Наплавка металлов

Наплавка — метод сварки, заключающийся в покрытии металлических материалов при высоких температурах дополнительным покрытием, чаще всего представляющим собой металлический сплав. Другими словами, он включает плавление дополнительного материала, действующего как связующее, с расплавленным основным материалом. Этот процесс происходит в раскаленной электрической дуге, а источником тепла чаще всего является дополнительный материал, например, в виде проволоки, такой как сплошная проволока или порошковая проволока.

Материалы в процессе сварки могут наноситься на металл в различных формах. Наиболее распространенным методом наплавки являются толщины слоев от 0,05 мм до 100 мм, а доля материала подложки в шве может достигать до 40 процентов.

Метод наплавки зародился в 1950-х годах, точнее, он берет свое начало от метода наплавки под флюсом как альтернативы традиционному процессу сварки в защитном газе. После расплавления некоторого количества материала, наполнителя и флюса остальная часть процесса протекает без присутствия электрической дуги, а только в результате резистивного нагрева слоя жидкого флюса.

Наплавка полезна для введения дополнительного материала в сплавы, такие как низколегированные стали, медные сплавы, алюминиевые сплавы или чистые металлы, повышая их устойчивость к коррозии, абразивному износу и эрозии.

По мере роста стоимости оборудования все больше и больше предприятий, использующих изнашиваемые детали, ремонтируют их с использованием наплавки или термодугового процесса. Ведущие производители также используют наплавку для продления срока службы деталей.

Методы наплавки

Наплавка покрытыми электродами – наплавочные электроды изготавливаются из металлического сердечника и покрываются специальными покрытиями. Этот метод относительно дешев и поэтому часто применяется в любительской сварке. Кроме того, разнообразие используемых материалов дает нам возможность использовать его для широкого спектра материалов.

Ручная наплавка применяется в основном для небольших работ, не требующих обширного покрытия. Толщина одного слоя колеблется от 1 до 5 мм, а доля основного металла в шве может составлять от 10% до 40%.

Дуговая наплавка неплавящимся электродом GTA. Этот тип наплавки происходит в среде инертных газов, таких как аргон, и предполагает введение материала в зону электрической дуги. Дополнительный материал вводится в электрическую дугу, которая горит между вольфрамовым электродом и свариваемым материалом. Дополнительным материалом здесь может служить проволока, сварочный стержень или порошок. Чаще всего этот метод используют для ремонта профессиональных станков или специализированных отливок.

Газовая наплавка. Для газовой наплавки характерно использование газа, чаще всего ацетилена – таким образом, он является источником тепла, используемого для аккуратного, эстетического скрепления элементов с помощью газового пламени. Газовое пламя, горя при температуре в несколько тысяч градусов Цельсия, плавит поверхность свариваемого материала, а затем заполняет дефект. Используя этот вид наплавки, можно работать с чугуном, сталью и другими металлами и их сплавами.

Плазменная наплавка. Это самый современный метод сварки. Плазменная дуга появляется при температуре до 24 000 ^оС. Сама область плазменной дуги заполняется порошковым материалом, который плавится, образуя сварной шов. Этот тип процесса чаще всего используется в профессиональных производственных процессах для наплавки двигателей внутреннего сгорания, режущих инструментов или деталей машин, например шеек металлургических валков.

Электрошлаковая наплавка. Этот тип процесса чаще всего используется для соединения более толстых стальных листов. Электрическая дуга зажигается между используемым электродом и свариваемым материалом. По мере повышения температуры шлака его электропроводность будет увеличиваться, что приведет к гашению дуги и прохождению тока через жидкий шлак. Этот метод был запатентован Робертом К. Хопкинсом в США в 1940 году.

От чего зависит выбор метода наплавки

Как писалось ранее, наплавка – это нанесение дополнительного материала на поверхность расплавленной подложки. Прежде чем приступить к работе, мы должны правильно выбрать тип процесса для основного и дополнительного материала. Неправильный выбор основного или дополнительного материала может привести к появлению трещин, например, при сварке стали.

К основным критериям, которыми следует руководствоваться при выборе метода наплавки, относятся следующие:

• размер свариваемых элементов
• тип материала и его свариваемость,
• необходимые свойства
• состояние поверхности,
• тип дополнительного материала.

Подготовка основного металла перед наплавкой очень важна. Металлы любой толщины и их сплавы необходимо правильно очистить или предварительно нагреть, в зависимости от типа металла. Предварительный нагрев можно производить, например, горелкой или другим источником тепла, а очистку металла можно производить с помощью растворителей или пескоструйной обработки. Однако следует учитывать, что некоторые материалы, устойчивые к высоким температурам, нагреваются труднее.

Чугун — это материал, который необходимо сильно нагревать, поскольку это одновременно толстый и подвижный металл. Его свойства должны медленно изменяться, прежде чем его можно будет эффективно сваривать.

Углеродистую сталь или алюминиевые сплавы чаще всего очищают простым протиранием мягким чистящим средством или механическим способом, например пескоструйной обработкой.

Определяют эффективность наплавки дополнительного материала, сравнивая его твердость и твердость основы. Одним из способов проверки твердости материалов является шкала Роквелла и шкала Бринелля. Метод Роквелла проверяет черные металлы, а метод Бринелля измеряет твердость цветных металлов. Чем выше число по обеим шкалам, тем тверже материал.