Наплавка

12.07.2018
В 1954 г. в Институте электросварки был организован отдел физикометаллургических процессов наплавки износостойких и жаропрочных сталей. Отдел возглавил И.И. Фрумин. Наиболее обширными стали разработки в области дуговой наплавки. Уже в начале 50-х гг. были разработаны первая в России порошковая наплавочная проволока — ПП-ЗХ2В8 и технология износостойкой наплавки стальных прокатных валков, успешно примененные на Днепропетровском трубопрокатном заводе. Стойкость валков повысилась примерно в 10 раз.

После такого успеха износостойкую дуговую наплавку начали применять на Магнитогорском, Кузнецком, Коммунарском (ныне Алчевском) металлургических комбинатах — всего более чем на 50 металлургических предприятиях. При поддержке Б.Е. Патона организовано производство наплавочной порошковой проволоки на Магнитогорском метизно-металлургическом заводе и создано серийное производство вальценаплавочных станков на Краматорском станкостроительном производственном объединении.

В дальнейшем был создан целый ряд порошковых проволок ПП-Нп-25Х5ФМС, ПП-АН132, ПП-АН147. Порошковая проволока ПП-Нп-35В9ХЗГСФ вот уже около 50 лет остается одной из наиболее используемых для наплавки не только прокатных валков, но и других деталей, работающих в аналогичных условиях.

Всего в ИЭС разработаны более двух десятков порошковых проволок, а также технологии наплавки под флюсом, открытой дугой и в защитных газах различных деталей машин и механизмов, эксплуатирующихся в условиях практически всех известных видов изнашивания: это валы, оси, крановые колеса и т. п.; штампы холодной и горячей штамповки; плунжеры гидропрессов; ролики машин непрерывного литья заготовок; детали, работающие в условиях интенсивного изнашивания.

Разработана и используется в промышленности плазменно-порошковая наплавка выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания; энергетической и нефтехимической арматуры; червяков экструдеров для прессования пластмасс и резиновых смесей; клапанов двигателей внутреннего сгорания; ножей горячей и холодной резки металлов; многолезвийного режущего инструмента и других деталей. Созданы специализированные и универсальные установки для плазменно-порошковой наплавки, а также присадочные порошки на основе железа, никеля, кобальта, меди.

Значительный успех был достигнут в осуществлении ремонтных работ ответственных деталей тепловой энергетики и авиационной техники из высокожаропрочных сталей и сплавов.

Разработан ряд новых технологий электрошлаковой наплавки (ЭШН). С использованием этого процесса была решена проблема наплавки прокатных валков из чугуна и заэвтектоидных сталей. Оригинальный секционный токоподводящий кристаллизатор позволяет использовать в качестве присадки некомпактные материалы практически любого химического состава в виде дроби, стружки, кусковых материалов и жидкого металла. Производительность наплавки — до нескольких сотен кг наплавленного металла в час.

Доведена до промышленного применения технология ЭШН некомпактными материалами (стружкой инструментальной стали и жидким присадочным металлом) крупных молотовых штампов. Промышленные испытания показали, что ЭШН штампов позволяет в 2-3 раза сократить расход штамповой стали, успешно утилизировать стружку непосредственно на предприятии, изготавливающем штампы. На участке наплавки штампов ОАО «Токмакский кузнечно-штамповочный завод» работает установка, которая позволяет наплавлять до 1000 т штампов в год.

В ИЭС разработана и внедрена в промышленности электрошлаковая наплавка лентами (ЭШНЛ). Характерными особенностями ЭШНЛ являются высокая производительность (до 60 кг/ч) и очень малое проплавление (доля основного металла в наплавленном 5...15 %), что гарантирует достижение заданного химического состава наплавленного металла в первом наплавленном слое. Технология применяется, в основном, для антикоррозионной наплавки плоских изделий и тел вращения большого диаметра лентами из нержавеющих сталей и никелевых сплавов.

Следует подчеркнуть, что процессы механизированной электродуговой наплавки в широкой номенклатуре технологий нанесения износостойких покрытий доминируют и, видимо, сохранят свою ведущую роль в перспективе.

Специалисты ИЭС одними из первых в стране исследовали и создали материалы, технологии и оборудование для механизированной наплавки открытой дугой. Им принадлежит авторство такого широко известного сегодня наплавочного материала, как порошковая лента.

На основе исследования износа наплавленного материала, а также широких промышленных испытаний за короткий срок была разработана серия самозащитных порошковых проволок и лент для нанесения наплавкой износостойких покрытий на поверхности деталей, работающих в условиях металлургического, энергетического и горнообогатительного производства.

Полученные материалы по своим качествам отвечают мировым стандартам. На состав и технологию производства трех из них проданы лицензии фирмам Франции и ФРГ. Организован выпуск разработанных материалов на Торезском заводе твердых сплавов, Днепропетровском и Магнитогорском метизно-металлургическом заводах, НПО «Тулачермет».

Комплекс проведенных исследований и результаты внедрения новых материалов и технологий на многих заводах и металлургических комбинатах были положены в основу проектирования и строительства специализированных цехов по упрочнению и восстановлению деталей машин наплавкой и предприятий по производству наплавочных порошковых проволок и лент.

В 1984 г. комплекс работ по созданию специализированного цеха для упрочнения и восстановления деталей оборудования методами наплавки на горно-металлургическом комбинате в г. Навои был отмечен Государственной премией России.

В связи с созданием новых процессов организовано массовое промышленное производство соответствующих материалов и оборудования. Только универсальных наплавочных станков серии УД-209, которые выпускались на протяжении 12 лет, было изготовлено в Украине и России свыше 14000 шт.

Наиболее эффективно используются технологии ИЭС в металлургической, горнорудной, нефтегазодобывающей промышленности, в сельском хозяйстве, на транспорте и в энергетике, где рабочие органы оборудования подвергаются интенсивному воздействию при ударных нагрузках и в запыленных газовых потоках при нормальных и повышенных температурах.

В начале 1970-х гг. в ИЭС началась разработка композиционных сплавов из тугоплавких соединений для упрочнения деталей бурового инструмента. Это стало импульсом для создания новой технологии и оборудования автоматической плазменной наплавки при изготовлении бурильных труб. Десятки специализированных установок УД-417 используются на нефтедобывающих предприятиях России.

Важнейшим достижением последних лет является создание промышленной технологии производства карбида вольфрама сферической формы методом термоцентробежного распыления.

Разработка специализированного оборудования и оригинальная технология позволили создать на базе сферических гранул карбида вольфрама чрезвычайно износостойкий порошковый материал, который занимает ведущее место в мире среди материалов такого типа. Это позволяет создавать новые технологии упрочнения для особо тяжелых условий эксплуатации.

Получило развитие использование микродуг для прецизионных сварочных и наплавочных технологий. Особые успехи были достигнуты при создании микроплазменной наплавки (3...15 А) с использованием дисперсных порошков легированных жаропрочных сталей и сплавов. С их применением осуществляется ремонт лопаток авиационных двигателей, агрегатов газоперекачивающих станций, паровых турбин теплоэлектростанций. Технологии позволили резко увеличить ресурс агрегатов. Создание нового оборудования расширило возможности выполнения уникальных прецизионных работ на основе микродуговых процессов в области инженерии поверхности.