НАПЛАВКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ (ИНДУКЦИОННАЯ)

АННОТАЦИЯ

В статье описаны технология индукционных поверхностей, технологические операции с индукционными поверхностями и сущность индукционных поверхностей. Говорят, что толщина металла связана с резким изменением продолжительности нанесения покрытия на поверхность и снижением эффективности нагрева из-за уменьшения объема металла, нагреваемого индуктором. Металлические, наружные или внутренние цилиндрические поверхности, собранные в детали с индукционной поверхностью на плоской поверхности, могут иметь небольшую кривизну из-за удержания на плоских поверхностях или сил поверхностного натяжения, и уже упоминалось, что для сохранения раствора плоским можно использовать технологические коллекторы или специальные формовочные охладители, и, во-первых, полка срок службы низкоуглеродистой стали, среднеуглеродистой стали, и указано, что температура основного металла должна быть ниже точки плавления, а степень подвода тепла к поверхности нагрева должна быть значительно выше скорости его выведения из нижней части изделия и нанесения ущерба окружающей среде.

ABSTRACT

The article describes the technology of induction surfaces, technological operations with induction surfaces and the essence of induction surfaces. It is said that the thickness of the metal is associated with a sharp change in the duration of coating on the surface and a decrease in heating efficiency due to a decrease in the volume of metal heated by the inductor.

Metal, external or internal cylindrical surfaces assembled into parts with an induction surface on a flat surface may have a slight curvature due to retention on flat surfaces or surface tension forces, and it has already been mentioned that technological collectors or special molding coolers can be used to keep the solution flat, and, firstly, shelf life low carbon steel, medium carbon steel and

It is indicated that the temperature of the base metal should be below the melting point, and the degree of heat supply to the heating surface should be significantly higher than the rate of its removal from the bottom of the product and damage to the environment.

Ключевые слова: индукционная наплавка, технология, эффективность, транспортировка, элемент, износостойкость, биметалл, коэффициент, трение.

Keywords: induction surfacing, technology, efficiency, transportation, element, wear resistance, bimetal, coefficient, friction.

Сущность метода индукционной наплавки заключается в нанесении на поверхность детали слоя специального материала с дальнейшим его расплавлением путем индукционного нагрева для восстановления первоначальной формы детали или придания поверхности особых свойств (рис. 1).

Наплавленный слой отличается особой прочностью, что обеспечивает повышение износостойкости наплавляемых элементов, а следовательно, увеличивает их долговечность. Полученные этим способом биметаллические изделия позволяют экономить дорогостоящие материалы, управлять такими свойствами, как коэффициент трения, существенно снижать себестоимость и повышать долговечность деталей и узлов. Наплавка может быть одновременной или непрерывно-последовательной. Последняя может выполняться на достаточно больших площадях поверхности при сравнительно небольшой мощности в индукторе.

Рисунок 1. Схема расположения наплавляемой детали в индукторе:
1 – деталь; 2 – слой шихты; 3 – индуктор; 4 – опорное приспособление

Индукционная наплавка может осуществляться на детали, имеющие плоскую поверхность, наружную или внутреннюю цилиндрические поверхности [1]. Наплавляемый металл может удерживаться на плоских поверхностях или имеющих малую кривизну за счет сил поверхностного натяжения, а при наплавке цилиндрических поверхностей с вращением деталей – за счет центробежных сил. Для удержания расплава на плоских поверхностях могут использоваться технологические буртики или специальные формующие холодильники. Для повышения производительности процесса и уменьшения расхода электроэнергии используются сплавы с более низкой температурой плавления, а также шихта с улучшенной теплопроводностью, увеличенной объемной массой и уменьшенным количеством флюса. Детали, восстановленные и упрочненные методом индукционной наплавки, служат в 3–10 раз дольше новых, неупрочненных деталей. Индукционная наплавка применяется для упрочнения и восстановления деталей:

• железнодорожной техники;
• горнодобывающего оборудования;
• строительной техники;
• дорожно-ремонтной техники;
• автомобилей и тракторов;
• сельскохозяйственной техники. К ним относятся такие изделия: долото лемеха, лапа культиватора, хвостовик автосцепки, замок автосцепки, центрирующая балка, хомут тяговый, плита опорная и т.д.

Технологический процесс индукционной наплавки складывается из следующих операций:

1) подготовка наплавляемой поверхности детали. Очистка от загрязнений и ржавчины;

2) нанесение шихты на упрочняемую поверхность для получения необходимой толщины износостойкого сплава с учетом требований эксплуатации;

3) подача детали в индуктор и расплавление шихты на всей наплавляемой поверхности;

4) удаление детали из индуктора и передача на участок термической обработки.

При разработке оптимального процесса упрочнения деталей машин необходимо учитывать влияние технологических факторов на качество наплавленного слоя. Основным условием получения качественного слоя наплавленного металла является одновременное расплавление шихты на всей упрочняемой поверхности. С уменьшением толщины основного металла продолжительность наплавки резко увеличивается. Это объясняется снижением коэффициента полезного действия нагрева вследствие уменьшения объема металла, разогреваемого индуктором. В условиях массового производства неизбежны колебания толщины восстанавливаемых изделий вследствие разной величины их износа. Эта разница может достигать 25–40% номинальной толщины кромки. Сужение этого допуска представляет значительные технические трудности и требует либо предварительной механической обработки наплавляемой поверхности, либо пластической деформации в горячем состоянии. Решающее влияние на стабильность наплавленного слоя по толщине оказывает равномерность слоя нанесенной шихты. При использовании ручных приспособлений для нанесения шихты на наплавляемую поверхность толщина слоя насыпки колеблется в пределах ±20% номинальной, что не гарантирует получения равномерной толщины наплавленного слоя. Установлено, что по мере увеличения толщины слоя шихты увеличивается продолжительность наплавки детали. В процессе индукционной наплавки рабочие органы подвергаются местному нагреву до высоких температур, что вызывает термические деформации детали. Величина и характер деформации зависят от общей жесткости детали, формы поверхности, метода нагрева, глубины фрезерования в период подготовки поверхности. Наибольшей деформации во время наплавки подвергаются длинномерные детали, например режущие органы сельхозтехники: лемех рыхлителя, нож измельчающего аппарата силосоуборочного комбайна и др. С целью получения детали, соответствующей чертежу, эти заготовки перед наплавкой выгибают в обратную сторону на величину, равную деформации детали от термического воздействия, которую заранее рассчитывают или определяют эмпирическим путем. При разработке и внедрении технологического процесса наплавки необходимо обеспечить стабильные геометрические размеры поверхности, достигнуть точности дозирования шихты по толщине не ниже ±5% номинальной толщины слоя шихты, обеспечить стабильную горизонтальную установку упрочняемой плоскости в индукторе, стремиться к использованию сплавов, вязких в интервале наплавочных температур. Основная задача термической обработки после индукционной наплавки – устранение последствий перегрева основного металла. С этой целью в технологическом процессе изготовления деталей после наплавки обычно предусматривается нормализация. Нормализация не является совершенно необходимой операцией после индукционной наплавки. Если в эксплуатации деталь не испытывает динамических нагрузок и можно не опасаться хрупкого разрушения, то термическая обработка после наплавки не производится. Это в первую очередь относится к малоуглеродистой стали (Ст 3, 20). Для более ответственных деталей, изготовляемых из среднеуглеродистых сталей и испытывающих при эксплуатации ударные нагрузки, например лапы культиваторов, нормализация после наплавки обязательна. В ряде случаев нормализация может быть совмещена с другими операциями, например с нагревом под гибку, если таковой применяется при придании деталям окончательной формы [2].

Технология индукционной наплавки опорной плиты. Для наплавки используется шихта, представляющая механическую смесь порошков твердого сплава ПС-5 и флюса, содержащего борный ангидрид, буру и силикокальций. Флюс, входящий в состав шихты, удаляет окисную пленку с основного металла, раскисляет наплавляемый металл и выполняет защитные функции, предотвращая взаимодействие расплавленного металла с кислородом воздуха и задерживая теплоотдачу в окружающую среду. Шихта наносится на наплавляемые участки поверхности детали полуавтоматическим дозатором слоем определенной толщины, которая зависит от требуемой толщины наплавленного слоя. Затем деталь с нанесенным слоем шихты вводят в специальный индуктор, питаемый от высокочастотной установки (рис. 2). Для удобства транспортировки деталей к наплавочным установкам шихта предварительно спекается в газовой печи при температуре около 600 °С. Источником питания, как правило, служат высокочастотные генераторы с частотой 70–150 кГц. При прохождении тока высокой частоты через контур индуктора в поверхностных слоях основного металла индуцируются токи, и наружный слой металла быстро разогревается.

Слой шихты, расположенный между индуктором и нагреваемой поверхностью, в связи с высоким сопротивлением металлического порошка слабо реагирует на воздействие переменного электромагнитного поля. Шихта нагревается главным образом за счет теплопередачи от основного металла. В связи с этим температура плавления шихты должна быть ниже температуры начала плавления основного металла, а скорость подвода тепла к нагреваемой поверхности должна быть значительно больше скорости его отвода в глубь изделия и потерь в окружающую среду.

Рисунок 2. Наплавка опорной плиты петлевым индуктором:
1 – изделие; 2 – слой шихты; 3 – петлевой индуктор; 4 – наплавленный слой;
5 – высокочастотный генератор

Наплавленные детали подвергаются нормализации посредством индукционного нагрева до температуры 800–830 °С для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры основного металла [3].

Список литературы:

1. Балдаев Л.Х. Газотермическое напыление : учеб. пособие для вузов / Л.Х. Балдаев, В.Н. Борисов, В.А. Вахалин; под общ. ред. Л.Х. Балдаева. – М. : Маркет ДС, 2007. – 344 с.
2. Ельцов В.В. Ремонтная сварка и наплавка деталей машин и механизмов : учеб. пособие. – Тольятти : Изд-во ТГУ, 2012. – 176 с.
3. Ельцов В.В. Ремонтная сварка и наплавка изделий из легких сплавов : учеб. пособие / В.В. Ельцов, В.Ф. Матягин. – Тольятти : ТГУ, 2007. – 213 с.