Наплавка и наварка деталей - раздел Механика, ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Наплавка И Наварка – Технологические Процессы Нанесения Посредством С...
Наплавка и наварка – технологические процессы нанесения посредством сварки слоя металла с заданными свойствами и геометрическими параметрами на поверхность изделия. Наплавляются и навариваются слои, имеющие повышенную износостойкость, коррозионную стойкость, жаропрочность и другие свойства.
При наплавке присадочный материал наносится на оплавленную металлическую поверхность изделия. В процессе последующего охлаждения металл кристаллизуется. В результате образуется наплавленный слой, который создается сваркой плавлением.
При наварке твердый присадочный материал, который может быть монолитным или порошковым, соединяется с поверхностью изделия посредством сварки давлением.
Слой, наплавленный за один проход, называется валиком. Наплавка и наварка выполняются на плоские и криволинейные поверхности. Наплавку на плоские поверхности можно выполнять двумя способами: отдельными валиками и челночным способом. Наплавка на криволинейные поверхности тел вращения выполняются четырьмя способами: по образующей, по окружности, по винтовой линии, с поперечными колебаниями дуги.
Наплавку средне- и высокоуглеродистых, средне- и высоколегированных сталей следует выполнять с учетом особенностей их поведения при нагреве и охлаждении. В ряде случаев наплавка этих сталей ведется с предварительным, а иногда с последующим подогревом, а также с термообработкой после наплавки с целью снятия внутренних напряжений. При выборе технологии наплавки или наварки следует учитывать назначение конструкции и экономическую эффективность технологического процесса. Свойства наплавленного металла должны быть лучше, чем свойства основного, а затраты на наплавку или наварку ниже, чем стоимость нового изделия.
В промышленности применяются различные способы наплавки: плазменная, лазерная, электронно-лучевая, электрошлаковая, индукционная, дуговая, газовая и др. Наварка может быть контактная, трением, взрывом и др.
Рассмотрим особенности и области применения некоторых способов наплавки и наварки изделий.
Плазменная наплавка. При этом виде наплавки присадочный и основной металлы нагреваются до жидкого состояния плазмой на специальных установках, состоящих из наплавочной головки и аппаратуры управления. Плазмой наплавляют лопатки газовых турбин, рабочие поверхности клапанов внутреннего сгорания, рабочие органы сельскохозяйственных машин. Плазменная наплавка применяется при ремонтных работах в локомотиво- и вагоностроении.
Лазерная и электронно-лучевая наплавка. При них наплавляемая поверхность с нанесенным на нее присадочным материалом оплавляется лазерным лучом или пучком электронов. Этим способом на углеродистую сталь наплавляют сплавы на основе никеля и других сплавов. Для наплавки целесообразно применять лазеры с непрерывным излучением. Транспортирование присадочного материала в зону наплавки выполняется инертным газом, который защищает расплавленный металл от взаимодействия с окружающей средой. Лазерная сварка может выполняться различными присадочными материалами: фольгой, проволоками, пастой с металлическим порошком. Если наплавляют присадочным порошком, подбирается такой режим, при котором порошок полностью расплавляется. В связи с высокой концентрацией энергии и спецификой электронно-лучевого нагрева этот способ наплавки характеризуется высокой производительностью, минимальным растворением основного металла в наплавляемом, небольшими деформациями наплавляемого изделия.
Электрошлаковая наплавка. Особенность этого вида наплавки состоит в том, что основной и электродный металлы в зоне наплавки расплавляются теплотой, которая выделяется при прохождении электрического тока от электрода через жидкий шлак к основному металлу. Для наплавки могут применять аппараты, предназначенные для электрошлаковой сварки, а также специализированное оборудование. Наплавка выполняется электродными проволоками, лентами и пластинами. Применяют следующие флюсы: высококремнистые марганцевые, низкокремнистые марганцевые, бескремнистые оксидные, фторидные. Поскольку расплавленный металл хорошо защищен шлаковой ванной от взаимодействия с кислородом и азотом окружающего воздуха, потери его незначительны, а качество наплавляемого металла весьма высокое. Электрошлаковую наплавку целесообразно применять при изготовлении и восстановлении массивных деталей, при большой толщине наплавляемого слоя.
Дуговая наплавка. При дуговой наплавке присадочный материал и основной металл поверхности изделия расплавляются теплотой, которая выделяется при горении электрической дуги. Применяется автоматическая, механизированная и ручная дуговая наплавка. Она выполняется под флюсом и в защитных газах. Используются электроды, порошковые проволоки и электродные ленты. Хорошие результаты получаются при наплавке электродными лентами, ширина которых изменяется от 20 до 100 мм. Такой же ширины за один проход получается наплавленный слой, поэтому производительность выше, чем при наплавке электродными проволоками. В качестве защитного газа при наплавке сталей чаще всего используется углекислый газ.
Контактная наварка. Различают контактную наварку монолитным и порошковым присадочными материалами.
При первом виде между деталью и токоподводящим роликом зажимается присадочная полоса или лента, а затем через них импульсами пропускается сварочный ток, который их нагревает до жидкого состояния. В результате основной металл и присадочный привариваются друг к другу.
При выполнении контактной наварки порошковым присадочным материалом порошок из бункера попадает в зазор между транспортирующим порошок роликом и навариваемой деталью. Через них пропускают электрический ток. Основной металл и присадочный порошок в контакте нагреваются до пластического состояния. В результате в поверхностном слое основной металл и частицы порошка деформируются и свариваются.
Контактную наварку применяют при восстановлении деталей цилиндрической формы, например валов диаметром 20 – 100 мм.
Наварка трением. При ней изделие закрепляют на столе станка, а цилиндрическому стержню из присадочного материала, закрепленному в цанге сообщают вращательное движение. Поскольку присадочный пруток прижат к поверхности изделия, в результате их взаимного трения выделяется теплота, и трущиеся поверхности нагреваются до пластического состояния. Направленный перенос металла с присадочного прутка на поверхность изделия обусловлен его более высокой термической активацией. За один проход наваривается слой от 0,01 до 0,5 мм.
При наварке порошковым присадочным материалом порошок подается в зону контакта трущего тела и изделия. За счет работы сил трения выделяется теплота, поверхности основного металла и частиц порошка активируются и соединяются между собой, образуя слой на изделии.
Все темы данного раздела:
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
Часть 1
Гомель 1999
Рекомендовано методической комиссией механического факультета в качестве учебного пособия для студентов втузов
Краткие сведения о развитии прикладной механики
Прикладная механика как наука о машинах и других конструкциях выделилась из теоретической механики в начале XIX века. Ее развитие было связано с расцветом машинного способа производства и бурным ро
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА МАШИН, МЕХАНИЗМОВ И СООРУЖЕНИЙ
2.1 Основные характеристики и требования, предъявляемые к машинам и механизмам
Современное производство немыслимо без всевозможных высокоэффективных машин. Благодаря их
Проектирование и конструирование машин
Конструирование машин – творческий процесс со свойственными ему закономерностями построения и развития моделей. Основные особенности этого процесса состоят в многовариантности подходов, необходимос
Материалы, применяемые в производстве
Расчет и проектирование деталей начинается с выбора материала и назначения термической обработки его, которые определяются конструктивными, технологическими и экономическими соображениями. Для изго
Виды термообработки и упрочнения материалов
Различают термическую и химико-термическую обработку материалов.
Термическая обработка. Для придания стали определенных свойств (высокой прочности, пластичности и т. д.) в
НАУКА О СОПРОТИВЛЕНИИ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Понятие о прочности, жёсткости и устойчивости конструкции
Сопротивление материалов – наука о прочности и надежности элементов конструкции. Она позволяет инженеру подоб
Допущения, применяемые в курсе сопротивления материалов
Из-за сложности задач расчета элементов конструкций в сопротивлении материалов принимается ряд допущений, касающихся свойств материалов, нагрузок, а также характера взаимодействия детали и нагрузок
Основные виды деформации
Деформацией называется изменение первоначальных размеров и форм тела под действием внешних нагрузок. Изменение линейных размеров тела или его частей называется линейной дефо
Внешние и внутренние силы
При работе сооружений, машин и механизмов их части воспринимают внешние нагрузки как результат действия одного тела на другое. В курсе теоретической механики рассматривается подробная классификация
Метод сечений
Для определения и последующего вычисления дополнительных сил в любом сечении бруса применим метод сечений. Суть метода сечений заключается в том, что брус мысленно рассекают поперек на две части и
При деформации растяжения (сжатия) и кручения
Под эпюрами внутренних силовых факторов понимают графики (диаграммы), показывающие изменение данного внутреннего усилия при переходе от сечения к сечению. Внутренняя сила либо моме
Правило знаков.
Ординату эпюры будем считать положительной, если равнодействующая внешних сил F растягивает брус и на
Правило знаков.
Крутящий момент будем считать положительным, если, идя слева или справа, он вращает вал против хода часовой
Эпюры внутренних силовых факторов при деформации изгиба
При деформации изгиба в рассматриваемом сечении бруса возникают поперечная сила и изгибающий момент. Поэтому для каждой балки строят две эпюры: Q и
Дифференциальная зависимость между поперечной силой, изгибающим моментом и равномерно распределенной нагрузкой
Между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки легко установить определенную зависимость. Рассмотрим балку, нагруженную произвольной нагрузкой (рисунок 5.10).
Внешние и внутренние силы
При работе сооружений, машин и механизмов их части воспринимают внешние нагрузки как результат действия одного тела на другое. В курсе теоретической механики рассматривается подробная классификация
Метод сечений
Для определения и последующего вычисления дополнительных сил в любом сечении бруса применим метод сечений. Суть метода сечений заключается в том, что брус мысленно рассекают поперек на две части и
При деформации растяжения (сжатия) и кручения
Под эпюрами внутренних силовых факторов понимают графики (диаграммы), показывающие изменение данного внутреннего усилия при переходе от сечения к сечению. Внутренняя сила либо моме
Правило знаков.
Ординату эпюры будем считать положительной, если равнодействующая внешних сил F растягивает брус и на
Правило знаков.
Крутящий момент будем считать положительным, если, идя слева или справа, он вращает вал против хода часовой
Эпюры внутренних силовых факторов при деформации изгиба
При деформации изгиба в рассматриваемом сечении бруса возникают поперечная сила и изгибающий момент. Поэтому для каждой балки строят две эпюры: Q и
Дифференциальная зависимость между поперечной силой, изгибающим моментом и равномерно распределенной нагрузкой
Между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки легко установить определенную зависимость. Рассмотрим балку, нагруженную произвольной нагрузкой (рисунок 5.10).
Продольная и поперечная деформации при растяжении
Под центральным растяжением (сжатием) понимают такой вид нагружения внешними продольными силами, при которых равнодействующая этих сил проходит через центр тяжести бруса. Рассмотрим брус, растянуты
Закон Гука. Модуль упругости материала
Силовые факторы и деформации, возникающие в брусе, тесно связаны между собой. Эта связь между нагрузкой и деформацией была сформулирована впервые Робертом Гуком в 1678 году. При растяжении или сжат
Условия прочности и жесткости при растяжении (сжатии)
Определив напряжение в наиболее нагруженном (опасном) сечении растянутого (сжатого) бруса по формуле и устан
Назначение и виды испытаний
Для изучения свойств материалов и установления значения предельных напряжений (соответствующих разрушению или пластическим деформациям) производят испытание образцов материалов при различных видах
Пластичность и хрупкость материалов
Кроме предела текучести и предела прочности
Диаграммы сжатия
Сравнительные испытания сталей на растяжение и сжатие показали, что зависимость между напряжениями и деформациями получаются приблизительно одинаковыми. Поэтому их испытывают преимущественно на рас
Понятие о сдвиге (срезе). Закон Гука при сдвиге
На сдвиг работает значительное число деталей конструкций. Простейшими примерами подобных деталей являются болтовые и заклепочные. Заклепки во многих случаях уже вытеснены сваркой, однако они имеют
Допускаемые напряжения и условие прочности при сдвиге
Вопрос выбора допускаемого напряжения при сдвиге (срезе) сложнее, чем при растяжении и сжатии. При выборе допускаемого напряжения исходят из предела прочности (для хрупких материалов). Однако опред
Деформация смятия. Расчеты на прочность
Деформация сдвига часто сопровождается смятием, когда значительная сжимающая сила действует на сравнительно небольшом участке.
При срезе крепежных деталей деформации смятия подвергается ре
Понятие о сдвиге (срезе). Закон Гука при сдвиге
На сдвиг работает значительное число деталей конструкций. Простейшими примерами подобных деталей являются болтовые и заклепочные. Заклепки во многих случаях уже вытеснены сваркой, однако они имеют
Допускаемые напряжения и условие прочности при сдвиге
Вопрос выбора допускаемого напряжения при сдвиге (срезе) сложнее, чем при растяжении и сжатии. При выборе допускаемого напряжения исходят из предела прочности (для хрупких материалов). Однако опред
Деформация смятия. Расчеты на прочность
Деформация сдвига часто сопровождается смятием, когда значительная сжимающая сила действует на сравнительно небольшом участке.
При срезе крепежных деталей деформации смятия подвергается ре
Геометрические характеристики сечений
Сопротивление бруса различным деформациям зависит не только от размеров и формы его поперечного сечения, но и от расположения этого сечения по отношению к направлению действия нагрузки. К основным
Статический момент площади сечения
Выделим из сечения бесконечно малую площадь dА; координаты которой x и y(рисунок 10.1).
Моменты инерции сечений
Различают осевые, полярные и центробежные моменты инерции.
Осевой момент инерции площади представляет собой интеграл от
Радиус инерции и момент сопротивления сечения
Введем еще одну геометрическую характеристику сечения – радиус инерции, связывающую момент инерции фигуры J c ее площадью А:
Прямоугольник.
Осевой момент инерции определяется по формуле
Сечение в форме кольца.
Найдем моменты инерции кольцевого сечения:
где
Определение моментов инерции сложных сечений
В инженерной практике часто применяются поперечные сечения сложной конфигурации. Для вычисления моментов инерции сложной фигуры ее разбивают на ряд простых, моменты инерций которых определить легко
Определение напряжений и углов закручивания при кручении
Чтобы найти напряжения, вызываемые в сечении крутящим моментом, воспользуемся основным методом решения задач сопротивления материалов – методом сечений.
Рассмотрим участок вала, изображённ
А) Определение касательных напряжений.
Согласно закону Гука при сдвиге касательные напряжения в сечении радиуса
Б) Определение деформаций при кручении.
Из уравнения (11.5) находим угол закручивания
(11.8)
Проинтегрируем выражение (11.8.) по
Условия прочности и жесткости при кручении
Условие прочности вала, испытывающего деформацию кручения, определяется из условий работы наиболее нагруженного слоя, находящегося на его поверхности:
Потенциальная энергия при кручении
При кручении внешние моменты, приложенные к валу, совершают работу вследствие поворота сечений, к которым они приложены. Эта работа расходуется на создание запаса потенциальной энергии деформации,
Расчет винтовых цилиндрических пружин
Во многих механизмах и машинах, например в рессорах вагонов и автомобилей, применяют винтовые пружины. При проектировании таких пружин необходимо уметь вычислять наибольшие напряжения (для проверки
Поперечный и чистый изгиб
Под изгибомпонимают такой вид деформации бруса, при котором его ось изменяет свое положение в пространстве. При этом его поперечные сечения совершают поступательное и угловое перем
Определение нормальных напряжений при плоском изгибе
Рассмотрим балку, испытывающую деформацию чистого изгиба. При таком виде деформации ее сечения относительно друг друга перемещаются только вдоль оси ОZ (рисунок 12.3).
&nb
Определение касательных напряжений при плоском изгибе
Наличие поперечной силы в сечениях балки при изгибе вызывает возникновение касательных напряжений. Для определения касательных напряжений рассмотрим балку прямоугольного поперечного сечения со стор
Условия прочности при плоском изгибе
Из приведенного примера в п. 12.3 видно, что касательные напряжения в балках, где , существенно меньше норма
Напряжения в наклонных сечениях балки. Главные напряжения
В наклонных сечениях балки возникают и нормальные, и касательные напряжения (рисунок 12.9).
Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки и его применение к определению перемещений и углов поворота
Под действием внешней нагрузки ось балки искривляется. Перемещение центра тяжести сечения АА΄ по направлению, перпендикулярному оси балки, называется прогибом балки в д
Метод начального параметра
(универсальное уравнение изогнутой оси балки)
При выводе уравнения изогнутой оси стержня методом начального параметра применим следующие правила.
Интеграл Мора
Определение перемещений и углов поворота различных сечений балки, лежащей на двух опорах, методом начальных параметров, представляющий собой достаточно трудоемкий процесс. Он требует громоздких выч
Продольный изгиб длинных тонких стержней. Критическая сила, критическое напряжение
Если тонкий длинный стержень сжимать продольными силами до некоторой предельной величины, то он будет испыт
Формула Эйлера для определения критической силы
При расчете стержней на продольный изгиб нужно определить критическую силу. Формула для ее определения была впервые выведена знаменитым математиком Леонардом Эйлером.
Рассмотрим сжатый сте
Пределы применимости формулы Эйлера. Формула Ясинского
Эйлер при выводе своей формулы для определения критической силы предполагал, что материал стержня следует закону Гука. Этот закон, как известно, справедлив до тех пор, пока напряжения не превосходя
Понятие об усталости материалов. Циклы напряжений
Уже более 100 лет назад было замечено, что части машин и сооружений, подвергающиеся длительное время переменным напряжениям, могут разрушаться внезапно без заметных остаточных деформаций при напряж
Испытания материалов на усталость. Кривая выносливости, предел усталости
При расчете деталей машин и сооружений, на которые действуют переменные напряжения, основной характеристикой прочности материала является предел усталости или предел выносливости.
Факторы, влияющие на предел выносливости деталей конструкций
Опыты показывают, что на предел выносливости материала оказывают влияние многие факторы, в том числе концентраторы напряжений, абсолютные размеры деталей, качество их поверхностей и другие. Рассмот
Из истории сварки. Виды сварки. Типы сварных соединений
Возникновение сварки относится к IV веку до н. э. Тогда трипольские племена, обитавшие на территории Западной Украины, Молдавии и Румынии, выполняли кузнечную сварку меди, а в II веке до н. э. – бр
Ручная дуговая сварка
Схема ручной дуговой сварки покрытым электродом приведена на рисунке 17.2. На ней обозначены: 1 – хвостовик электрода; 2 – электродное покрытие; 3 – дуга; 4 – капля, пер
Механизированная и автоматическая дуговая сварка
Механизированная (или полуавтоматическая) сварка – это дуговая сварка, при которой подача плавящегося электрода и перемещение дуги относительно изделия выполняются с использованием
Дуговая сварка неплавящимся электродом в инертных газах
Схема дуговой сварки неплавящимся электродом в инертном газе показана на рисунке 17.5. На ней обозначены: 1 – основной металл; 2 – присадочный металл; 3 – держатель электродов
Некоторые специальные виды сварки
К специальным условно отнесены следующие виды сварки:
– термический класс: лазерная, электронно-лучевая, плазменная, электрошлаковая, термитная, газовая;
–
Расчет сварных швов на прочность
Расчет сварных соединений ведется с предположением о равномерном распределении напряжений по сечению швов. Для швов, выполненных автоматической сваркой под флюсом, а также ручной дуговой сваркой эл
Двутавры стальные горячекатаные (по ГОСТ 8239-89)
Швеллеры стальные горячекатаные (по ГОСТ 8240-89)
Уголки стальные горячекатаные равнополочные (по ГОСТ 8509-86)
Уголки стальные горячекатаные неравнополочные (по ГОСТ 8510-86)
Новости и инфо для студентов