Наварка пластин с помощью сварочных порошков

01.06.2018
а) Составы сварочных порошков. Для наварки пластин быстрорежущей стали на заводах применяют различные составы сварочных порошков. Большое распространение получили следующие составы (в весовых частях)

Некоторые заводы добавляют, кроме того, в состав сварочного порошка чугунные или стальные опилки, толченое стекло и т. д.

Сварочный порошок, применяемый для наварки, должен отвечать следующим требованиям:

а) Температура плавления порошка не должна быть выше допустимых температур нагрева быстрорежущей стали при закалке во избежание перегрева пластин в процессе наварки.

б) Температуры плавления порошка по этой же причине не должны значительно изменяться при возможных в цеховых условиях колебаниях в содержании отдельных компонентов сварочного порошка.

в) Сварочный порошок должен давать твердый раствор с металлом пластины и державки, чтобы при необходимости последующей закалки наварного инструмента пластины не отпадали от державки.

г) В ряде случаев, особенно при изготовлении сложного инструмента, например, фрез с наварными зубьями, необходимо, чтобы наварной шов имел удовлетворительную обрабатываемость, позволяющую после наварки выполнять окончательную механическую обработку инструмента.

Для наварки пластин стали РФ1 и ЭИ262 первым трем перечисленным требованиям лучше отвечает порошок состава 1, содержащий ферромарганец и буру и дающий прочную наварку. Температура плавления ферромарганца составляет 1250—1260° и мало изменяется в различных марках ферромарганца. Вместе с тем марганец дает непрерывный ряд твердых растворов с железом. Однако наварной шов при применении порошка этого состава не имеет удовлетворительной обрабатываемости.

Для наварки пластин стали ЭИ184, имеющей температуры закалки в пределах 1160—1190°, состав 1 нельзя применять. Требуемое в этом случае понижение температуры плавления сварочного порошка, как это показали Н.А. Минкевич и Ю.А. Геллер (Институт стали) и Н.А. Бухмац (Лариг), хорошо достигается путем добавки меди в пределах до 20% (состав 3). Медь дает с марганцем твердый раствор и понижает температуру плавления сварочного порошка до 1150°. Введение меди сверх 25—20% нецелесообразно, так как при этом понижается способность сварочного порошка давать твердый раствор с железом пластины и державки. Добавки меди в пределах 10—20% понижает, кроме того, твердость наварного шва, что позволяет обрабатывать его резцом в тех случаях, когда инструмент после наварки должен пройти механическую обработку.

Сварочный порошок, состоящий из ферромарганца и ферросилиция (состав 2), дает после наварки шов, имеющий высокую твердость.

Применение порошков на медноникелевой основе (состав 4) мало целесообразно как ввиду их сравнительной дороговизны, так и потому, что они не дают твердых растворов с железом, что часто приводит к отпадению пластины при необходимости последующей закалки наварного инструмента.
Наварка пластин с помощью сварочных порошков

На фиг. 109 приведена микроструктура наварного шва, полученного при применении сварочного порошка, состоящего те 60% ферромарганца и 20% меди.

Микроанализ показывает, что в процессе наварки, выполненной при; 1190°, порошок расплавился и образовал раствор с металлом державки и пластины.

На фиг. 110 приведена микроструктура шва, полученного при наварке медноникелевым порошком при 1190°; на фотографии отчетливо видны границы, резко отделяющие металл порошка, расплавившегося при наварке, от железа пластины и державки.

Применение ферросилиция в составе порошка дает менее устойчивые результаты, так как температура его плавления может колебаться довольно широко: от 1208 до 1350° при изменении содержания кремния, находящегося в различных марках ферросилиция, в пределах от 43 до 95%. Кроме того, ферросилиций не дает твердых растворов с медью, что осложняет его использование для наварки пластин стали ЭИ184.

Бура в составе сварочного порошка применяется в качестве флюса и защищает металл от окисления и обезуглероживания при высоком нагреве в процессе наварки. Буру можно частично или полностью заменять толченым стеклом.

Для наварки пластин стали ЭИ184 применяют также сварочный порошок, состоящий из 3 частей ферромарганца, 3 частей толченого стекла и 2 частей буры. По данным одного из заводов, этот порошок обладает хорошей жидкотекучестью и смачиваемостью при температурах 1180—1200°.

Таким образом для наварки пластин быстрорежущей стали можно применять составы порошка, указанные в табл. 61.

Ферромарганец в составах № 1, 2 и 3 (табл. 61) можно применять малоуглеродистый (марки Mn1 и Мn2 по ГОСТ В-1415-42) и углеродистый. Использование малоуглеродистого ферромарганца марок Mn1 и Мn2 дает более прочную наварку.

В составе порошка 1 можно частично вместо ферромарганца использовать ферросилиций марки 75 по ГОСТ В-1415-42, хотя это несколько снижает качество и прочность наварки.

Вместо буры в составах № 1 и 2 можно применять толченое стекло.

В составе Ks 4 следует применять ферромарганец марок Mn1 и Мn2. Замена его углеродистым ферромарганцем или ферросилицием и замена буры толченым стеклом не допускается, так как эти компоненты повышают твердость наварного шва.

Для составления сварочного порошка ферромарганец и ферросилиций измельчают до 0,1—0,3 мм, а медь — до 1,0 мм в поперечнике, затем их тщательно перемешивают с бурой. Медь можно брать в виде опилок, получаемых при резке ее ножовкой. Бура применяется обезвоженная (для чего буру нагревают при 200—300° в течение 1—2 час).

Чем мельче измельчены и лучше перемешаны компоненты порошка, тем более качественной получается наварка.

б) Технологический процесс наварки. Пластины изготовляют таким образом, чтобы строчечность первичных карбидов в плоскости пластины была перпендикулярна режущей кромке. Такое расположение карбидов позволяет получить более высокие режущие свойства по причинам, приведенным выше.

В соответствии с формой и размером пластины в державке выстрагивают специальное гнездо, в котором должна быть уложена пластина. Для изготовления гнезда нет необходимости прибегать к дорогой операции фрезерования, так как его форма и поверхность должны отвечать только следующим требованиям:

а) поверхность гнезда должна быть ровной и гладкой, с тем, чтобы она хорошо и без перекосов соприкасалась с поверхностью пластины;

б) пластина быстрорежущей стали не должна выступать за гнездо державки («свешиваться»); это необходимо для упрощения последующей заточки и устранения «зажогов» при заточке.

Кроме того, навариваемые поверхности гнезда и пластины не должны иметь следов окалины.

Наварку резцов обычно производят в специальной пламенной «очковой» печи, имеющей не менее двух очков: в одном из них с температурой 850—950° производят предварительный подогрев державки, а в другом с высокой температурой — окончательный нагрев и наварку пластины. Атмосферу в печи надо поддерживать слегка восстановительную или нейтральную.

На гнездо державки насыпают слоем I—2 мм обезвоженную буру и державку устанавливают для подогрева в первое очко печи. Продолжительность выдержки для подогрева зависит от сечения державки; резцы сечением 12х16, 16х20, 20х30 мм и т. п. достаточно выдерживать при нагреве 5—8 мин. После подогрева державку вынимают из печи, гнездо быстро очищают стальной щеткой и посыпают слоем сварочного порошка толщиной 2—3 мм, затем укладывают пластину и посыпают ее бурой (или толченым стеклом).

При укладке державки на подогрев можно не посыпать на гнездо буры, но после подогрева державки вынуть ее из печи и дать на поверхность гнезда тонкий слой буры. После расплавления буры надо очистить гнездо стальной щеткой для удаления окалины, образовавшейся при нагреве, а затем насыпать сварочный порошок и уложить пластину.

Подогретую державку устанавливают тем кондом, на котором имеется гнездо и находится пластина, во второе (сварочное) очко печи, выдерживают 2—3 мин. для расплавления порошка, а затем вынимают из печи и быстро переносят под ручкой пресс. На последнем пластину слегка прижимают к державке для удаления флюсов и для достижения плотного соприкасания поверхностей пластины и гнезда державки.

В случае смещения пластины при нагреве в печи ее быстро до прижатия на прессе выправляют и устанавливают в требуемом положении.

Дальнейший процесс обработки наварного инструмента можно производить двумя способами:

1. После наварки инструмент охлаждают в масле или в струе сжатого воздуха; затем он проходит трехкратный отпуск при 550—560° и поступает для заточки.

2. После наварки инструмент или немедленно передают для отжига, или охлаждают сначала в песке (золе), а затем проводят отжиг.

После отжига инструмент проходит черновую заточку, потом закалку и отпуск по режиму, установленному для соответствующей марки быстрорежущей стали, а затем и чистовую заточку (доводку).

Первый из указанных здесь способов позволяет получить наварной инструмент при сокращенном цикле термообработки, а второй способ дает более качественный инструмент, обладающий лучшими режущими свойствами но следующим причинам.

В очковой печи не всегда можно обеспечить равномерный нагрев при наварке; поэтому сочетание наварки и закалки в одной операции не позволяет в ряде случаев сообщить пластине температуру нагрева, требуемую при качественной закалке. Это обстоятельство в первую очередь надо учитывать при наварке пластин, изготовленных из стали ЭИ184, обладающей более узким интервалом температур нагрева для закалки, чем сталь РФ1. Возможное повышение температуры в очковой печи на 10—20° сверх 1180—1190° вызывает чрезмерный рост зерна и сохраняет в стали ЭИ 184 увеличенное количество остаточного аустенита, вследствие чего наварная пластина может He получить требуемой твердости (62—63 Rс) даже после трехкратного отпуска. Поэтому обработка наварных пластин стали ЭИ 184 по второму способу, т.е. с промежуточным отжигом после наварки, является необходимой. Нагрев наварных резцов при закалке в специальной печи, т. е. отдельно от наварки, может в большей степени гарантировать получение высокой твердости и мартенситной структуры в стали ЭИ 184 после закалки и трехкратного отпуска.

Для получения требуемой геометрии в наварной пластине в ряде случаев необходимо снять при заточке значительный слой металла, в особенности, если пластина несколько сдвинулась в гнезде при наварке. При такой заточке часто происходит чрезмерный разогрев режущей кромки с образованием на ней цветов побежалости, что значительно ухудшает режущие качества резца. Измерения показывают, что в результате подобных «зажогов» при заточке твердость в режущей кромке понижается до 60 Rс (а иногда и ниже). Если заточка резца производится после отжига, то такие зажоги снимаются при последующей закалке.

При применении хорошо составленного порошка ферромарганца или ферромарганца с медью и при удовлетворительном выполнении наварки не происходит отпадения наварной пластины в процессе последующей закалки инструмента, так как порошок образует при расплавлении твердый раствор с металлом пластины и державки.

Наварку таких инструментов, как расточные пластины, имеющие две режущие грани, расположенные с противоположных сторон, надо вести или в специальном приспособлении, зажимающем нижнюю наварную пластину после засыпки порошка и позволяющем производить давление под прессом после наварки одновременно на обе пластины, или же производить сначала наварку одной (верхней) пластины, затем после прижатия ее под прессом переворачивать пластину и немедленно, не допуская ее охлаждения ниже 750—800°, произвести наварку второй пластины. В последнем случае расточную пластину надо укладывать в печь и переносить под пресс при второй наварке на специальном листе, для того чтобы первая, уже наваренная пластина, расположенная снизу, не сползала под тяжестью собственного веса. Если вторую наварку производят после охлаждения первой наварной пластины, то всей заготовке надо перед второй наваркой дать промежуточный отжиг во избежание образования нафталинистого излома.

В аналогичном порядке выполняют наварку фрез и плашек с наварными зубьями и тому подобного инструмента. После наварки инструмент проходит отжиг, затем механическую обработку, закажу и отпуск.

в) Контроль качества наварки. Качество наварки пластин проверяют непосредственно после этой операции. Шов должен быть плотным и не должен содержать раковин и пустот, видимых невооруженным глазам не менее чем на 75% его длины. Наружному контролю подвергают каждый наварной инструмент.

От каждой партии проверяют на прочность наварки по два-три инструмента. Пластина не должна отлетать по шву после сравнительно легкого удара по ней молотком.

После окончательной термообработки производят выборочный контроль на твердость наварных пластин, обычно в количестве 2% от партии.