Электроды для наплавки: особенности, характеристики и требования

Наплавка металла является эффективным способом повышения износостойкости и восстановления деталей машин и оборудования. Применение специальных электродов позволяет получить качественный наплавленный слой с требуемыми свойствами.

История развития наплавки

Первые работы по наплавке относятся к 1920-м годам, когда было установлено, что наплавка повышает стойкость буровых долот более чем в 10 раз. С тех пор наплавка стала эффективным средством борьбы с износом деталей.

Уже к концу 1920-х годов наплавку стали применять повсеместно в металлообработке.

Способы наплавки металла

Различают газовую и электрическую наплавку. При газовой используют горение природного газа или ацетиленокислородной смеси. Электрическая бывает дуговой, импульсной, искровой и в виде их комбинаций.

Наиболее распространен способ дуговой наплавки покрытым электродом. Это обусловлено относительной дешевизной оборудования и материалов, а также возможностью ручного управления процессом.

Электроды для наплавки стали

Как и при сварке, для наплавки применяют специальные расходные материалы – электроды. Однако если при сварке важнее прочность соединения, то от наплавки требуется улучшение эксплуатационных свойств поверхности:

повышенная твердость
стойкость к истиранию
термоустойчивость

Это позволяет увеличить межремонтный срок службы деталей.

Существует более 40 марок электродов для наплавки, отличающихся химическим составом наплавляемого металла и его свойствами.

Требования к электродам

Химический состав электродов должен максимально соответствовать материалу детали. В противном случае возникают внутренние напряжения в металле.

Для получения стойкого к истиранию слоя необходимо образование карбидных соединений на поверхности за счет легирующих элементов и углерода. Это обеспечивает высокую твердость наплавки при сохранении пластичности.

По убыванию износостойкости основные легирующие элементы располагаются в ряду: W > Mo > Cr > многокомпонентные карбиды.

Маркировка электродов для наплавки

Маркировка наплавочных электродов указывает на основные характеристики материала:

марку наплавочного металла
диаметр и длину
обозначение стандарта
обозначение предприятия-изготовителя

Например, маркировка Нп-30Х28С2Г2Р означает следующее:

Нп – электрод для наплавки
30Х28С2Г2Р – марка наплавляемого сплава

Применение различных электродов

Для наплавки применяются электроды на основе различных сплавов. Выбор конкретной марки зависит от условий работы детали и требуемых характеристик поверхности.

Быстрорежущие стали

Электроды с быстрорежущими сталями используются при повышенных скоростях трения. Обеспечивают высокую твердость и жаропрочность наплавки.

Аустенитные Cr-Ni стали

Аустенитные хромоникелевые электроды применяются в агрессивных средах благодаря коррозионной стойкости. Поверхность получается пластичной и вязкой.

Параметры режима наплавки

Для качественной наплавки важно соблюдать режим по силе тока. Отклонения приводят к дефектам наплавленного слоя.

Определяющим параметром является коэффициент наплавки электродов - масса наплавленного металла, приходящаяся на 1 кг израсходованных электродов. Коэффициент показывает эффективность использования материала.

Контроль качества наплавки

Качество наплавки, в том числе химический состав, структуру и твердость металла контролируют по специальным образцам-свидетелям с нанесенным слоем.

Требования к образцам

Размеры пластин-свидетелей, режим наплавки и количество слоев регламентированы ГОСТом.

Оборудование для наплавки

Для ручной дуговой наплавки применяют источник питания, электрододержатель, провода и расходные материалы – электроды. Может использоваться автоматизация процесса.

Подготовка поверхности

Перед наплавкой поверхность детали тщательно зачищают от ржавчины, окалины, краски и других загрязнений. Это обеспечивает хорошее сцепление наплавленного металла с основой.

Механическая обработка

Применяют абразивные круги, наждачную бумагу, скребки или пескоструйную обработку. Удаляются дефектные участки, придается шероховатость поверхности.

Обезжиривание и сушка

После механической очистки поверхность обезжиривают с помощью растворителей и сушат. Это предотвращает пористость наплавки.

Техника наплавки

Существует несколько приемов наплавки в зависимости от положения и перемещения электрода:

нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное положение;
поперечные, продольные, круговые движения.

Выбор зависит от формы детали, типа соединения, толщины наплавляемого слоя.

Допустимое количество слоев

Число наплавляемых слоев ограничивается 2-3 из-за опасности появления трещин. После зачистки допускается наплавка следующих слоев.

Закалка наплавленного слоя

Для повышения твердости и износостойкости наплавку подвергают термической обработке - закалке в масле или на воздухе с последующим отпуском.

Автоматизация процесса наплавки

В современном производстве широко применяется автоматизация наплавки с использованием специальных установок.

Преимущества автоматизации

Повышение производительности и качества;
Снижение трудозатрат;
Возможность одновременной обработки нескольких деталей.

Типы автоматических установок

Применяют кольцевые, планетарные, карусельные установки и установки на базе промышленных роботов.

Устройства могут совершать круговые, возвратно-поступательные и вращательные движения относительно оси детали, повторяя движения сварщика.

Механизация подачи электродной проволоки и защитного газа

Для повышения производительности и улучшения условий труда сварщика применяют автоматическую подачу электродной проволоки и защитного газа в зону горения дуги.

Роботизированная наплавка

Наиболее перспективным направлением является полностью автоматизированная роботизированная наплавка с использованием многокоординатных промышленных роботов.

Выбор режима наплавки

Правильный выбор режима наплавки (силы тока, напряжения, скорости перемещения электрода) определяет качество наплавленного слоя.

Влияние параметров режима

Сила тока влияет на глубину проплавления;
Напряжение определяет форму и размеры наплавленных валиков;
Скорость перемещения - ширину валиков.

Неправильно выбранный режим приводит к дефектам: подрезы, непровары, пористость, трещины.

Виды дефектов наплавки

Основные дефекты наплавленного слоя:

Трещины;
Пористость;
Шлаковые и металлические включения;
Непровары и подрезы.

Причины возникновения дефектов

Дефекты, как правило, связаны с нарушениями технологии наплавки или неверным выбором режима и материалов.

Контроль качества наплавки

Качество наплавки проверяют визуальным осмотром, а также методами неразрушающего контроля: радиографией, ультразвуком, магнитопорошковой дефектоскопией.

Технология наплавки особых поверхностей

Существуют особенности наплавки отдельных типов деталей и рабочих поверхностей.

Наплавка внутренних поверхностей

Для наплавки отверстий и полостей применяют специальные электроды небольших диаметров. Используют приспособления, обеспечивающие подачу защитного газа в зону дуги.

Наплавка резьбовых соединений

Перед наплавкой резьбы зачищают накаткой с помощью метчиков. Применяют тонкие электроды, наплавляют точечно или короткими строчками вдоль профиля резьбы.