Восстановление деталей машин: современные методы наплавки

В зависимости от технических возможностей предприятия восстановление может осуществляться собственными силами или с привлечением специализированных ремонтных организаций.

Разнообразие методов наплавки

Ручная дуговая наплавка покрытыми электродами (MMA)

Этот метод широко применяется для восстановления и упрочнения деталей разнообразных форм и назначений, причем работы можно выполнять в любом пространственном положении. Легирующие элементы в наплавляемый металл поступают либо через электродный стержень, либо через его покрытие, что позволяет регулировать состав наплавленного слоя.

Преимущества метода

• Простота и доступность: оборудование не требует сложной настройки и легко транспортируется.
• Гибкость в легировании: можно получать наплавленный металл с различными свойствами, меняя состав электродов.

Недостатки

• Низкая скорость работы: процесс требует значительных временных затрат.
• Сложные условия труда: оператор подвергается воздействию высокой температуры и дыма.
• Нестабильность качества: возможны колебания в свойствах наплавленного слоя.
• Глубокое проплавление основного металла: это может приводить к деформациям и необходимости последующей обработки.

Несмотря на ограничения, MMA остается востребованным благодаря своей универсальности и простоте применения.

Полуавтоматическая и автоматическая дуговая наплавка в различной защитной среде MIG-MAG/SAW/TIG и др.

В современной промышленности широко применяются полуавтоматические и автоматические методы дуговой наплавки с использованием проволоки в различных защитных средах (MIG/MAG, SAW, TIG).

Одним из распространенных способов является механизированная наплавка под флюсом, где в качестве электродного материала могут выступать сплошная или порошковая проволока, а также металлическая лента (холоднокатаная, порошковая или спеченная).

Легирование наплавляемого металла

Основное легирование обычно происходит за счет состава электродного материала, тогда как легирующие флюсы используются значительно реже. В случае применения самозащитных и порошковых проволок (или лент) стабилизация дуги, введение легирующих элементов и защита расплава от окисления кислородом и азотом воздуха обеспечиваются компонентами, входящими в состав электродного сердечника.

Особенности наплавки в защитных газах

Использование защитных газов (MIG/MAG) при дуговой наплавке встречается реже из-за таких факторов, как интенсивное разбрызгивание металла и значительная глубина проплавления основного материала. Кроме того, из-за сильного проплавления базового металла требуемый химический состав наплавленного слоя достигается только после нанесения третьего-пятого слоя.

Преимущества механизированной наплавки

К ключевым достоинствам автоматизированных методов наплавки проволокой относятся:

• Универсальность: возможность работы с различными материалами и сплавами;
• Высокая производительность: автоматизация процесса значительно ускоряет работу;
• Гибкость в легировании: можно получать наплавленный металл практически любого состава.

Механизированные способы наплавки остаются востребованными в промышленности благодаря своей эффективности и широким технологическим возможностям.

• Наплавка плавящимся электродом под слоем флюса
• Наплавка плавящимся электродом в среде защитного газа
• Наплавка порошковой самозащитной лентой

Электрошлаковая наплавка (ЭШН)

Электрошлаковая наплавка (ЭШН) — это технология, при которой основной и наплавляемый металлы плавятся за счет тепла, выделяющегося в шлаковой ванне при прохождении через нее электрического тока. Процесс чаще всего выполняется в вертикальном или наклонном положении, реже — в горизонтальном. Формирование наплавленного слоя обычно контролируется принудительно.

Области применения

ЭШН востребована в случаях, когда требуется нанесение толстого металлического слоя (более 10 мм). В металлургии метод применяют для восстановления прокатных валков, в производстве биметаллических заготовок. В горнодобывающей отрасли его используют для ремонта зубьев экскаваторных ковшей и крупномодульных шестерен, а в машиностроении — для наплавки штампов. Кроме того, антикоррозионная наплавка лентами находит применение в атомной, энергетической и нефтехимической промышленности.

Преимущества технологии

• Стабильность процесса в широком диапазоне плотностей тока (0,2–300 А/мм²).
• Высокая производительность.
• Возможность работы с высоколегированными сталями и сплавами, склонными к растрескиванию.
• Нанесение толстых слоев металла за один проход.
• Гибкость в придании наплавленному материалу нужной формы.
• Совместимость с электрошлаковой сваркой.

Недостатки метода

• Высокая тепловая энергия приводит к перегреву основного металла и зоны термического влияния.
• Ограниченная возможность нанесения тонких слоев.
• Длительные подготовительные операции.

ЭШН остается эффективным решением для задач, требующих значительного наращивания металла, но имеет ряд ограничений, которые необходимо учитывать при выборе технологии.

На изображении представлена установка для сварки, но процесс наплавки на поверхность абсолютно аналогичен.

Плазменно-дуговая (порошковая) наплавка

Плазменно-дуговая (порошковая) наплавка — это метод нанесения защитного покрытия на металлические поверхности с использованием плазменной дуги, которая образуется между электродом плазмотрона и обрабатываемой деталью. В процессе наплавки применяется присадочный материал в виде порошка или проволоки, расплавляемый под воздействием высокотемпературной плазмы.

Данная технология востребована как при производстве новых деталей с повышенной износо- и коррозионной стойкостью, так и для ремонта изношенных или дефектных элементов.

Получаемый слой отличается высокой плотностью, прочностью сцепления с основой и устойчивостью к экстремальным нагрузкам, включая абразивное воздействие и динамические напряжения.

Материалы для наплавки включают углеродистые, легированные и высоколегированные стали, чугун, железо-, никель- и кобальтосодержащие сплавы, цветные металлы, а также композиты с карбидными включениями.

Технология обеспечивает производительность до 10 кг/ч при использовании порошков и до 18 кг/ч при наплавке проволокой. Толщина наносимого слоя может составлять от 0,5 мм и выше. В качестве присадочных материалов применяются:

• порошковые составы с размером частиц 60–300 мкм;
• сварочные и наплавочные проволоки диаметром 1–3,6 мм.

Процесс может выполняться в один или несколько проходов, с поперечным колебанием плазмотрона или без него.

Преимущества метода

• Минимальное проплавление основного металла.
• Высокая стабильность плазменной дуги.
• Небольшой припуск под механическую обработку.
• Максимальная скорость нанесения покрытия.
• Экономичный расход вольфрамового электрода.
• Возможность обработки мелких деталей.
• Высокая степень автоматизации процесса.

Области применения

Технология востребована в различных отраслях промышленности, включая:

• Нефтегазовый сектор (ремонт трубопроводной арматуры, насосов).
• Металлургия (восстановление валков, роликов).
• Сельхозтехника и автомобилестроение (упрочнение деталей трансмиссии).
• Целлюлозно-бумажная и деревообрабатывающая промышленность (защита рабочих узлов оборудования).
• Горнодобывающая отрасль (наплавка износостойких покрытий на ковши, дробилки).
• Энергетика и химическая промышленность (уплотнительные поверхности, клапаны).
• Инструментальное производство (штампы, пресс-формы, режущий инструмент).

Плазменно-дуговая наплавка сочетает высокую производительность с возможностью создания износостойких и коррозионностойких покрытий, что делает ее незаменимой в условиях интенсивных механических и термических нагрузок.

Индукционная наплавка

Индукционная наплавка — это высокотехнологичный метод, который хорошо поддается механизации и автоматизации, что делает его особенно востребованным в массовом производстве. Принцип работы основан на нагреве как наплавочного материала, так и поверхности детали с помощью высокочастотных токов, создаваемых электромагнитным полем индуктора.

Разновидности технологии

Существует два основных способа индукционной наплавки:

1. С твердым присадочным материалом: порошковая шихта, металлическая стружка или литые кольца наносятся на деталь и расплавляются под действием индуктора.
2. С жидким присадочным металлом: материал предварительно расплавляют в отдельной емкости, после чего заливают на поверхность, разогретую индукционным нагревом.

Сфера применения

Данная технология активно используется, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении, где требуется восстановление или упрочнение деталей.

Преимущества метода

• Незначительное проплавление основного металла, что сохраняет его структуру.
• Возможность нанесения тонких защитных или упрочняющих слоев.
• Высокая производительность в условиях крупносерийного выпуска изделий.

Недостатки

• Относительно низкий коэффициент полезного действия.
• Риск перегрева основного материала.
• Ограниченный выбор наплавочных материалов: их температура плавления должна быть ниже, чем у обрабатываемой детали.

Несмотря на некоторые минусы, индукционная наплавка остается перспективной технологией, особенно в отраслях, где важны скорость и точность обработки.

Электроконтактная наплавка (наварка)

Электроконтактная наплавка (или наварка) — это технология соединения основного и присадочного металлов за счет их совместного пластического деформирования под действием импульсного электрического тока. Для реализации процесса применяют модернизированное оборудование, предназначенное для шовной контактной сварки.

Используемые материалы

В качестве присадочных элементов могут выступать:

• стальная лента или проволока,
• металлические порошки и их комбинации.

Область применения

Метод востребован при ремонте и восстановлении различных деталей, таких как:

• валы и оси,
• штоки и фланцы,
• барабаны и другие элементы.

Ограничения

Технология эффективна только при износе деталей, не превышающем 1,0–1,5 мм в диаметре.

Преимущества и недостатки метода

Сильные стороны:

• Отсутствие глубокого проплавления основного металла, что сохраняет его структуру.
• Незначительные термические деформации обрабатываемых деталей.
• Возможность нанесения тонких слоев наплавленного материала.

Слабые стороны:

• Относительно низкая скорость выполнения работ.
• Ограниченный перечень деталей, подлежащих восстановлению данным способом.

Таким образом, электроконтактная наплавка является узкоспециализированным, но эффективным решением для восстановления изношенных элементов с минимальным термическим воздействием.

Лазерная наплавка

Современные технологии лазерной наплавки включают три основных метода:

1. Подача присадочного материала в зону обработки: порошок или проволока поступают непосредственно в область лазерного воздействия.
2. Оплавление предварительно нанесенных паст: на поверхность детали наносится композитный состав, который затем подвергается лазерной обработке.
3. Обработка напыленных покрытий: лазер используется для плавления предварительно нанесенного слоя материала.

Благодаря высокой точности лазерного воздействия необходимый состав и свойства наплавляемого металла достигаются уже после нанесения первого тонкого слоя. Данная технология активно применяется в промышленности, например, для восстановления коленчатых и распределительных валов двигателей, клапанов и других ответственных узлов.

Преимущества лазерной наплавки

• Минимальное проплавление основного материала при сохранении высокой адгезии.
• Возможность создания сверхтонких покрытий (менее 0,3 мм).
• Низкий уровень деформации обрабатываемых деталей.
• Доступность обработки сложных и труднодоступных поверхностей.
• Высокая скорость и производительность процесса.

Недостатки технологии

• Высокая стоимость оборудования, хотя с развитием лазерных технологий метод становится более доступным.
• Дороговизна присадочных материалов, что может увеличивать себестоимость обработки.

Несмотря на эти ограничения, лазерная наплавка продолжает развиваться и находить применение в различных отраслях промышленности.

Читайте также: Разработка и оснащение производства автоматическим комплексом для лазерно-порошковой наплавки «УАЛПН-6000»

Электронно-лучевая наплавка

Этот метод основан на применении сфокусированного электронного луча, который обеспечивает раздельный контроль нагрева и плавления основного металла и присадочного материала. Благодаря этому удается минимизировать их смешивание.

В качестве присадки может использоваться как сплошная, так и порошковая проволока. Вакуумная среда процесса позволяет применять порошковые проволоки, состоящие исключительно из легирующих элементов, без необходимости вводить связующие компоненты.

Преимущества

• Незначительное и управляемое проплавление основного материала.
• Возможность нанесения тонких слоев наплавки.

Недостатки

• Высокая сложность и дороговизна оборудования.
• Необходимость защиты операторов от рентгеновского излучения.

Наплавка трением

Данная технология основана на вращении присадочного прутка с высокой скоростью (1500–4000 об/мин) и его прижатии к обрабатываемой поверхности. В результате трения металл разогревается до пластичного состояния и переносится на деталь, формируя наплавленный слой.

Преимущества

• Возможность создания тонких покрытий.
• Отсутствие смешивания основного и присадочного материалов.
• Энергоэффективность процесса.

Недостатки

• Ограниченная универсальность: для каждой детали требуются присадочные прутки строго определенных размеров, а также специализированная оснастка.
• Низкая скорость наплавки.
• Дефицит стандартизированных материалов для данного метода.
• Возможные дефекты, такие как краевые несплавления.

Этот метод подходит для задач, где критичны точность и минимальное тепловое воздействие на основную заготовку.

Современные методы наплавки открывают широкие возможности для экономически эффективного и качественного восстановления деталей, продлевая срок их службы и снижая затраты на ремонт техники.

Каждый метод наплавки имеет свои преимущества и ограничения, поэтому выбор технологии зависит от конкретных задач, материала и условий эксплуатации детали.

Компания «ДельтаСвар» специализируется на поставке промышленного оборудования для сварки, резки и наплавки, включая автоматизированные и роботизированные решения.

Автоматизированные и роботизированные комплексы для наплавки

«ДельтаСвар» проектирует и внедряет роботизированные системы для наплавки, которые обеспечивают высокую точность и производительность. Примеры решений:

• Шестиосевые промышленные роботы с интегрированным сварочным оборудованием, подходящие для сложных форм деталей.
• Автоматические сварочные комплексы для наплавки под флюсом или в среде защитных газов, снижающие влияние человеческого фактора.

Оборудование для плазменной и лазерной наплавки

Компания предлагает:

• Плазменные установки для восстановления деталей с минимальным нагревом (например, коленвалов, осей).
• Лазерные системы для высокоточной наплавки, хотя их применение ограничено из-за высокой стоимости и требований к квалификации персонала.

Дополнительные услуги

• Техническая поддержка: включает подбор оборудования, обучение персонала и сервисное обслуживание.
• Индивидуальные решения: Разработка проектов под специфические задачи клиента (например, наплавка деталей горнодобывающей техники).

Компания сотрудничает с крупными промышленными предприятиями по всей России, подтверждая свою экспертизу в области ремонтных технологий.

Для уточнения деталей по конкретным моделям оборудования или стоимости рекомендуется обратиться напрямую к специалистам «ДельтаСвар».