Технологии наплавки
Наплавка – это процесс нанесения расплавленного металла на поверхность
изделия, нагретую до оплавления. Наплавленный металл образует одно целое
с основным металлом, связан весьма прочно и надежно. Путем наплавки
можно получать непосредственно на рабочей поверхности изделия сплав,
обладающий желательным комплексом свойств, – износостойкий,
кислотоупорный, жаростойкий и т. п. Вес наплавленного металла не
превышает нескольких процентов от веса изделия. При ремонте обычно
восстанавливаются первоначальные размеры и свойства поверхности деталей.
Наплавка позволяет создавать биметаллические изделия, у которых высокая
прочность и низкая стоимость сочетаются с большой долговечностью в
условиях эксплуатации.
Классификация цветных металлов и сплавов
Цветные металлы обладают разнообразными свойствами. Главными
характеристиками конструкционных цветных металлов являются плотность,
температура плавления и кипения, химическая активность при высокой
температуре и особенно в расплавленном состоянии. По этим причинам
данные металлы можно разделить на следующие основные группы.
1. Легкие металлы – алюминий, магний, бериллий. Плотность металлов
минимальна и не превышает 2,7 г/смБ3 . Наиболее легкий металл этой
группы – магний.
2. Тяжелые металлы – медь, никель, свинец, цинк, золото, серебро,
палладий, платина. Плотность металлов не менее 7 г/см3 . Металл с
максимальной плотностью – платина. Последние четыре металла образуют
подгруппу благородных металлов.
3. Химически активные и тугоплавкие металлы – ванадий, вольфрам, гафний,
молибден, ниобий, тантал, титан, хром, цирконий. Эти металлы объединяет
чрезвычайно большая реакция способность соединения с другими элементами
(в первую очередь с газами атмосферы) при высокой температуре, особенно
в расплавленном состоянии.
Легкие цветные металлы
Алюминий
Алюминий хороший проводник тепла и электричества. Электропроводность
алюминия составляет 60 – 65 % электропроводности меди.
Алюминий – химически активный металл. Его поверхность легко покрывается
окисной пленкой, предохраняющей металл от дальнейшего взаимодействия с
окружающей средой.
Алюминий и его сплавы благодаря защитному действию окисной пленки
обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.
Устойчивость алюминия сохраняется и в тех средах, которые не разрушают
эту пленку (сероводород, аммиак, пресная и морская вода,
концентрированная азотная кислота, серная кислота). Многие сплавы на
основе алюминия обладают достаточно высокой прочностью, сочетающейся с
малой плотностью и удовлетворительной пластичностью, что делает их
весьма ценными конструкционными материалами.
Алюминиевые сплавы используют в сварных конструкциях различного
назначения. Их разделяют на литейные и деформируемые по пределу
растворимости элементов в твердом растворе. Большинство элементов,
входящих в состав алюминиевых сплавов, обладает ограниченной
растворимостью, изменяющейся с температурой.
Окисная пленка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс
сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050 0С), окисная пленка
не расплавляется в процессе сварки и покрывает металл прочной оболочкой,
затрудняющей образованию общей ванны. Вследствие адсорбционной
способности к газам и парам воды окисная пленка является источникам
газов, растворяющихся в металле, и косвенной причиной возникновения в
нем несплошностей различного рода. Частицы окисной пленки, попавшие в
ванну, а также часть пленок с поверхности основного металла, не
разрушенных в процессе сварки, могут образовывать окисные включения в
швах, снижающие свойства соединений и их работоспособность.
Для осуществления сварки должны быть приняты меры по разрушению и
удалению пленки и защите металла от повторного окисления. С этой целью
используют специальные сварочные флюсы или сварку осуществляют в
защитных газах.
При подготовке деталей из алюминиевых сплавов под сварку профилируют
свариваемые кромки, удаляют поверхностные загрязнения и окислы.
Обезжиривание и удаление поверхностных загрязнений осуществляют с
помощью органических растворителей (уайта-спирит, технического ацетона,
растворителей РС-1и РС-2) или обработкой в специальных ваннах щелочного
состава.
Магний
Невысокая пластичность магния обуславливает плохую свариваемость и
технологичность при обработке. Магний хорошо обрабатывается резанием,
однако механические и литейные свойства его низкие, что затрудняет
применение магния в качестве конструкционного материала. В атмосферных
условиях при нормальной температуре он имеет удовлетворительную
коррозионную стойкость, так как на его поверхности образуется защитная
окисная пленка из MgО. Но в присутствии влаги магний быстро корродирует,
образуя гидроокись. Со многими металлами магний образует сплавы, которые
обладают более высокими по сравнению с чистым магнием механическими
свойствами и коррозионной стойкостью. Это значительно расширяет область
применения магния, в том числе в качестве свариваемого конструкционного
материала.
Магний является одним из металлов с высоким сродством к кислороду.
Поэтому сплавы на основе магния в условиях сварки активно окисляются
кислородом окружающей среды. В связи с высокой температурой плавления
окисная пленка на поверхности кромок свариваемых деталей затрудняет
образование общей сварочной ванны и должна быть разрушена или удалена в
процессе сварки. Кроме кислорода, в атмосфере, окружающей ванну, могут
присутствовать СО, СО2, пары воды, азот и водород. Магний
взаимодействует с этими газами, образуя карбиды, нитриды и окислы.
Подготовка под сварку деталей заключается в удалении поверхностных
загрязнений, окисных и защитных пленок, а также профилировании
свариваемых кромок.
Тяжелые цветные металлы
Медь
l°
ластической деформации. Чистая медь обладает небольшой прочностью и
высокой пластичностью, хорошо сваривается. С понижением температуры
прочностные свойства меди уменьшаются, а пластичность сохраняется
достаточно высокой вплоть до температуры жидкого азота. С повышением
температуры прочность меди уменьшается.
Ценнейшие технические свойства меди и ее сплавов (большая
электропроводность и теплопроводность, высокая коррозионная стойкость,
отличная пластичность и способность подвергаться пластической деформации
в холодном и нагретом состоянии, склонность к образованию многих сплавов
с широким диапазоном различных свойств и др.) способствуют применению их
в различных отраслях народного хозяйства.
Инертная при обычных температурах медь при нагреве реагирует с
кислородом, серой, фосфором и галогенами. С водородом она образует
неустойчивый гидрид СuН, с углеродом образует ацетиленистую медь Сu2С2
(взрывчатую); с азотом медь не реагирует, что позволяет азот
использовать как защитный газ для сварки чистой меди. Газы, образующиеся
в результате реакций, не растворяются в твердой меди и нарушают
металлическую связь между зернами, приводя к образованию трещин –
«водородная болезнь» меди.
Наплавку меди на сталь можно производить, используя различные способы
сварки. Хорошие результаты можно получить при наплавке под флюсом
плавящимся электродом, подающимся автоматической головкой, совершающей
колебания в плоскости, перпендикулярной к поступающему движению.
Медные сплавы – латуни и бронзы – наплавляют на сталь и чугун, чтобы
наиболее экономично использовать высокую стойкость против коррозии,
низкий коэффициент трения и другие ценные свойства, присущие этим
сплавам. Кремнемарганцевая бронза БрКМц3-1отличается мелкозернистой
структурой и высокой вязкостью. Алюминиевые бронзы обладают
антифрикционными свойствами, главная составляющая структуры – твердый
раствор (? – фаза). Алюминиево – железные бронзы очень хорошо работают в
узлах трения, их наплавляют на заготовки для изготовления червячных
колес, сухарей и других деталей.
Никель
Никелевые сплавы – очень важная группа наплавочных сплавов. Эти сплавы
сочетают жаростойкость, сопротивление износу, стойкость против коррозии
с ценными технологическими свойствами. Они успешно используются для
уплотнительных поверхностей арматуры пара высоких параметров, а также
для различных направляющих, пресс- форм для стекла и проч.
Сплав ХН60ВУ служит для наплавки выхлопных клапанов тяжелых грузов
автомобилей, работающих при температуре до 800 0С.
Медно- никелевый сплав ДН70ГТЖ (монель) устойчив в таких агрессивных
средах, как кипящая 10%-ная серная кислота Н2SO4 и кипящий раствор
NH4Cl.
На свойства металла сварных швов влияет содержание в нем серы и свинца.
Сера обладает большим химическим сродство к никелю. Низкоплавкая
эвтектика (сульфид никеля), располагаясь вдоль границ зерен металла,
охрупчивает его. Сульфид никеля может образовываться, если с никелем
соприкасаются материалы, которые содержат даже небольшое количество
серы, например горючие материалы, масло и др.
Повышенные требования при сварке никеля и его сплавов предъявляются к
чистоте поверхности металла.
Для предупреждения образования в швах пор необходимо предупреждать
контакт расплавленного металла с атмосферным воздухом. Никель и
никелевые сплавы в расплавленном состоянии могут растворять большое
количество газов (азота, водорода, кислорода), которые, выделяясь при
кристаллизации и охлаждении металла шва, могут приводить к образованию в
них пор.
Химически активные и тугоплавкие металлы
Титан
Плотность титана почти в 2 раза ниже, чем у железа, поэтому его можно
также отнести к числу легких металлов. Титан обладает весьма высокими
температурами плавления и кипения. Коэффициент теплопроводности титана
примерно в 4 раза меньше, чем у железа, и в 13 раз, чем у алюминия.
Удельное электросопротивление титана превосходит такой же показатель для
железа в 6 раз, а для алюминия – более чем в 20 раз. При очень низкой
температуре (около 0,5 К) титан становится сверхпроводимым.
Титан – химически активный металл при высокой температуре, особенно в
расплавленном состоянии.
При комнатной температуре титан весьма устойчив против окисления.
Взаимодействие металла с кислородом и азотом начинается при повышенной
температуре. Титан обладает высокой коррозионной стойкостью на воздухе,
в морской воде и во многих агрессивных средах. Это объясняется
образованием на поверхности металла плотной защитной окисной пленки.
Титан наиболее стоек в окислительных средах. В восстановительных средах
он корродирует довольно быстро вследствие разрушения защитной окисной
пленки.
Одним из недостатков титана является небольшое значение модуля
упругости.
Основная проблема свариваемости титановых сплавов – получение сварных
соединений с хорошей пластичностью, зависящей от качества защиты и
чувствительности металла к термическому циклу сварки. Заметное насыщение
металла шва кислородом, азотом и водородом в процессе сварки происходит
при температурах ? 350 0С. Это резко снижает пластичность и длительную
прочность сварных конструкций. Поэтому зона сварки должна быть тщательно
защищена от взаимодействия с воздухом путем сварки в среде инертных
газов высокой чистоты, под специальными флюсами, в вакууме.
Сварку деталей из титановых сплавов производят после того, как снимут
газонасыщенный (альфированный) слой. Удаление альфированного слоя с
применением травителей предусматривает:
а) предварительное рыхление альфированного слоя дробеструйной или
пескоструйной обработкой;
б) травление в растворе, содержащем 40% НF, 40% HNO3, 20% H2O;
в) последующую зачистку кромок на участке шириной 10 – 15 мм с каждой
стороны металлическими щетками для удаления тонкого слоя металла,
насыщенного водородом при травлении.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
