РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА, УПРОЧНЁННЫХ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОЙ НАПЛАВКОЙ
2.1. Условия формирования качественного сварного соединения при электроконтактной наплавке. Исследование и выбор основных критериев, определяющих качество сварного соединения
Как было показано ранее, наиболее совершенным технологическим процессом изготовления и упрочнения рабочих органов машин и инструмента является наплавка слоя с регламентированным распределением свойств, позволяющая обеспечить требуемый характер износа, повышение эксплуатационных характеристик, качество выпускаемой продукции, снижение её себестоимости. При этом электродуговая наплавка слоёв с регламентированным изменением свойств характеризуется различием закона распределения легирующих материалов в шве от характера их подачи в сварочную ванну. На эти различия существенную роль оказывает воздействие ряда факторов: буферное влияние объёма сварочной ванны, её форма, участие в легировании формирующегося шва основного металла или предыдущего наплавленного слоя ?55?. Различия эти растут с увеличением градиента изменения состава шва. При этом трудно, а порой и невозможно обеспечить требуемое распределение свойств рабочей поверхности ?57?. Решить задачу устранения или уменьшения этих различий можно, используя технологические процессы наплавки, обеспечивающие создание наплавленного слоя с формированием сварочной ванны минимальных размеров или практически без неё (ванны). К таким технологиям, в частности, относятся способы сварки давлением, например, электроконтактная наплавка (ЭКН), характеризующаяся рядом положительных качеств ?71 - 73?:
1. Высокой производительностью и низкой энергоёмкостью процесса наращивания слоя металла.
2. Незначительной величиной или полным отсутствием расплавленного металла в области контакта.
3. Отсутствием или весьма малой долей металла изделия в наплавленном.
4. Минимальной зоной термического влияния вследствие малой длительности импульсов сварочного тока.
5. Малыми термическими деформациями наплавляемого изделия.
6. Отсутствием необходимости в защитной среде ввиду кратковременного термического воздействия на свариваемые материалы и другим особенностям процесса.
7. Отсутствием мощного светового излучения и газовыделения.
По результатам длительных исследований и опыту эксплуатации установлено ?71?, что электроконтактная наплавка также характеризуется:
1. Свойства металла, наплавленного этим способом, целиком определяются химическим составом присадочного металла. Наплавляемый слой формируется в пластичном состоянии присадочного металла и его легирование в процессе сварки любым известным способом невозможно. По этой же причине в наплавленном слое практически отсутствуют элементы металла изделия. Из-за кратковременного нагрева присадочного металла в процессе формирования наплавляемого слоя выгорания легирующих элементов практически не наблюдается. Таким образом, химический состав наплавленного металла почти полностью соответствует химическому составу присадочного металла. Ввиду высокой скорости охлаждения наплавляемого металла за счёт теплообмена с электродом, выполненным из сплава на основе меди, состояние наплавленного металла близко к состоянию после оптимальной закалки. В процессе формирования наплавленного слоя присадочный материал претерпевает значительную деформацию, что также накладывает положительный отпечаток на свойства наплавленного слоя.
2. По сравнению с электродуговыми способами наплавки интенсивность теплового воздействия процесса электроконтактной наплавки гораздо слабее. Это объясняется тем, что максимальная температура на поверхности изделия (установлено экспериментально и подтверждено расчётами) не превышает
1250 оС. Кроме того, ввиду цикличности процесса выделенное одним импульсом тока тепло в значительной степени отводится из зоны наплавки в массу электрода за время паузы между импульсами.
3. Способ электроконтактной наплавки является высокотехнологичным процессом с возможностью его частичной или полной механизации и автоматизации.
4. Производительность электроконтактной наплавки составляет 200...250 см2/мин при толщине наплавленного слоя металла 1 мм. Энергоёмкость процесса, выраженная в расходе электроэнергии на наплавку одного килограмма металла при толщине слоя в 1 мм, составляет примерно 0,87 кВт?час.
Это даёт возможность упрочнять рабочие поверхности слоем переменного химического состава в большинстве случаев с любым градиентом его изменения, вплоть до дискретного.
Однако технологический процесс электроконтактной наплавки имеет ограничения, связанные с условиями распределения тока в области контакта свариваемых поверхностей. С ростом площади контакта резко снижаются стабильность свойств и качество сварного соединения. Это связано с неравномерным и неконтролируемым распределением сварочного тока в различных областях электрического контакта (из-за краевых эффектов, дефектов в свариваемых материалах, их неоднородности, геометрии рабочих концов электродов и др.), неодинаковыми условиями отвода тепла. Указанные процессы проявляются в наибольшей степени при электроконтактной наплавке неоднородных материалов, например, спеченных порошковых, композиционных.
Сопротивление между электродом и деталью, а также между самими свариваемыми деталями определяется, кроме прочих факторов, суммарной площадью фактического контакта, преимущественно по микровыступам. Это вызывает резкое уменьшение проводящего сечения, искривление и локальное сгущение линий тока [74]. Условия контакта свариваемых поверхностей носят случайный характер и в большой степени зависят от качества подготовки поверхностей и величины сжимающего усилия, температуры металла в области контакта (рис.2.1) [75].
Теплота, выделяемая в контакте преимущественно в начале процесса нагрева, обеспечивает локальное повышение температуры и удельного сопротивления металла (рис.2.2) [75]. Несмотря на то, что в дальнейшем сопротивление контакта между деталями (RДД) быстро уменьшается, его роль продолжает сказыва
- Київ+380960830922