За счет вибрации электрод отводится от детали, и в разрыве возникает электрическая дуга (период дугового разряда). Энергия, запасенная в индуктивности, начинает освобождаться. Электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции складывается с ЭДС источника тока, в результате чего напряжение на дуговом разряде оказывается выше в 2 раза и более, чем на зажимах источника тока, причем оно поддерживается примерно постоянным, несмотря на изменение длины дуги. В этот период выделяется 90...95 % тепловой энергии и кончик электрода оплавляется.
При достаточном удалении электрода отлетали, а также израсходовании энергии, запасенной дросселем, дуга гаснет. Начинается период холостого хода. Он заканчивается тогда, когда электрод вновь касается детали и капля расплавленного металла переносится на ее поверхность. Цикл многократно повторяется, и на детали формируется валик наплавленного металла.
Длительность периодов короткого замыкания и горения дуги определяется частотой вибрации электрода, напряжением холостого хода и индуктивностью цепи. С увеличением напряжения и индуктивности возрастают период горения, а следовательно, количество выделившейся теплоты и производительность процесса. Однако чрезмерное их увеличение нарушает стабильность процесса и возникают большие потери электродной проволоки. В каждом конкретном случае их следует подбирать оптимальными.
Установка для вибродуговой наплавки включает в себя: наплавочную головку, закрепленную на суппорте токарного станка; источник питания; дополнительную индуктивность (дроссель); систему подачи охлаждающей жидкости.
Наплавочная головка предназначена для подачи электрода в зону горения дуги, придания ему возвратно-поступательного движения (вибрации). Частота колебаний 100...120 Гц. Наплавку проводят на постоянном токе обратной полярности. В качестве источников питания используют сварочные преобразователи и выпрямители с жесткой внешней характеристикой.
В качестве дополнительной индуктивности служат сварочные Дроссели или дроссели собственного изготовления. Сварочные и наплавочные проволоки имеют диаметр 1,2...3,0 мм, ленты — толщину 0,3...1,0 мм и ширину до 10,0мм.
Для защиты расплавленного металла применяют углекислый газ, флюс, пар и охлаждающие жидкости (4...6%-й раствор кальцинированной соды, 10...20%-и раствор технического глицерина в воде или их смесь). Вода, испаряясь, вытесняет из зоны горения дуги воздух, снижая содержание азота в наплавленном металле. Кальцинированная сода, разлагаясь, с одной стороны, стабилизирует горение Дуги, с другой — снижает коррозию оборудования и восстанавливаемых деталей. Глицерин уменьшает скорость охлаждения наплавленного металла и, следовательно, трещинообразование при использовании высокоуглеродистых наплавочных проволок.
Свойства наплавленного металла зависят от режимов наплавки и скорости его охлаждения.
Повышение скорости охлаждения снижает выгорание углерода И легирующих компонентов, а также содержание азота, что благотворно сказывается на физико-механических свойствах металла
Особенность процесса с высокой скоростью охлаждения — значительная «пятнистость» слоя, вызванная взаимным термическим влиянием наплавляемых валиков. При использовании углеродистых электродов для закаленных валиков характерной структурой считают мартенсит, а для зон сплавления — сорбит или тростит.
Мелкокапельный перенос металла на деталь, высокая скорость его охлаждения могут приводить к пористости слоя, появлению микротрещин, вызванных значительными внутренними напряжениями растягивающего характера, что снижает усталостную прочность восстановленных деталей до 60 %. Это необходимо учитывать при выборе номенклатуры таких деталей.
22.Дуговая наплавка под слоем флюса.
При использовании этого способа можно повысить мощность сварочной дуги за счет увеличения допустимой плотности тока до 150...200 А/мм2 (при ручной дуговой сварке плавящимся электродом не превышает 15...30 А/мм2) без опасности перегрева электрода. Производительность сварочно-наплавочных работ повышается в 6...7 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.
Горение дуги под слоем флюса способствует резкому снижению теплообмена с внешней средой, в результате чего удельный расход электроэнергии при наплавке металла уменьшается с 6...8 до 3...5 кВт-ч/кг. Значительно улучшаются условия формирования наплавленного металла и его химический состав. Так, содержание кислорода в наплавленном слое в 20 раз и более, а азота втрое ниже, чем при наплавке штучным электродом.
При механизации процесса сокращаются потери электродного материала на разбрызгивание и огарки с 20...30 до 2...4 %, а также снижается влияние квалификации сварщика на качество сварочно-наплавочных работ.
Наплавкой под слоем флюса восстанавливают и упрочняют детали с достаточно большими износами (до 3...5 мм).
Наплавочная установка включает в себя вращатель (токарный станок), обеспечивающий закрепление и вращение деталей и перемещение наплавочной головки относительно ее.
Наплавочная головка состоит из механизма подачи проволоки, изменяющего ступенчато или плавно скорости подачи электрода, мундштука для подвода проволоки к детали, флюсоаппарата, представляющего собой бункер с задвижкой для регулирования количества подаваемого флюса. В некоторых случаях во флюсоаппарат входит устройство для просеивания и транспортирования флюса в бункер.
Наибольшее распространение получила наплавка на постоянном токе, так как она способствует получению более высокой стабильности и качества процесса.
При наплавке обычно применяют обратную полярность, т.е. на деталь подается отрицательный потенциал, а на электрод — положительный, что уменьшает ее нагрев и позволяет более рационально использовать теплоту.
В процессе наплавки можно в широких пределах изменять физико-механические свойства наплавленного металла за счет выбора соответствующих флюсов и электродных материалов.
Назначение и свойства флюса определяются составом входящих в него компонентов.
Шлакообразующие вещества (марганцевая руда, полевой шпат, кварц, плавиковый шпат и др.) образуют шлаковую корку, необходимую для защиты металла от окисления и улучшения формирования металла шва.
Раскисляющие* и легирующие вещества (ферромарганец, ферротитан, феррохром, алюминий и др.) способствуют раскислению сварочной ванны и легированию ее соответствующими элементами.
Газообразующие вещества (крахмал, декстрин, древесная мука и т. д.) при нагреве разлагаются с выделением значительного количества газов (СО и СО2), которые вытесняют воздух из зоны горения дуги.
Ионизирующие вещества (сода, поташ, диоксид титана) образуют легкоионизирующиеся газы, стабилизирующие горение дуги.
Различают плавленые и керамические флюсы и флюсосмеси.
Плавленые флюсы приготовляют сплавлением в печах компонентов, входящих в их состав, с последующей грануляцией.
Керамические флюсы включают в себя ферросплавы с температурой плавления в 1,5...2,0 раза выше, чем остальные компоненты. Поэтому они не могут быть приготовлены сплавлением.
Компоненты измельчаются, просеиваются и смешиваются в заданных пропорциях с добавлением связующего вещества (жидкого стекла). Полученная масса гранулируется, подсушивается и прокаливается при температуре 300...400 "С.
Посредством керамических флюсов за счет имеющихся в их составе ферросплавов можно легировать наплавленный металл хромом, титаном, алюминием и другими металлами. Однако стоимость таких флюсов выше.
Флюсосмеси состоят из дешевого плавленого флюса с добавками чугунной стружки, графита и ферросплавов.
С применением флюсосмесей возможна сепарация добавок, что приводит к неравномерному распределению легирующих компонентов в наплавленном металле. Чтобы устранить это явление, следует приготавливать флюс-агломерат, состоящий из 75...80 % ферросплава и 20...25 % жидкого стекла, что приводит к равенству насыпной массы ферросплава и флюса.
Химический состав электродов оказывает меньшее влияние на свойства наплавленного металла, чем флюс, поскольку металл интенсивно перемешивается в сварочной ванне.
23. Плазмой называется высокотемпературный сильно ионизированный газ, состоящий из молекул, атомов, ионов, электронов, световых квантов и др. При дуговой ионизации газ пропускают через канал и создают дуговой разряд, тепловое влияние которого ионизирует газ, а электрическое поле создает направленную плазменную струю. Газ может ионизироваться также под действием электрического поля высокой частоты. Газ подается при давлении в 2 …3 атмосферы, возбуждается электрическая дуга силой 400 … 500 А и напряжением 120 … 160 В Ионизированный газ достигает температуры 10 … 18 тыс. С, а скорость потока - до 15000 м/сек. Плазменная струя образуется в специальных горелках - плазмотронах. Катодом является неплавящий вольфрамовый электрод.
В зависимости от компоновки различают: 1. Открытую плазменную струю (анодом является деталь или пруток). В этом случае происходит повышенный нагрев детали. Используется эта схема для резки металла и для нанесения покрытий. 2. Закрытую плазменную струю (анодом является сопло или канал горелки). Хотя температура сжатой дуги на 20 …30% в этом случае выше, но интенсивность потока ниже, т.к. увеличивается теплоотдача в окружающую среду. Схема используется для закалки, металлизации и напыления порошков. 3. Комбинированная схема (анод подключается к детали и к соплу горелки). В этом случае горят две дуги, Схема используется при наплавке порошком.