Последовательные стадии из-
готовления керна:
1 — заготовка керна перед наплавкой; 2 — на-
плавленный керн перед обработкой; 3 — гото-
вый керн
Рис. 189 Схема наллав-
ки керна клещевого
крана:
1 — электрод диаметром
20 мм; 2 — заготовка керна;
3 —шлаковая ванночка; 4 —
охлаждаемый медный ко-
киль; 5 — металлическая
ванна
При ручной наплавке кернов электродами различных типов
не удавалось достичь хороших результатов. Стойкость кернов
при нормальной работе составляла всего 1,5—2 часа. Большая
часть кернов выходила из строя вследствие смятия и затупле-
ния острия; иногда наблюдалась пластическая деформация кон-
ца керна, выступающего из клещевины.
Автоматическая наплавка керна производится таким обра-
зом, чтобы создать в рабочей части стержень из красностойко-
го металла, обладающего необходимой прочностью при высо-
ких температурах, термической выносливостью и вязкостью.
Такими свойствами отличается сталь ЗХ2В8. В качестве основ-
ного металла используется сталь 45.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
391
Способ наплавки, разработанный И. К. Походней, оспонан
на использовании электрошлакового процесса. Элекiродом слу-
жит кованый или прокатанный пруток стали 3X2138 днамет
ром 20 мм.
Схема наплавки керна представлена на рис. 189. Элсктпод 1
закорачивается через кусочек электропроводного флюса АН-25
с заготовкой 2. Место наплавки васыпается молотым флюсом
Рис. 191. Макрошлиф по разрезу керна
АНФ-1. При прохождении тока флюс АН-25 расплавляется.
Образуется шлаковая ванночка 3, которая быстро растет за
счет плавления флюса АНФ-1. Устанавливается электрошла-
ковый процесс, шлак нагревается до температуры ~2000°, что
вызывает оплавление поверхности заготовки и плавление элек-
трода. Вытекание шлака и металла предупреждается разъем-
ным медным кокилем 4, охлаждаемым водой. Расплавленный ме-
талл каплями стекает с электрода и поступает в металлическую
ванну 5. По мере расплавления электрод автоматически подает-
ся в шлаковую ванну. После расплавления заданного участка
392 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
электрода ток выключается и процесс заканчивается. Режим
наплавки: ток 1000—1100 а, напряжение дуги 18—22 в, продол-
жительность наплавки одного керна—1,3 мин.
Для автоматической наплавки кернов служит аппарат
А-578.
Наплавленный керн имеет небольшой прилив; окончатель-
ную форму ему придают горячей штамповкой. Стойкость кернов,
наплавленных по описанной технологии, в 4—6 раз выше, чем
кернов с ручной износостойкой наплавкой, в 20 раз выше, чем
ненаплавленных кернов из стали 65Г.
Последовательность изготовления кернов описанным спосо-
бом показана на рис. 190; макрошлиф по продольной оси кер-
на—на рис. 191.
7. ВОССТАНОВЛЕНИЕ НАПЛАВКОЙ ДЕТАЛЕЙ ТРАКТОРОВ
И АВТОМОБИЛЕЙ
Многие детали тракторов и автомобилей успешно восстанав-
ливаются на передовых ремонтных предприятиях.
Наплавка обычно производится на приспособленном токар-
ном станке, на суппорт которого крепится аппарат А-409 или
А-580 (см. рис. 166 и 167).
Опорные ролики тракторов изготовляются из стали
марок 45 или 40Г. Твердость рабочих поверхностей после термо-
обработки должна быть не ниже 440 Нв. Наплавка опорных
роликов производится электродной проволокой марки
Св-ЗОХГСА диаметром 2 мм под флюсом АН-20 или АН-348-А.
Режим наплавки: ток 240—260 а, напряжение дуги 24—26 в,
скорость перемещения дуги — 40 м]час. Вылет электрода не
должен превышать 20—25 мм. Смещение электрода с зенита
10—12 мм. Шаг наплавки 4—5 мм. Толщина слоя наплавки —
около 3 мм на сторону при однослойной наплавке. Твер-
дость наплавленного металла без термической обработки
300—320 Нв .
При некотором навыке рабочего качество наплавленной по
верхности опорных роликов получается таким, что не требуется
механическая обработка. По износостойкости восстановленные
таким способом ролики мало отличаются от новой детали.
Повышение производительности наплавки и увеличение изно-
состойкости достигаются при использовании электродной ленты
из стали 4X13 в сочетании с флюсом АН-28. Этот способ осо-
бенно эффективен при наплавке опорных роликов, не имеющих
реборд.
Натяжные колеса гусеничных ходов тракторов на
плавляют также на приспособленном токарном станке, на суп-
порт которого установлен аппарат А-384 или А-409.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
393
Износ натяжных колес происходит в условиях трения без
смазки. Желательно, чтобы наплавленный металл обладал
достаточно высокой износостойкостью. Для наплавки целесо-
образно применять проволоку марки Св-ЗОХГСА диаметром
2—3 мм в сочетании с флюсом AII-348-A или АН-20. Режим на-
плавки: ток 260—280 а, напряжение дуги 25—27 в, окружная
скорость — 36 м/час. Смещение с зенита 40 -50 мм; шаг на-
плавки и число слоев зависят от степени износа колеса, подле-
жащего наплавке. По условиям
службы этой детали механи-
ческая обработка после авто-
матической наплавки не тре-
буется.
Некоторыми особенностя-
ми отличается наплавка шли-
цевых валиков, которые часто
приходится восстанавливать
на авторемонтных заводах. В
этих случаях применяется про-
дольная наплавка, причем при-
нимаются меры для сведения к
минимуму коробления деталей.
Для этого после наплавки каж-
Рис. 192. Последовательность нале
жени я валиков при наплавке шлице-
вых валов
дого валика деталь поворачи-
вают на 180° и наплавляют сле-
дующий валик с противопо-
ложной стороны, как показано
на рис. 192.
Необходимо следить за тем, чтобы электрод был расположен
на середине канавки между шлицами. При соблюдении такого
порядка наплавки валиков стрелка изгиба не превышает
1 мм. Перед механической обработкой детали подвергают
правке.
Полуоси и карданный вал изготовляют из стали 40Х. Диа-
метр деталей в месте наплавки составляет около 50 мм; твер-
дость новой детали — от 300 до 415 Нъ. Наплавка этих деталей
производится проволокой марки Св-ЗОХГСА диаметром 2 мм
под флюсом АН-348-А.
Рекомендуемый режим наплавки шлицев полуоси автомо-
биля ЗИС-5: ток 220—240 а, напряжение дуги 26—28 в, скорость
перемещения дуги 8—9 м/час. Для шлицев полуоси автомобиля
ЗИЛ-150 рекомендуется режим: ток 250—270 о, напряжение
дуги 26—28 в, скорость перемещения дуги 14—15 м!час; для
карданного вала ЗИЛ-150: ток 250—270 а, напряжение дуги
26—28 в, скорость перемещения дуги 10—11 м!час.
394 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
После наплавки эти детали обладают твердостью в преде-
лах 286—301 Нв, что недостаточно по условиям службы; однако
увеличить твердость наплавленного металла (например, путем
более высокого легирования) нельзя, так как это затруднило бы
механическую обработку. Поэтому детали после обработки ре-
ванием подвергаются термической обработке посредством за-
калки и отпуска. В результате достигается твердость 320—
377 Нв, т. е. детали становятся практически равноценными
с новыми.
Особенностью наплавки многих автодеталей является необ-
ходимость применять малые силы тока и соответственно —
малый диаметр электродной проволоки. Такие детали, как тор-
мозной валик автомобиля ЗИС-5, передний и задний разжим-
ные кулаки автомобиля ЗИЛ-150, имеют в месте, подлежащем
наплавке, диаметр около 38 мм.
При наплавке перечисленных деталей применяются малые
режимы: ток 120—140 а, напряжение дуги 25—27 в, скорость
перемещения дуги—18 м/час, шаг наплавки 4—4,5 мм. Произ-
водительность наплавки составляет менее 1 кг в час. Однако
количество металла, которое требуется наплавить на подобные
детали, невелико, и затрата времени на наплавку получается
небольшая.
На передовых предприятиях освоена наплавка деталей из
нормализованных и улучшенных сталей марок ЗОХ, 35, 40Х,
40Г, 45 и др.
Восстановление деталей малых размеров — шеек валов и
шестерен, крестовин карданов, дифференциалов, толкателей и
т. п.—производится вибродуговой наплавкой, дающей воз-
можность нанесения тонкого равномерного слоя металла при
минимальной деформации изделия.
Приводим пример использования этого способа по данным
И. Р. Пацкевича [111].
Валы небольших электродвигателей изготовляются из Ст. 5
и имеют две шейки и пять посадочных мест. Величина износа их
не превышает 0,2—0,5 мм на сторону при диаметре от 40 до
70 мм. Перед наплавкой детали очищают от масла и ржавчины.
Шпоночные пазы заделывают стальными вставками, высту-
пающими на 2—2,5 мм над поверхностью детали.
Наплавка осуществляется на переоборудованном токарном
станке (например, ДИП-200) наплавочной головкой, смонтиро-
ванной на суппорте.
Сварочным током установка питается от преобразователя
ПСО-ЗОО, переключенного на жесткую характеристику. Свароч-
ная проволока применяется марки Св-08 диаметром 2 мм\
охлаждающая жидкость — 4%-ный водный раствор соды.
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
395
Рекомендуемый режим наплавки: скорость подачи проволо-
ки— 72 м)час, напряжение дуги 16—21 в, шаг наплавки—
2 мм!оборот, амплитуда вибрации электрода 1,5—2 мм, расход
охлаждающей жидкости 1,5—2,0 л!мин.
Толщина наплавленного слоя составляет 1,5 мм на сторону,
твердость 200—275 Нв.
По сравнению с ранее применявшейся ручной наплавкой
трудоемкость восстановления изношенных валов уменьшилась
в 2—2,6 раза.
Режимы вибродуговой наплавки подбираются опытным
путем в зависимости от формы и размеров деталей; под-
робные рекомендации даны в книге [111].
8. НАПЛАВКА СЛОЯ ОТБЕЛЕННОГО ЧУГУНА
Детали бункеров, транспортных устройств на металлурги-
ческих и горнообогатительных предприятиях, рабочие органы
землеройных машин и землесосных снарядов работают в усло-
виях абразивного износа. Требования к однородности наплав-
ленного металла и к его чистоте для подобных изделий мини-
мальны. Зато важными требованиями являются высокая про-
изводительность процесса наплавки, а также дешевизна и до-
ступность применяемых материалов. Удачным техническим ре-
шением для перечисленных назначений является наплавка зу-
гунной электродной лентой, разработанная Г. В. Ксендзыком.
При наплавке чугунной лентой (рис. 193) требуется авто-
матическое регулирование напряжения дуги, так как толщина
ленты, ее структура и скорость плавления неравномерны. Это
приводит к неустойчивому режиму наплавки, особенно при низ-
ких напряжениях дуги, если лента подается в дугу с постоянной
скоростью. Использование аппарата, автоматически поддержи-
вающего постоянное напряжение дуги, дает возможность вести
наплавку устойчиво при минимальном напряжении дуги и полу-
чать вполне удовлетворительное формирование наплавленного
валика. Выпускаемый промышленностью сварочный автомат
АДС-1000-2 путем несложной переделки можно приспособить
для наплавки чугунной лентой.
Возможно также переоборудовать аппарат А-384 или АВС,
для чего асинхронный двигатель головки заменяется двигате-
лем постоянного тока и используется дополнительный аппарат-
ный ящик А-384-Л30.
Питание дуги возможно как постоянным, так и переменным
током. Оптимальная плотность тока составляет 14—16 а/мм',
коэффициент наплавки в зависимости от структуры и ширины
ленты — от 12 до 16а/а-ч. При наплавке под флюсом ЛИ 28
лентой толщиной 0,7 мм и шириной 70 мм огипм.1ЛЫ1ый режим
396 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
наплавки — ток 750—800 а, напряжение дуги 19—21 в, ско-
рость перемещения дуги 9—12 м!час. Наплавка на стальную
пластину дает при таком режиме валик шириной 66—68 мм
с глубиной провара 0,5—1,0 мм и высотой 3—4 мм; расход флю-
са составляет 0,5—0,6 кг на кг
Рис. 193. Наплавка на плоскость
электродной лентой при помощи спе-
циальной приставки к аппарату А-384
наплавленного металла.
Средний химический со-
став наплавленного метал-
ла. 3,3% С; 0,30% Мп;
1,1% Si. Твердость наплав-
ленного металла и количест-
во волосных трещин зависит
от скорости охлаждения при
температуре кристаллизации
1150°.
Для многих деталей на-
личие волосных трещинок не
имеет существенного значе-
ния. В таких случаях на-
плавка чугуна может произ-
водиться без подогрева. При
малой толщине наплавляе-
мой пластины или при подо-
греве до 400—500° трещины
можно предупредить.
Чугунной лентой можно
наплавлять как плоские де-
тали, так и тела вращения
диаметром 200 мм и больше.
Многослойная наплавка
чугуна вызывает снижение
твердости нижних слоев до
38—40 Rc вследствие их
отжига и частичной графи-
тизации.
Износостойкость наплавленного отбеленного чугуна в 3—
3,5 раза выше, чем конструкционной стали и только на 10—
15% уступает стойкости сталинита, наплавленного угольным
электродом. Производительность примерно в 10 рав выше, чем
при ручной наплавке сталинита.
9. автоматическая наплавка бронзы на стальные
ЗАГОТОВКИ
Многие детали оборудования, как например сухари шпин-
дельных соединений привода валков прокатных станов, над-
ставки ползунов и др., обычно изготовляются литыми из алю-
Опыт промышленного применения механизированной наплавки
3'17
миниевой бронзы марки БрАЖ 9-4 или из оловянистой бронзы
БрОЦС 5-5-5. При этом расходуется много дефицитных цветных
металлов.
Механизированная наплавка позволяет изготовлять тело
детали из стали, а рабочий слой толщиной от 10 до 20 мм на-
плавлять цветными металлами с высокой производительностью
при безукоризненном качестве.
Технология наплавки бронзы разработана в Институте элек-
тросварки им. Е. О. Патона В. В. Подгаецким. Для наплавки
используется прессованная проволока марки БрАЖМц 10-3-1,5
в сочетании с флюсом АН-20 либо бронзовая лента марки
БрАМц 9-2, толщиной 0,7 мм и шириной от 20 до 60 мм, в соче-
тании с флюсом АН-60.
Наплавка проволокой производится с помощью обычных на-
плавочных аппаратов А-384 или АБС на постоянном токе обрат-
ной полярности. Режим наплавки зависит от формы наплавля-
емого изделия. При наплавке проволокой диаметром 6 мм
обычно применяется ток в пределах 850—900 а (скорость пода-
чи проволоки 75—90 м/час), напряжение дуги составляет 32—
37 в, скорость перемещения дуги 15—25 м/час. При указанном
режиме доля основного металла в металле наплавки сравни-
тельно велика. Третий слой наплавки содержит 7—42% Fe; 7—
8% Al; 1,5—2% Мп. Твердость наплавленного слоя 170—180 /7В.
Коэффициент трения скольжения со смазкой для наплавленного
металла мало отличается от такового для литой бронзы
БрАЖ 9-4.
Наплавленный металл совершенно плотен. При наплавке
цилиндрических и небольших плоских поверхностей трещины
отсутствуют. Чтобы предупредить образование трещин при на-
плавке больших поверхностей, необходим подо!рев детали до
200—400°. Прочность сцепления наплавленного слоя с основ-
ным металлом весьма высокая.
Доля основного металла в металле наплавки можег быть
несколько меньше при использовании в качестве электрода лен-
ты из бронзьи марки БрАМЦ 9-2.
Наплавка лентой производится на постоянном токе, при об-
ратной полярности. Плотность тока должна составлять не менее
10 а/мм2. Третий слой металла, наплавленного под флюсом
АН-60, содержит 2—3% Fe; 3—5% Al; 2,7—3,3% Мп и 0,6 -
0,8% Si; он обладает твердостью 130—140 Нв, свободен от ме-
таллургических пороков.
Оптимальный режим наплавки лентой БрАМц 9-2 толщиной
1,0 мм и шириной 50 мм под флюсом АН-бО следующий: ток
650—700 а, напряжение дуги 35—38 в, скорость перемещения
дуги 12,5 м/час.
398 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
При наплавке плоских изделий в начале валика возможен
непровар. Ввиду этого перед началом наплавки к изделию при-
хватывают выводные планки толщиной 10—42 мм, шириной,
равной ширине наплавляемого участка.
При наплавке тел вращения (например, заготовок для чер-
вячных шестерен) необходимы приспособления для удержания
флюса от ссыпания .в стороны.
Глава XIV
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ НАПЛАВКИ
Целесообразность применения механизированной наплавки
в конечном счете определяется экономической эффективностью
для каждого конкретного случая, для каждой детали.
Расчет эффективности тем более важен, что стоимость соб-
ственно наплавки довольно высока; наплавленный металл в 1,5—
3 раза дороже электродной проволоки, которая в свою очередь
стоит дороже проката, отливок и поковок, обычно применяемых
для изготовления деталей машин.
При расчетах должны быть учтены следующие основные
факторы:
а) стоимость восстановления детали наплавкой в сравнении
со стоимостью изготовления новой заготовки обычными метода-
ми— ковкой, литьем и т. п.;
б) стоимость механической и термической обработки детали
после наплавки в сравнении со стоимостью обработки новой де-
тали из заготовки;
в) затраты на эксплуатацию и ремонты машины за длитель-
ные (сравнимые) периоды времени до и после применения на-
плавки деталей;
г) качество продукции (в тех случаях, когда оно зависит от
детали, подвергающейся наплавке) и его влияние на экономику
производственного процесса;
д) влияние наплавки па расход дефицитных материалов;
е) влияние износостойкой наплавки на простои машины или
агрегата, на изменение производительности и расходов по пе-
ределу.
Не рассматривая общей методики расчетов экономической
эффективности, которая в нашем случае аналогична общепри-
нятой, приводим некоторые данные, специфические для механи-
зированной наплавки.
1. СТОИМОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
В зависимости от химического состава, диаметра электрод-
ной проволоки и методов ее изготовления (обычная или порош-
ковая), производительности процесса наплавки, типов вспомо-
гательного оборудования и других факторов затраты на наплав-
ку одной тонны металла получаются весьма различными.
Примерные цены 1 т электродной проволоки разных марок
и диаметров приведены в табл. 79.
Стоимость наплавленного металла изменяется в зависимос-
ти от производительности наплавки в каждом конкретном слу-
400 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Таблица 79
Стоимость электродной проволоки
(в руб. за тонну)
Диаметр, мм Св-08 СВ-10Г2 -ЗОХГСА СвХ-5М Св-2Х13 Св-08Х20Н 1ОГ6 ЭИ613 ЭИ701 1 ПП-ЗХ2В8
1,6 1330 1820 2760 4030 6130 10070
2,0 1240 1630 2560 3830 5560 9490 13030 — —
3,0 ИЗО 1420 2330 3600 4800 8730 12340 — —
3,5 1120 1400 2310 3500 4660 8590 — 27000 15200
4,0 1110 1390 2290 3560 4530 8460 12020 — —
чае. Затраты труда, отнесенные к единице времени, остаются
постоянными и при изменении производительности наплавки раз-
ной величиной падают на единицу веса наплавляемого металла.
Трудовые затраты на тонну наплавленного металла обрат-
но пропорциональны производительности наплавки. •
Приводим примерные расчеты стоимости тонны наплавлен-
ного металла при одинаковых условиях наплавки, ио с примене-
нием электродной проволоки марок ЗОХГСА и ПП-ЗХ2В8, наи-
более широко используемых при наплавке.
В расчетах приняты следующие исходные данные:
а) наплавка одним электродом;
б) скорость подачи электродной проволоки — 83 м/час; про-
изводительность наплавки — 5,6 кг/час;
в) расходный коэффициент проволоки— 1,08;
г) расходный коэффициент флюса—1,25;
д) стоимость флюса АН-20—850 руб. за тонну.
Расчет стоимости наплавки одной тонны металла
электродной проволокой марки ЗОХГСА
Материалы
а) Стоимость проволоки диаметром 3 мм для наплавки од-
ной тонны металла:
2330- 1,08 = 2516 руб.
б) Стоимость флюса для наплавки одной тонны металла:
850 • 1,08 • 1,25 = 1142 руб. 50 коп.
Экономические вопросы наплавки
401
Электроэнергия
а) На работу сварочного преобразователя ПС-500:
длительность наплавки 1 т металла
1000 1,08:5,6= 192 часа.
при мощности двигателя преобразователя 28 кет затрачи-
вается на 1 г
28 • J92 = 5376 квт-ч.
б) На работу двигателей наплавочной установки при дли-
тельной работе двигателей общей мощностью 1,5 кет:
1,5 • 192 = 288 рз/и-ч.
в) На работу индукционного нагревателя или электрической
печи для подогрева деталей перед наплавкой при потребляемой
мощности 75 кет и длительности включения 50% от времени
наплавки
75 • 0,5 • 192 = 7200 квт-ч.
Общий расход энергии на наплавку одной тонны металла
5376 + 288 + 7200 = 13856 квт-ч.
Затраты на электроэнергию при иене 8,9 коп. за 1 квт-ч
0,089 -13856= 1233 руб.
Заработная плата
Принимаем, что на установке работает один рабочий с поча-
совой оплатой 5 руб. 34 коп., а вспомогательное и подготовитель-
ное время составляет 25% от машинною.
Затраты па наплавку 1-й тонны металла
5,34 • 192 1,25 =831 руб.
Заработная плата с начислениями и цеховыми накладными
расходами
831 +831 • 0,165 + 831 • 1,0 = 1800 руб.,
где 0,165 доля начислений на заработную плату;
1,0 —накладные расходы, равные 100% к прямой заработ-
ной плате.
Амортизационные отчисления
Примем ориентировочно, что наплавочная установка со всем
основным и вспомогательным оборудованием, монта^сем и строи-
тельными работами стоит в среднем 300 000 руб.
26 Заказ 300
40£ Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
При отчислении в фонд амортизации 10% в год и годовой
производительности установки 18 т наплавленного металла от-
числения на тонну металла будут:
300000- 0,1 : 18= 1666 руб.
Стоимость наплавленного металла
Общая стоимость одной тонны металла, наплавленного про-
волокой марки ЗОХГСЛ, ,
2516 + 1142 + 1233 + 1800 + 1665 = 8357 руб.
Таким образом, при данной производительности наплавлен-
ный металл стоит в 2,3 раза дороже проволоки.
Расчет стоимости наплавки одной тонны металла
электродной проволокой марки ПП-ЗХ2В8
Если принять основные данные по производительности, за-
работной плате, электроэнергии и др. такими же, как и в при-
веденном выше расчете, на стоимости тонны наплавленного ме-
талла отразится только разница в цене электродной проволоки.
Стоимость проволоки для /наплавки одной тонны металла:
15200 • 1,08 = 16416 руб.
Общая стоимость наплавки одной тонны металла проволокой
марки ПП-ЗХ2В8
16416 + 1142 + 1233+ 1800 4- 1666=22 257 руб.
Пользуясь этими примерными расчетами, можно определить
стоимость одной тонны наплавленного металла для любого слу-
чая; при этом необходимо вводить в расчет величины, соответст-
вующие действительным условиям наплавки на предприятии.
Существенное снижение стоимости наплавленного металла
достигается при /повышении производительности наплавки, на-
пример, за счет применения многоэлектродных аппаратов, на-
плавки широкой лентой и т. п.
Применяя трехэлектродную наплавку, можно повысить про-
изводительность процесса не менее чем в два раза. При этом со-
кратятся затраты на электроэнергию для нагрева и работы уста-
новки, а также на зарплату и амортизационные отчисления
(стоимость электроэнергии, затрачиваемой на работу сварочных
преобразователей, не изменится).
Структура затрат при трехэлектродной наплавке проволокой
марки ЗОХГСА:
Экономические вопросы наплавки
403
Электродная проволока . 2516 руб.
Флюс ................ ... 1142 руб.
Электроэнергия....................... 824 руб.
Заработная плата с начислениями 9()0 руб.
Амортизационные отчисления 833 руб.
Итого .6215 руб.
Следовательно, в данных условиях повышение производи-
тельности на 100% снижает стоимость наплавленного металла
примерно на 25%.
2. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙ
И ИЗНОСОСТОЙКОЙ НАПЛАВКИ
Технико-экономический эффект наплавки
Восстановление размеров деталей наплавкой (без повышения
износостойкости) дает эффект только в снижении расходов на
изготовление запасных деталей.
Износостойкая наплавка, помимо сокращения прямых расхо-
дов, во многих случаях оказывает значительное влияние на ряд
других факторов.
Показательным является опыт применения износостойкой на-
плавки прокатных валков различных станов.
Влияние 1И'3'посостойкой наплавки валков па работу прокат-
ного стана было отчетливо выявлено при прокатке сложного,
«трудоемкого» профиля — автообода для колес грузовых автома-
шин. В табл. 80 приведены данные о результатах работы одного
из станов 550 за 14 месяцев работы на валках, ненаплавленных и
наплавленных сталью типа ЗХ2В8.
Таблица 80
Результаты работы стана 550 по прокатке автообода
Период ра- боты, мес. Количество случаев про- катки авто- обода Материал валков о й О । • § g м m 4S В 5 s Я О I S’ s * ч S g 3J f- о £ Q.TO «О Q rj Ж и ас о е в* Проработано ; «горячих» час,—мин. Простои за весь период Прокатано автообода, т
час.—мин. %
8 5 6 6 Сталь 60ХГ зака- ленная . . . Сталь 5D с пап ланкой ЗХ2В8 331—15 325-30 248—27 276—J0 82—48 49—17 25,0 15,2 4098 6806
26'
404 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Простои стана при наплавленных валках сократились на
40% - Производительность за «горячий» час до введения наплав-
ки составляла:
4098 .
---------= 16,4 т;
248,5
с износостойким наплавленным слоем:
6806 с
--------= 24,6 тп,
276,15
24,6-100 ,СПп.
Т. е. ---------- = 150%.
16,4
Повышение производительности было достигнуто благодаря
сокращению подстроек и наладок при переходах на новые ка-
либры, ускорению темпа прокатки и др. При этом примерно на
50%) сократилось количество профиля второго сорта.
Производительность стана за номинальный час работы со-
ставила соответственно:
4098
331,25
6806
325,5
. 20,9.100^1б9
12,37
= 12,37 т;
= 20,9 nv.
Сокращение числа перевалок за счет увеличения износо-
стойкости валков позволило резко — на 40% — сократить про-
стои стана.
Средние расходы по переделу в номинальный час составляли
на данном стане 2090 руб. Следовательно, расходы по переделу
на тонну проката составили:
при прокатке на ненаплавленных валках
2090 - = 169 руб.
12,37
и при прокатке на наплавленных валках
= 100 руб.
20,9
Таким образом, применение наплавленных валков дало эко-
номию расходов по переделу 69 руб. на тонну проката, чем и оп-
ределяется экономический эффект наплавки. За рассматривае-
мый период он составил 69 • 6806 = 470 тыс. руб.
Экономические вопросы наплавки
405
Таблица 81
Расчетные данные по применению йена план ленных и наплавленных валков
на стане блюминг 1150
Показатели Единица измерения Непаплав- ленные валк и Наплавленные валки
проволо- кой марки 30X1 С А проволо- кой марки ПП-ЗХ2В8
Материал валков—кованая сталь. . — 60Х; 50ХН 50 50
Цена валков за тонну руб. 3000,0 2800,0 2800,0
Вес одного валка Стойкость валка за одну установку т 28,0 28,0 28,0
в стан Количество повторных за весь срок службы валка: час. 300 300 900
а) переточек .... ед. 7 10 5
б) наплавок » — 10 5
Полный срок службы валков .... Годовой расход валков на одном час. 2100 6000 9000
ст ане шт. 6 2,4 1,5
Стоимость валков, расходуемых за т 168 67 42
год Количество металла, наплавляемое за: тыс. руб. 504 167,5 105
а) первичную наплавку т — 0,53 0,53
б) повторную наплавку Количество наплавок: — 0,26 0,26
а) первичных ед. — 3 2
б) повторных Количество металла, наплавляемое за весь период работы одного валка » 7 3
/п —— 3,5 2,0
Цена наплавленного металла за 1 т Стоимость наплавленного металла за руб. — 8357,0 22257,0
весь период работы одного валка Количество металла, подлежащее на- плавке на валки одного стана за 29250 45000
год Стоимость наплавки валков блюминга т — 8,4 3,0
за год ... ... Полная стоимость валков, расходус- руб. — 70200 67670
мых па станс за год . ... Экономия от применения наплавки 1ЫС руб. 504,(1 238,2 172,67
валков в год » 265,8 331,33
Примечание. По ненаплавленным валкам приняты фактические заводские данные»
По наплавленным валкам расчет! не данные приняты на основании опыта применения по-
добных валков на различных станах.
406 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Приведенный пример показывает, какое влияние может ока-
зать применение износостойкой наплавки на производительность
агрегата и на снижение себестоимости.
Затраты на наплавку
Сравнение экономической эффективности наплавки с целью
восстановления размеров и износостойкой, несмотря на высокую
стоимость последней, в большинстве случаев показывает, что
применение более дорогих материалов в конечном итоге приво-
дит к снижению затрат, даже и в тех случаях, когда повышение
производительности агрегата и улучшение качества продукции
не учитываются.
В табл. 81 приведены данные расчета по применению на ста-
не блюминг 1150 валков ненаплавленных и наплавленных про-
волоками ЗОХГСА и ПП-ЗХ2В8.
Из данных таблицы следует, что:
а) применение наплавки валков не менее чем в два раза сни-
жает затраты на валки;
б) износостойкая наплавка является экономически более це-
лесообразной, чем простое восстановление размеров валков, да-
же если не учитывать ее положительного влияния на производи-
тельность агрегата и качество продукции.
Естественно, что приведенные в табл. 81 данные и выводы
из них не могут являться основанием для решения вопроса во
всех случаях; они только иллюстрируют возможности процесса.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ПРИМЕНЕНИЯ
НАПЛАВОЧНЫХ УСТАНОВОК
Экономический эффект применения наплавки отдельных де-
талей нельзя рассматривать без определения общей рентабель-
ности сооружения и эксплуатации наплавочных установок на
предприятии.
Рассмотрим этот вопрос для конкретного случая с примене-
нием наплавочной установки типа ВМ. Комплект оборудования
наплавочной установки и его стоимость слагаются из следую-
щих объектов (принимается, что установка монтируется в су-
ществующем цехе):
1. Механическое оборудование установки . . 50 000 руб.
2. Наплавочный аппарат А-384 ................ 10 900 руб.
3. Электроаппаратура управления.............. 15 000 руб.
4. Сварочные преобразователи типа ПС-500
2 шт. по 6400 руб....................... 12 800 руб.
5. Фундамент под установку объемом 50 м3 по
170 руб. за 1 м3 с учетом начислений в
20% 170-50-1,2 ........................ 10 200 руб.
Экономические вогросы наплавки
407
6. Индукторы для нагрева деталей — 2 шт. по
8000 руб................................ 16 000 руб.
7. Трансформаторный киоск мощностью до 350
кеа для питания установки с включением
стоимости оборудования и монтажа . . - 25900 руб.
8. Монтаж установки........................... 5000 руб.
Всего . . 145 800 руб.
Наплавочная установка такого типа может производить па-
плавку как одним, так и тремя электродами или лентой. Учиты-
вая, что основной объем наплавочных работ производится одним
электродом, принимаем 1производителыюсть установки при сред-
нем режиме 5,6 кг наплавленного металла в час.
Установка должна работать по две семичасовые смены 306
дней в год. Машинное время по опытным данным составляет
около 75%- Тогда годовая производительность установки по на-
плавленному металлу будет:
5,6 • 14 • 306 • 0,75 = 18092 Кг\ округленно 18 т в год.
На установке типа ВМ наплавляются в основном детали,
имеющие форму тел вращения (цилиндрические, конические или
кольцевые). Номенклатура деталей довольно широка, но по
опытным данным на предприятиях черной металлургии основной
объем наплавки приходится на такие детали: колеса кранов и
разных тележек, валки коксодробилок, тормозные шкивы, шей-
ки валов и валков, ролики рольгангов и др.
Данные о размерах и весе деталей, а также объеме наплавки
приведены в табл. 82.
Количество наплавленного металла составляет от 2 до 8,9%
от веса деталей; в среднем по всем деталям его можно принять
равным 5%.
С достаточной точностью для обобщенного расчета
можно принять, что восстановление размеров деталей из
стального литья стоимостью в среднем 1100 руб. за тонну или из
поковок стоимостью 1800 руб. за тонну может быть достигнуто
наплавкой 5% металла стоимостью 8357 руб. за тонну.
Это значит, что восстановление детален общим весом в 1 т
ценой 1100 или 1800 руб. достигается наплавкой 50 кг металла
общей стоимостью 414 руб.
Восстановление размеров деталей будет рентабельным до тех
пор, пока стоимость единовременной наплавки составляет сум-
му, меньшую или равную ctohmochi и «('отопления новой детали.
Экономическая эффективность восг|.111овлс.ння размеров опреде-
ляется соотношением стоимостей металла заготовки новой дета-
ли и наплавляемого металла.
408 Применение автоматической наплавки для восстановления деталей
Таблица 82
Вес деталей и металла, наплавленного на них для восстановления размеров
Диаметр детали мм Ширина де- тали, мм (длина на- плавки) Вес детали кг Толщина наплавляемого слоя, мм Вес наплав- ленного ме- талла, кг Наплавлен- ный металл % к весу детали
Нолеса кранов
600 140 275 3 7,5 2,7
700 180 450 5 18,5 4,1
800 180 600 5 21,5 3,6
1000 250 1000 7 43,0 4,3
Средн ее 3,7
Валки коксодробилок
900 900 4500 8 160,0 3.6
Тормозные шкивы
355 120 32 2 2,1 6,5
455 172 62 2 3,8 6,2
535 190 90 3 7,5 8,3
610 190 130 4 11,5 8,9
Среднее 7,5
Ролики рольгангов
300 1000 500 4 30,b 6,0
450 1600 1500 5 88,0 5,75
600 2800 4500 5 205,0 4.6
Среднее 5,45
Валы длиной 3000 мм
80 1 200x2 120 3 2,4 2 0
120 | 250X2 270 4 6Л 22
180 300 X2 600 5 14,0 2Д
Среднее 2,2
Экономические вопросы наплавки
409
Для стальных литых деталей это достигается при весе на-
1100-100
плавленного металла до -------------- = 137о; для поковок до
8357
1800-100 ,
8357
Поскольку наплавочная установка ВМ обеспечивает наплав-
ку 18 т металла в год, а среднее количество наплавляемого ме-
талла на восстанавливаемые детали составляет 5%. одна уста-
новка дает возможность сократить изготовление новых деталей
18 осл
в количестве -----= ЗЬО т в год.
0,05
По данным металлургических заводов стальные детали обо-
рудования изготовляются на 40% из поковок и на 60% из отли-
вок. Принимая эти данные, определим общую стоимость новых
деталей, заменяемых наплавкой:
360 • 0,4 • 1800 +- 360 -0,6-1100 = 496 800 руб.
Стоимость 18 т наплавленного металла:
8357 • 18 = 150 426 руб.
Чистая экономия от работы одной наплавочной установки:
496 800 — 150 426 = 346 374 руб.
Сравнивая полученный результат со стоимостью установки,
видим, что установка окупается за
145 800 : 346 374 = 0,42 года,
т. е. за 5 месяцев эксплуатации с полной нагрузкой.
Приведенные выше соображения основываются на двух пред-
положениях: I) наплавка производится только для восстановле-
ния размеров деталей; 2) стоимость обработки наплавленных
деталей равна стоимости обработки новых деталей.
В деГн гвигельносги стоимость обработки наплавленных де-
талей меньше чем новых, так как обрабатывается только изна-
шивающая'я поверхность детали; следовательно, эффект приме-
нения наплавки будет большим за счет уменьшения механиче-
ской обработки
Определение »ффектпвпости применения износостойкой на-
плавки необходимо Производить с учетом всех факторов, сопут
ствукниих ыкому процессу. Если не учитывать влияния повыше-
ния и .iiocoi loiiiuM in, го наплавка рентабельна при весе нацлав
ленного металла:
для ли 11.14 и ‘Делий до
I100 • 100
22 257
= 4,9%,
27 Заказ 390
412
Литература
20. Брусницын Ю. Д., Новые флюсы для автоматической сварки и
наплавки. «Автоматическая сварка», 1957, № 4.
21. Бунин К. П., Железоуглеродистые сплавы, Машгиз, 1949.
22. Бунин К. П., Иванцов Г. И., Малиночка Я- Н., Структура
чугуна, Машгиз, 1952.
23. В е й ц И. В. и Г у р в и ч Л. В., Энергия диссоциации окислов маг-
ния, кальция, стронция и бария, «Оптика и спектроскопия», 1956, № 1.
24. Геллер Ю. А., Инструментальные стали, Металлургиздат, 1955.
25. Г е й д о н А., Энергия диссоциации и спектры двухавтоматных моле-
кул, Перевод под ред. М. В. Волькенштейна, ИЛ, 1949.
26. Гликман Л. А., Коррозионно-механическая прочность металлов,
Машгиз, 1955.
27. Гликман Л. А., Свойства стали при повторных .нагреваниях и охла-
ждениях (термическая усталость), «Журнал технической физики», 1937, № 3.
28. Горшков А. А., Отливки для металлургического оборудования,
Машгиз, 1947.
29. Горшков И. Е., Литье слитков цветных металлов и сплавов, 2-е
изд., Металлургиздат, 19о2.
30. Г рузин П. Л., Курдюмов Г. В., Тют ю н и к А. Л., Энти н Р. И.,
О роли диффузионных перемещений атомов в жаропрочности. Сборник «Ис-
следования по жаропрочным сплавам», АН СССР, 1957.
31. Гутман Л. М., О новом способе наплавки гребней железнодорож-
ных бандажей, «Автоматическая сварка», № 1, 1951.
32. Д о б р о х о т о в Н. Н., Взаимодействие элементов и их окислов
в сварочной ванне при сварке металлов, «Автогенное дело», 1948, Ns 9.
33. Д у б о в а Т. Н., Регулирование содержания кремния и марганца
в наплавленном металле, Труды ЛПИ им. Калинина, 1949, Ns 3.
34. Д у б о в о й В. Я., Выбор стали и термическая обработка штампов
в автотракторном производстве, ОНТИ, Н'<ТП, 1938.
35. Дубовой В. Я-, Флокены в стали, Металлургиздат, 1950.
36. Д я т л о в В. И., Особенности металлургических процессов при свар-
ке под флюсом, Юбилейный сборник, посвященный Е. О. Патону, АН УССР,
1951.
37. Дятлов В. I. i Фру Mi н I. I., Виготавлення, товстих електродних
покрить 1з ситетичних шлаюв, АН УРСР, 1938.
38. Емельянов Н. П., Автоматическая наплавка деталей железнодо-
рожного подвижного состава многоэлектродным автоматом, Сборник «Авто-
матическая наплавка износоустойчивыми сплавами», Машгиз, 1955.
39. Ерохин А. А., К вопросу об исследовании равновесия при сварке.
«Автоматическая сварка», 1958, № 5.
40. Ерохин А. А., О температуре капель расплавленного электродного
металла при дуговой сварке, «Известия Академии наук СССР», ОТН, 1955,
№ 9.
41. Есин О. А., Шихов В. Н., О кинетике кремневосстановительного
процесса, «Известия АН СССР», ОТН, 1955, № 6.
। 42. Залесский В. И. и Корнев Д. М., Образование поверхностных
трещин при цикличных нагревах и охлаждениях стали. Московский инсти-
тут стали им. Сталина, «Производство и обработка стали», Сборник XXXII,
Металлургиздат, 1954.
43. 3 е м з и н В. Н., Деформации и напряжения при сварке конструкци-
онной закаливающейся стали, «Автогенное дело», 1952, Ns 3.
: 44. Иванцов Г. П., К теории теплообмена прокатных валков и рас-
каленного металла, «Журнал технической физики», 1937, т. VII, вып. 10.
45. И с коз Б. Б., Шраерман М. Р, и Петров Е. Ф., Переход мар-
ганца, кремния, фосфора и серы из флюса в металл шва при автоматической
и полуавтоматической шланговой сварке электродной проволокой диаметром
2 мм, «Автогенное дело», 1950, Ns 10.
Литература
413
46. Искольдский 11 И.. Черкиискля С. Л. Борид хромп и сто
применение в наплавочных силанах, «Журнал прикладной химии», 1958,
т. 31, № 1.
47. Касаткин Б. С., Каховский II. II., В л х н н и К). II., Элек-
тродная проволока, легированная алюминием, для автом.пнчгч’Кой сварки,
«Автоматическая снарка», 195,1, № 6.
48. Кир до Л В.. ItiMcpemic температуры мощной сварочной дуги,
горящей под флюсом, Юбилейный сборник, посвященный Е. О. Нагону,
АН УССР, 1951.
49. Кнрдо II В., О составе газов, окружающих дугу при сварке под
флюсом, «Автоматическая снарка», 1950, № I.
50. К и р д о И В.. Тепловой баланс сварки под флюсом, Сборник трудов
по автоматической сварке иод флюсом, I, АН УССР, 1948.
51. Кир до И В., Подгаеикий В. В., О влиянии флюсов на пори-
стость автоматного шва, вызванную ржавчиной, Сборник трудов по автома-
тической снарке под флюсом, № 6, АН УССР, 1949.
52. Корольков А. М.. Усадочные явления в сплавах и образование
трещин при затвердевании, АН СССР, 1957.
53. К о с м а ч е в И. Г., Сварка и наплавка в производстве режущего ин-
струмента, Машгиз, 1955.
54. Крамаров А. Д., Физико-химические процессы производства стали,
Металлургиздат. 1954.
55. Кривошеев А. Е., Литые валки (Теоретические и технологические
основы производства), Металлургиздат, 1957.
56. К с е н д з ы к Г. В., Автоматическая наплавка слоя отбеленного чу-
гуна с помощью чугунной электродной ленты, «Автоматическая сварка»,
1959, Ns 2.
57. Кубашевский О. и Эванс Э., Термохимия в металлургии, Пе-
ревод под ред. А. Ф. Капустинского, ИЛ, 1954.
58. К у з м а к Е. М., Индукционный способ оснащения твердыми спла-
вами долот для бурения, Сбопник «Автоматическая наплавка износоустой-
чивыми сплавами», Машгиз, 1955.
59. К у з м а к Е. М. и Ефремова К. П., К вопросу о растворении и
перемешивании карбидов вольфрама в стали при армировании зерновым твер-
дым сплавом, «Автоматическая сварка», 1958, № 9.
60. Кузнецов В. Д., Физика твердого тела, т IV, Материалы по фи-
зике внутреннего трения и износа, АН СССР, 1947.
61. Куликов И. С. и Жуховицкий А. А.. Исследование кинетики
реакций между металлом и шлаком методом радиоактивных индикаторов.
Сборник «Производство и обработка стали», XXXII, ^Металлургиздат, 1954.
62 К v л ь ч и п ьк'И й Л О.. Енергетичний баланс дуги при зварювани!
метал!чнимн електродами, АН УРСР, 1941.
63. Куркин С. А., Стойкость металла против образоваиия горячих тре-
щин при автоматической сварке, «Автоматическая сванка». 1954, Ns 2.
64. К у ш н е р е в Д. М., О стойкости швов против образования пор, вы-
зываемых ржавчиной, при сварке под керамическим флюсом, «Автоматиче-
ская сварка», 1959, № 4.
65. Лазаренко Н. И., Изменение исходных свойств поверхности ка-
тода под действием искровых электрических импульсов, протекающих в га-
зовой среде, Сборник «Электроискровая обработка металлов», вып. I,
АН СССР, 1957.
66. Лапидус В. А., Исследование равновесного состояния системы ме-
талл—шлак при сварке электродами марки ЦИ-1, «Автогенное дело», 1951,
№ 4.
67. Лапидус В. А., Электроды для наплавки, Машгиз, 1957.
.68 . Лаш ко Н. Ф., Лашко-Авакян С. В., Металловедение сварки
(некоторые вопросы), Машгиз, 1954.
414
Литература
69. Лейначук Е. И., Влияние повышенных температур на абразивный
износ наплавленного металла, «Автоматическая сварка», 1957, № 5.
70. Л е й н а ч у к Е. И., и Подгаецкий В. В., К образованию горя-
чих трещин в наплавленном металле, «Автоматическая сварка», 1955, № 1.
71. Липецкий И. А., Исследование влияния серы на трещины свар-
ного шва, Труды ЦНИИ НКТП и танковой промышленности, 1945, № 2—3
(23—24).
72. Липецкий И. А., Изменение металлов при сварке, Машгиз, 1956.
73. Л и п е ц к и й И. А., Перемешивание и разделение металла и шлака
по ходу металлургического цикла при дуговой сварке, «Автогенное дели»,
1946, № 8—9.
74. Липецкий И. А., Образование трещин в процессе остывания свар-
ных швов углеродистых конструкционных сталей, «Вестник металлопромыш
ленности», 1938, № 2 и № 3.
75. Л о з и н с к и й М. Г., Сквозной электронагрев кузнечных заготовок,
Сборник «Электронагрев заготовок для ковки и штамповки», Машгиз, 1950.
76. Л у к а ш е к Я. и Леб ль К., Способ автоматической наплавки вы-
соколегированных сталей и сплавов под флюсом, «Автоматическая сварка»,
1959, № I, 2.
77. Л ю б а в с к и й К. В., Металлургия автоматической сварки малоугле-
родистой стали под флюсом, Сборщик «Вопросы теории сварочных процессов»,
Машгиз, 1948.
78. Любавский К. В., Влияние поверхностных окислов на образова-
ние пор при сварке под флюсом, «Автогенное дело», 1948, № 6.
79. Любавский К. В., Некоторые вопросы металлургии автоматиче-
ской сварки под флюсом стали ЭЯТ, «Автогенное дело», 1949, № 4.
80. Любавский К. В., Модификация флюса АШ, «Автогенное дело»,
1945, Ns 1.
81. Любавский К. В., Тимофеев М. М., Влияние колебания со-
става высокомарганцовистого флюса на его свойства, «Автогенное дело».
1951, № 6.
82. Любавский К- В. и Новожилов Н. М., Сварка плавящимся
электродом в атмосфере защитных газов, «Автогенное дело», № 1, 1953.
83. Л ю б а в с к и й К. В., Торопов В. А., К вопросу образования го-
рячих трещин при дуговой сварке аустенитных сталей, Сборник «Новое в тех-
нологии свррки», Машгиз, 1955.
84. Мазель А. Г., Васильков В. П., К вопросу автоматической
сварки под флюсом ржавого металла, «Автоматическая сварка», 1954, № 6.
85. М а к а р а А. М., Трещины в околошовной зоне легированных улуч-
шаемых сталей, «Юбилейный сборник, посвященный Е. О. Патону», АН УССР,
1951.
86. Макара А. М., Слуцкая Т. М., О стойкости околошовной зоны
среднелегированных сталей против образования трещин при сварке на посто
янном и переменном токе, «Автоматическая сварка», 1956, № 6.
87. М а к с и м о в Б. В., Автоматическая наплавка инструмента под сло-
ем легирующих паст, Машгиз, 1953.
88. Медовар Б. И., О влиянии растворимости элементов на образова-
ние горячих трещин в сварных швах, «Автоматическая сварка», 1955. Ns 2.
89. Медовар Б. И., Сварка хромоникелевых аустенитных сталей, 2-е
изд.., Машгиз, 1958.
90. Мельников П. А., Влияние типа электродов на распределение ос-
таточных напряжений в сварных соединениях, «Автогенное дело», 1952, №3.
91. Михайлов-Михеев П. Б. Металл газовых турбин, Машгиз, 1958.
92. М о в ч а н Б. А., О причинах и механизме горячих трещин в сварных
швах с однофазной аустенитной структурой, «Автоматическая сварка», 1959,
Ns 6.
93. Мовчан Б. А., и Позняк Л. А. Радиографическое исследование
Лин /IU IUIXI
1)5
внутр'икристаллическсй1 Н1ч>дш»Ш>ДН1н mi серы и ф<кф|>рн л «пирных liiuux, «Ли
тематическая снарка», 19.>1», № 1
94. Морозов Л II., Водород и них и < шли, Мг1пллу|чтпллт, 1950,
95 . Н а з а р о и ( I и ' I и । i и к о и Л I , Ahiomiiiiimt. кин лупиши свар
ка с подачей грпнулнроп iiiiiohi флип i и nviy. Лиин rinior дело» 19.19, № 4
96. He x с и л । н l< > Л, < i ильное лтье, Meiiuuiypi н linn, 19 111
97. liexeimiit l< • Л. и • н м и р и и Л М, Жи |кон-ку,ич и. сгллн как
технологическая ироб.1 дли опенки се Kiinerinii, Сборник «Фн шко-хнмнчс
ские основы upon in дсенп нилн», ЛИ < ‘ « I’, 1951,
98. Несис Г И. Киигии, п ргильних условиях, «Журнпл |ех1шческ-ой
физики», 1952, т. 22, № 9
99. Николпеи I Л. и Прохором II. II, Напряжения и процессе
сварки, Л11 С.( СР, ГМ8.
100. 11 и к о л и г и к о I, Г, Прг-и П1ол< inn IOHKOIO iiyiyiiiiino листа, Тру
ды НТО черной ме1пллур1 mi, I V, Прон шодгinn ioiikiiio чугуiiiioiо лиси
метод м бесслиiкопой прока ikii, 19 >7
101. Новожилов II М, Вопросы мсп1ллур1 пи л Vi опой снарки в за-
щитных газах, Сборник Понос н 14'xhojioiiiii снарки», 1955
102. Окерблом Н О, Расчет деформаций металлоконструкций при
сварке, Машпи, 1955.
103. Окерблом Н О.. (дырочные деформации и ii.inpiiiKoiiiiii, 1еорпя
и ее применение, Машпи, 19-18
104. Окерблом Н. О. и В а й к о и а II II, Нлпяи-ие формы о глубины
проплавления основного металла па величину умоных и поперечных дефор-
маций, Сборник «Проблемы дуговой и контактной электросварки», Машгиз,
1956.
105. -О ст р о в с к а я С. А.. Некоторые допросы -обрл юпания кристалли-
зационных трещин при электрошлаковой снарке, «Актоматичсская снарка»,
1957, № 4.
106. Островская С Л., М и н д е л i. б е р i С Л, Сварка пролетит
строений мостов, ЛИ УССР, 1955.
107. Панов Б. П, Автоматическая наплавка легированных сплинон труб-
чатым электродом, Сборник «AnroMiiiiPiecKiiii ннн ji.i нки и шосоус ioI'pihbijmii
сплавами», Машгиз, 1955.
108. Панченко Е. В., Кример Б, П u 11 у и и к п и Г Г , Сталь для
форм литья под давлением, «Производство и обработки 11 1.111», Сборник XXIX,
Московский институт стали им Сталина, Mrrwiypi и iii.ii, I9.M).
109. Патон Е. О., Скоростная автоматнческли снарка под слоем флю-
са, 3-е изд., Машгиз, 1942.
ПО. Патон Б. Е., О размере электродных капель при снарке под флю
сом, «Автоматическая сварка», 1950, № 4.
111. Пацкевич И. Р., Вибродуговая 'нлпллнка, Машпи, 1958.
412. Пацкевич И. Р., Исследование размеров >.1ек|р<>лпых капель
при ручной дуговой сварке, «Автоматическая сварка», 1954, № 1
113. Петров А. В., Давление дуги на сварочную ванну в среде защит-
ного газа. «Автоматическая сварка», 1955, Xs 4'.
114. Петров А. В., Перенос металла в дуге и проплавление основ-
ного металла при сварке в среде защитных газов, «Автоматическая сварка».
1957, Xs 4.
115. Петров Г. Л., Взаимодействие металла и шлака н процессе элек-
трической дуговой сварки, Труды ЛПИ им. Калинина, 1949. Хл 3.
116. Петров Г. Л., О макронеоднородности химического состава ме-
талла сварных швов, «Известия АН СССР», ОТН, 1955. Xs 9.
117. Петров Г. Л., Процессы установления химического состава в зоне
сплавления при сварке. «Автоматическая сварка», 1957, Xs 5.
118. Петру ничев В. А., Давление дуги большой мощности на сва-
рочную ванну, «Сварочное производство», № 7, 1958.
416
итература
119. Погодин-Алексеев Г. И., Теория сварочных процессов, 2-е
изд., Машгиз, 1950.
120. П о д г а е ц к и й В. В., Реакции в атмосфере дуги при сварке пол
флюсом, «Автоматическая сварка», 1953, № 1.
121. Подгаецкий В. В. и Лейначук Е. И., К вопросу о горячих
трещинах при автоматической сварке под флюсом малоуглероди-той стали.
Труды по автоматической сварке под флюсом. Сборник № 7, АН УССР, 1949
122. Подгаецкий В. В. и Мельник А. В., Влияние строения флюса
на пористость шва, «Автоматическая сварка», № 4. 1955.
123. П оз и я к Л. А., О влиянии углерода на дендритную неоднородность
распределения серы в сварных швах, «Автоматическая сварка», 195/, Ns 1.
124. Попов А. А., К теории кристаллизации металлических сплавов.
Сборник «Проблемы металловедения ,и термической обработки», Машгиз,
1956.
125. Походня И К-, Взаимодействие шлака и металла при дуговой
и элсктрошлаковой наплавке высокохромистых ледебуритных сталей, «Авто-
матическая сварка», 1955, № 5.
126. Походня И. К., Горячие (кристаллизационные) трещины при на
плавке высокоуглеродистых высокохромистых сталей, Сборник «Горячие тре
щины в сварных соединениях, слитках и отливках», АН СССР. 1959.
127. Походня И. К-, О влиянии скорости охлаждения на образование
кристаллизационных трешин, «Автоматическая сварка», 1955, № 6.
128. Походня И. К., О влиянии химического состава яслсзохромоуг-
леродистых сплавов на склонность к образованию кристаллизационных тре-
щин, «Автоматическая сварка», 1956, Ns 6.
129. Походня И. К., Проволока для наплавки износостойких сталей
в среде углекислого газа, «Автоматическая сварка», 1957, Ns 3.
130. Походня И. К-, Прогрессивные способы наплавки деталей изно-
состойкими сплавами, филиал ВНИИТИ, Серия «Передовой научно-техниче
ский и производственный опыт», 1959.
131. Походня И. К.. Современные способы наплавки износостойких
сталей, изд. ЛДНТП, 1956.
132. Походня И. К. и Суптель А. М., Полуавтоматическая сварка
порошковой проволокой, «Автоматическая сварка», 1959, № 11.
133. Походня И. К. и Ф р у м и н И. И., О температуре ©варочной ван-
ны, «Автоматическая сварка», 1955, № 5.
134. Прохоров Н. Н., Горячие трещины при сварке, Машгиз, 1952.
135. Р а б к и н Д. М., Распределение температур в ваше при автомати-
ческой сварке алюминия, «Автоматическая сварка», 1956, № 2.
136. Рабкин Д. М., Энергетическое исследование приэлектродных об-
ластей мошной сварочной дуги, «Автоматическая сварка», 1951, № 2.
137. Рабкин Д. М., Готальский Ю. Н., К у деля Е. С., Под-
гаецкий В. В., Об отделимости шлаковой корки при автоматической свар
ке под флюсом, «Автоматическая сварка», 1950, Ns 3.
138. Рабкин Д. М. и Подгаецкий В. В., Металлургические про-
цессы при сварке под флюсом. В книге «Автоматическая электродуговач
сварка», под ред. Е. О. Патона, Машгиз, 1953.
139. Рабкин Д. М. и Фру мин И. И., Причины обпазования горячих
трещин в сварных швах, «Автоматическая сварка», 1950, № 2.
140. Раевский Г. В., О хрупких разрушениях свапчых резервуаров и
других конструкций, «Автоматическая сварка», 1955, № 6.
141. Россоши некий А. А., О методах исследования первичной струи
туры сварных швов, «Автоматическая сварка», 1955, Ns 4.
142. Р о с т о в ц ев С. Т., Теория металлургических процессов, Метал
лургиздат, 1956.
143. Рыкалин Н. Н., Расчеты тепловых процессов при сварке, Маш-
гиз, 1951.
Литература
•II
144. Рыкалин Н. Н., Тепловые основы сварки, АН СССР, 1947.
145. Рыка лин Н. Н. и Кулагин И. Д., Тепловые параметры cuu
ровной дуги. Сборник «Тепловые процессы при сварке», АН СССР, 1953.,
146. Рыка л ин Н. Н. и Любавский К. В., К вопросу о длин- сва
ровной ванны, «Автогенное дело», 1946, № 12.
147. Рыкали н Н. Н. и О кер б л ом Н. О., Некоторые направлении
в развитии теории сварочных процессов, «Сваровное производство», 1957,
№ 11.
148. Самарин А. М., Физико-химические основы раскисления стали;
АН СССР, 1956.
149. Са ханов ив В. Е., Автоматическая сварка с применением за-
щитных флюсов, «Автогенное дело», 1938, № 6.
150. Саханович В. Е., Электроды с внутренней обмазкой для авто-
мативеской дуговой сварки, «Автогенное дело», 1939, № 1.
151. Серен сен С. В , Усталость металлов, ВНИТОМАШ, Машгиз, 1949.
152. Славинский М. П., Физике-химические свойства элементов, Ме-
таллургиздат, 1952.
153. Слав янов Н. Г., Электрическая отливка металлов, С.-Петербург,.
1892, Машгиз, 1954.
154. С лихтер В. П„ Колб И. Л., Распределение ппимесея в кри-
сталлах германия; Холл Р. Н., Сегрегация примесей при выращивании кри-
сталлов германия и кремния и др.. Сборник «Германий» (серия «Редкие ме-
таллы»), перевод с англ., ИЛ, 1955.
155. Слуцкая Т. М., Влияние микроскопических шлаковых включений
на свойства металла шва. «Автомативеская сварка», 1950, № 1.
156. Слуцкая Т. М., Гуревив С. М.. Аустенитная электродная про-
волока типа Х20Н10Г6Т для автомативеской сварки, «Автомативеская свар-
ка», 1955. № 3.
157. С т а р о д у б о в К. Ф., Термивеская обработка массивных литых
валов из высокоуглеродистой легированной хромом и никелем стали, «Метал-
лург», 1940, № 8.
158. Стукач А. Г., Расчет охлаждения металла при горячей прокатке
«Сталь», 1955, № 7.
159. Таран В. Д., Получение беспористых швов при сварке газозащит-
ными °1лект.оодам.и, «Автогенное дело», 1940- № 8—9.
160. Терентьев С. Г. и Антонов П. И., Наплавка .валков твердым-
сплавом на заводе «Красный Октябрь», Бюллетень Центр, института ипфор-
мади'1 черной металлургии. 1957, № 5.
161 Три и кс В., Калибровка прокатных валков, .Перевод под ред.
А. В. Истомина, ОНТИ, в I. 1934, в. II, 1935.
162. Тум а рев А. С., Комплексное восстановление и окисление элемен-
тов, Сборник «Проблемы металлургии», АН СССР, 1953.
163. Фпидман Я. Б, Механические свойства металлов, 2-е изд.. Обо-
ронив, 1952.
164. Ф полов В. В., Физико-химические процессы в сварочп-й avre.
Машгиз, 1954.
165. Фрумин И. И., Производство пемзовидного флюса для автомати-
ческой сварки. «Труды по автоматической сварке под флюсом», сборник К» 4,
АН УССР, 1949.
166. Фрум ин И. И., Легирование наплавленного металла при сварке
под флюсом, «Автоматическая сварка». 1952, № 1.
167 Фрумин И. И, Автоматическая сварка стали СХЛ2, Трупы Все-
союзной конференции по автоматической сварке под флюсом, АН УССР, 1948.
168. Фрумин И. И., О механизме возникновения кристаллизационных
трещин при сварке и наплавке, «Автоматическая сварка», 1957, № 1.
169. Фрумин И. И., О достижимости равновесия между шлаком и ме-
таллом при .сварке и наплавке, «Автоматическая сварка», 1958, № 1
418
Литература
170. Фрумин И. И., Повышение стойкости прокатных валков, посред-
ством наплавки, «Автоматическая сварка», 1954, № 3.
171. Фрумин И. И., Кир до И. В. и П о д г а е ц к ий В. В., Образова-
ние пор в сварных швах и влияние состава флюса на склонность к порам,
«Автогенное дело», 1949, № 10.
172. Фрумин И. И.. Петриченко В. К., Автоматическая 'наплавка
стальных прокатных валков (практическое руководство), Металлургиздат,
1956.
173. Ф р у м и н И. И. иПодгаецкнй В В., Поверхностное иатяжение
сварочных флюсов, «Автоматическая свапка», 1951, № 2.
174. Фрумин И. И. и Походи я И. К-, Автоматическая наплавка по-
рошковой электродной проволокой под флюсом — новый способ изготовле-
ния биметаллических изделий. Сборник «Автоматическая наплавка износо-
устойчивыми сплавами». Машгиз, 1955.
175. Фрумин И. И. и Походи я И. К., Исследование средней тем-
пературы сварочной ванны, «Автоматическая сварка», 1955, № 4.
176. Фрумин И. И., Походи я И. К., Кир до И. В., Биметалличе-
ские шарошки для буровых долот, «Автоматическая сварка», 1954, № 4.
177. Фрумин Й. И. и Рабкин Д. М., К вопросу о флюсах для свар-
ки малоуглеоодистой стали. Труды по автоматической сварке под флюсом.
Сборник № 3. АН УССР, 1948.
178. Фрумин И И.. Рабкин Д. М. и Гуревич С. М., Вопросы авто-
матической сварки сталей повышенной прочности, Юбилейный сборник, по-
священный' Е. О. Патону, АН УССР. 1951.
179. Фрумин И. И., Рабкин Д. М., Подгаеикий В. В„ Поход-
ня И. К. и Лейна чук Е. И., Низкокремнистые флюсы для автоматиче-
ской сварки и наплавки. «Автоматическая сварка». 1956, № 1.
180. Фрумин С. Р., Автоматическая наплавка под флюсом по слою
легирующей крупки, Сборник «Автоматическая наплавка износоустойчивыми
сплавами», Машгиз, 1955.
181. Хальд А., Математическая статистика с техническими приложе-
ниями. Перевод под ред. Ю. В. Линника, ИЛ, 1956.
182. Хренов К. К., Электрическая сварочная дуга, Машгиз, 1949.
183. Хренов К. К. и Кушнере в Д М, Керамические флюсы для
автоматической дуговой сварки, Гостехиздат, УССР, 1954.
184. Чекмарев А- П., Мош ков це в Р. А., Износ прокатных вал-
ков, Металлургиздат, 1955.
185. Чернаков Ф. А.. Богданов Ф. А., Аргоно-дуговая сварка и ее
применение, Судпромгиз, 1958.
186. Чернов Д. К., Сталелитейное дело, 1898, в книге «Д. К. Чернов
и наука о металлах», Металлургиздат, 1950.
187. Шеверницький В. В., Слунька Т. М„ Гаряч! i холоди! трР
щини в зварних швах при електродуговому зварюванш маловуглецево! стал!,
АН УРСР, 1940.
188. Шига нов Н. В. и Раймонд Э Д.. Измерение давления дуги
при сварке в среде аргона и под флюсом, «Сварочное производство», 1957,
№ 12.
189. Широков А. М., Механизм разрушения рабочей поверхности про-
катных валков, «Сталь», 1954. № 9.
190. Штерлинг С. 3., Достижения сварочной техники в США, Ред-
техиздат. 1935.
191. Шумкин В. Н„ К вопросу о порядке средней температуры сте-
кающего в шов металла. Труды ДВПИ им. Куйбышева, Вып. 22, 1940.
192. Электрошлаковая сварка, под ред. Б. Е. Патона, Машгиз, изд., 1960.
193. Эмилеус X. Д., Нелетучие неорганические фториды. Сборник
«Фтор и его соединения», под ред. Дж. Саймонса, перевод с английского,
ИЛ, 1953.
IltirpillUI'il
II1
i!94. Ю з n с и к и К > Л, .'li<i 11||\11>Н|11г Hi-Hu л и'it пне |||.>П1>| м ji.'iit iiiiuiMii
тической и iKJiyiuiiiiMiinii'iiM пиП iiiiiuiuiikii, •Aiihimhiii'ik ihih iiinpiui*, |9.’>9.
№ 10.
195. Яной, кий И II. Inin и iiniiiiiix । i i.'it и i ttiiiiJii.iibi x in чей, Mi'infl
лургипыт, 1*152
196. Л p l> I г I I \V I? nd Pel I In I W S., iaitni whli Il liilhicni't
weld hot cinckliii., «Willing hull toil», I9>l, N" 2
197 Л p о I d A., Sniiir чицц|-ч1'|| <iiu и. of poro’.ily Hid liol^rni'ldilg in
the metal tin welding ol plniii cniboii Fleel», «Welding RrM-.mli», 19.52.
No. 3, pp. 58 (>8.
198 Avery II S I lol h.ndiiess of hard facing alloys, «Welding Joni
nal», 1950, No. 7, pp 55'2—4178.
199. Babcock 1) Г , Ihc fnmdamental nature of welding. Part V. The
Physical chemistry ol lhe urc welding process, «The Welding Journal», 1941,
No 4.
200. Par gone A, Gottardi V., Sull’ equilibrio nelle reazioni tra sco-
ria e melallo uel piocesso di saldatura ad arco, «Rivista Italiana della Salda-
tura». 1956, No. 2, p. 66—73; 1957, No. 1, p. 9—16.
201 Becker H , Die Reparaturschweissung an Hartgusswalzen, «Stahl
und Eisen», 1954, Heft 18, S. 1136—1142.
202 Becker H., Ober das Auftragschweissen bei Stahlwalzen, «Stahl
und Eisen», 1954, Heft 18. S 1144—1159.
203. Boulanger C., Influence des joints intergranulaires des metaux
et alliages sur certaines proprietes mecaniques au voisinage du point de fu-
sion, «Revue de Metallurgie», 1954, No. 3.
204. Campbell J. E., High Temperature Technology. John Wiley ard
Sons, New-York, 1956.
205. Christensen N. and Chipman J., Slag-Metal Interaction
in Arc Welding, Welding Research Council Bulletin Series, No. 15, New-York,
Jannuary, 1953.
206. Claussen G. E., The metallurgy of covered electrode weld metal
Adams Lecture, «The Welding Journal», 1949, No. 1.
207. Collette G., Grussard C., Kohn A., Plateau J., Pomey G.
et Weisz M„ Contribution a 1’etude des transformations des austenites a 12%
Mn. «Revue de Metallurgie», 1957, No. 6, pp. 433—486.
208. Cottrell C., Ffect of hydrogen on continuous-cooling transfor-
mation diagram for manganese-molybdenum steel, «Journal of the Iron and
Steel Institute», 1954, v. 176, No. 3.
209. Cottrell C„ Hvdrogen-barrier to welding progress, «Britisch Wei
ding Journal», 1954, v. 1, No. 4.
210. Culbertson R. P., Surfacing with composite tube rod, «Welding
Journal». 1955, No. 9.
211. Danhier F., Un nouveau procede de soudage automatique sous
atmosphere protectrice d’anhydride carbonique, «Revue de la Soudure-La-
Stijdschrift», 1957, No. 1.
212. Erdmann-Jesnitzer F. u. Primke K., Beitrag zur W3rmc-
wirkung von Elektroden. zum Tiefbrandeffekt und zur Messung mechnnischer
Krafte im Schweisslichtbogen «Schweisstechnik» (Berlin), 1956, № 12,
S. 353—360.
213. Fast J. D., Bedeutung von Sauerstoff und Stickstoff bei der Licht-
bogenschweissung, «Philips’ Technische Rundschau», 1948, No. 1, S. 26- 34;
No. 4, S. 118—126.
214. Fast J. D., Influence of Gases in Arc Welding of Steel, Internatio-
nal Institute of Welding, Essen, 1. VII 1957.
215. Fast J. D. Ursachen der Porositat in Schweissnahten, Philips’
Technische Rundschau», 1949, No. 4, S. 101—111.
420
Литература
216. Gill J. P., Rose R. S., Roberts G. A., J о h n s t i n H. G., Geor-
ge R. B., Tool S eels, ASM, Cleveland, 1944.
217. Griese F. W., Instandhaltung und Schweisstechnik im Hiittenwerk,
Umschau, «Stahl und Eisen», 1954, Heft 18, S. 1162—1168.
218. Grossi O., Impiego del procedimento di saldatura automatica ad
arco sommerso nelle operazioni di ricarica, «Ingegneria Meccanica», 1956,
No. 11, pp. 55—63.
219. Haworth R. D., The abrasion resistance of metals, «Transactions
of American Society for Metals», 1949, v. 41, pp. 819—854.
220. Herasimenko P., Influence of carbon on slag-metal equilibria
in acid open-hearth steelmaking, «Journal of Iron and Steel institute», 1947,
vol. 157, No. 4, pp. 515—521.
221. Her res S. A., Practical importance of hydrogen in metal-arc wel-
ding of steel, «Transactions of Amer. Soc. for Metals», 1947, pp. 162—192,
222. Houdremont E., Handbuch der Sonderstahlkunde, 3-e Aufl. Ver-
lag Stahleisen, Dusseldorf, 1956.
223. Hummitzsch W., Vergleich von Hochleistungselektroden mit den
automatischen Schweissverfahren «Schweisstechnik» (Berlin), No. 7, 1957.
224. Ingerson E., Testing gun steel and other alloys and metals for
resistance to surface cracking, «Metals Technology», vol. 14, No. 5, August,
1947, T. p. 2223.
225. J a g e r W., Arbeitsverfahren und Werkstoffe bei der Werkzeug-
schw^iissung mit Anwendungsbeispielen, Grosse Schweisstechnische Tagung,
1956; Vortrage, Verl. F. Vieweg und Sohn, Braunschweig. 1956.
226. Jellinek K. und Rudat A., Uber die Fluortensionen von Metall-
fluoriden und die chemischen Konstanten von Fluor und Fluorwasserstoff,
«Zeitschrift f. anorg. und allgem. Chemie», 1928, B. 175, S. 281—320.
227. Korber F. and О e 1 s e n W., Mitteilungen aus dem Kaiser-Wil-
helm-Institut fQr Eisenforschung, B. 15, No. 271, 1933.
228. Kroll W. J., Anhydrous fluorides in metallurgy, «Metal Industry»,
1953, No. 5, pp. 81—82; No. 6, pp. 101—104; No. 7, pp. 124—126; No. 8.
pp. 141—143.
229. Kubaschewski O. and E v ans E. L, Metallurgical Thermochemi-
stry, 2 ed., Pergamon Press, London, 1956.
230. Leiris H. et Granjon H., Contribution a f’etude de la resistance
a la fa'igue des pieces reparees par rechargement. Institut International de
la Scudure. 1959.
231. Mallett H. W. and Rieppel P. J., Arc atmospheres and under-
bead cracking. «Welding Journal», 1946, No. 11, pp. 748s—759s.
232. Metals Elandbook, 1948, edition. ASM, Cleveland, 1948.
233. Mickel E., Beansprtichung der Spritzgussformein im Betrieb,
«Zeitschrift d. VDI», 1943, B. 87, S. 341—345.
234. N i e b u r g F., Krafte im Schweisslichtbogen «Elektroschweissung»,
1938, № 6—7.
235. Northcott L. and Baron H. G„ The craze-cracking of metals.
«Journal of the Iron and Steel Institu'e», vol. 184, December, 1956, pp. 385—408.
236. Oyler G. W. and Stout R. D., Porosity in the welding of carbon
steel, «Welding Journal», 1953. No. 19, pp. 454s—460s.
237. Pilarczyk J. a Wfgrzyn J., Mozno-sti legovania zvarovego
kovu. «Zvairacsky sbornik», 1957, No. 1, s. 28—39.
238. Pumphrey W. J, Lyons J. V., Cracking during the casting and
welding of the more common binary aluminium alloys, «Journal of the Insti-
tute of Metals», 1948, v. 74, No. 8.
239. Radeker W., Rissbildung in niedriglegierten Stahlen durch schrof-
fen Temperaturwechsel. «Stahl und Eisen», 1954, H. 15, S. 929—943.
240. R a p a t z F., Die Edelstahle. 4 Aufl. Springer Verlag, Berlin —
Gottingen-Heidelberg, 1951.
Л и i с/к/1 щи!
-121
241. Lo n'chiurpfcnieirl il< urbrM do ninvlr. , pm «midngc, «Sondnge et
techniques cotnicxes», I9>ti, No 3/4
242. Reeve I , The leliltlon brlwwn the hydiogetl uinleiil uf we'd iiielnl
and its oxygen roiibnl. «linn nid Sbi‘ . I'llb, No 13, pji tint) ili.l Sympo-
sium on nietnlliirgy of l< el welding, IIWRA, I oiidoii, Г>|/
243. Robertson I S, Pinpiip nlloii of billllv Inn line of s|e< I «.loiiinnl
of the Iron mid Sleet hl lllnte . I'J.53, No I"
214 Rollnson I (' mid Bishop I , Some thiil inodynrnnli и) Aspects
of the form.'ilion o| Inclii .inn In mild led weld iiielnl, «.luiiiinl ol the Iron
and Sleel Institute», 1948. V. Ili8, No 2.
245. R о seni (| v I s I Г and Dunlcz В. I., Solid solubility ol nlplnn
in iron, «.fotirn.il of Mcl.tb.», 1'152, v. 4, No. 6, pp 604 GOH
246. Rossini I- , W a g m a n D., l-’vons W., I evlne S , .1 ,i I f r .1,
Selected V.lines of 1'hcii modynamic Properties, Nation.il Bureau of Stnndmih,
Circular 500, Washington, 1952.
247. S а с к J., Ubcekopfschwcissung «Philips Teclmilsrlie .......I elimi»,
1939, № I, S 18 21.
248. Seklgticlii 1!.. Kobayashi T., Ando S., Behnvlonr of II,din
gen in Steel Welding, International Institute of Welding, Essen, I VII I'll’
249. S t r i ii g h a m L. K , New development in fluxes for uutnmiill. wi ld.up
and hard surfacing, «Welding Journal». 1954, No. 2, pp. 132— 136
250 Tentative specification for surfacing welding rods raid oh< linden,
ASTM Л399—56T; AWS A 5.13—56T.
251. Tschorn G., Legierte UP Auftragschwcissungun, «Sihwols trcli
nik» (Berlin), 1954, No. 8, S. 229—236.
252. T u г к d о g a п E. T., Ignatowicz S., Pearson .1, I hi nnln
bility of sulphur in iron and iron manganese alloys, «Journ.il of Iron And Sleet
Institute» (London), 1955, v. 180, No. 4, pp. 349—354.
253. Elly L. P., Welding in the steel mill niaintenairice, «Welding lotn
nail», vol. 28, No. 1, p.p. 38—45, 1949.
254. Hall R., Rebuilding steel mill rols, «Iron and Steel I iiplmrt», 1'151,
No. 9, p.p. 109—112.
255. Hollman, «Iron and Steel Engineer», 1947, № 4, p I
256. Scholl K., Das Ausbessern von Grauguss- und ll.utgii wnl/en
durch Schweissen, «Stahl und Eisen», 1954, Heft 18, S. 1142 1144
ЗАМЕЧЕННЫЕ' ОПЕЧАТКИ
Стр. Строке Напечатано Должно быть По чьей вине
94 Я СИ металлокерамики минера локерамики Ред.
122 1 св 0.7 0.07 Кор.
144 Табл. 30. гр.к|><1 1, 6 СП. N N NbN Тип.
1‘Н Рис. 95 повернуть на 180* »
225 Подпись к рис. 114, 5 сн. твердость Н твердость Hv Тип.
232 17 св. углах узлах Кор.
233 Табл. 48, । рлфл 4 i Si Тип.
233 Гибл 48, । piuli.i 2, 1 и 2 си. НМ IP IIM5P I1X13P3 1IX13P4
245 laO.'l, 54. грпф.1 2 iiipniui, 2 сп. ГОСТ 1546 53 Род. изд.
271 Полнись к рис, 125. 1 сп 0,41*; 0,4 Ь; »
241(1 <> < н. СМИ 11*111110 СМИ! 11Ю Кор.
299 1 (и (см. рис 140) (ср. рис. 141) Авг
.117 "0 । и. рис. 171 рис. 133 »
11 1 И> СП Ли 1,2 № 12 Кор
4 }о К) । и No 19 No. 9 »
Пеня* *11111