В условиях спада производства и ограниченных оборотных средствах предприятия заинтересованы в реализации ресурсосберегающих реноваци-онных технологий, к которым можно отнести наплавку изношенных деталей порошковой проволокой. Восстановление наплавкой геометрии деталей и нанесение упрочняющих слоев для различных условий износа существенно повышает ресурс рабочих органов различного оборудования. К побуждающими факторами применения порошковых проволок относят: высокопроизводительный экономичный процесс сварки и наплавки, высокое качество наплавленного металла, технологическую гибкость процесса, повышение ресурса наплавленных деталей, снижение затрат на эксплуатацию оборудования. Существенным преимуществом порошковых проволок является возможность реализации практически любой системы легирования и ее воспроизводство, что в ряде случаев не может быть реализовано на сплошных проволоках. По сравнению с покрытыми электродами и с легированными керамическими флюсами у порошковых проволок более эффективное и экономное использование легирующих элементов прежде всего дорогостоящих. Порошковая проволока позволяет реализовать сочетание газошлаковой защиты, с возможностью рафинирования и модифицирования металла, с целью достижения требуемого комплекса механических свойств. Существенно упрощается процесс разработки и воспроизводства легирования металла под конкретные условия нагружения (рис.1). Эффективность применения порошковых проволок по сравнению с другими сварочными материалами необходимо оценивать не по отдельным этапам технологического процесса ремонта или изготовления оборудования, а по выходу годной продукции в ценовом и временном факторах. Применение порошковых проволок стало самостоятельным технологическим направлением. Положительный эффект от применения порошковых проволок в значительной мере определяется квалифицированной информацией потребителей и инженерным сопровождением. Приведем некоторые примеры применения продукции ООО «ТМ. ВЕЛТЕК».
Наплавка деталей металлургического и кузнечно-прессового оборудования
Упрочнение рабочих поверхностей плунжеров кузнечно-прессового оборудования (рис.2) выполняется наплавкой хромистого металла с феррито-мартенситной структурой и содержанием хрома не менее 13% с применением порошковой проволоки Велтек-Н420. Металл обладает твердостью 50—54 HRC и высокой стойкостью к трению металла по металлу в сочетании с коррозионной и кавитационной стойкостью. Оборудование успешно эксплутируется на предприятиях России, Украины, Франции, Южной Кореи и др.
Большой объем применения непрерывной разливки стали делает актуальной проблему изготовления и восстановления роликов машин непрерыв-ного литья заготовок (МНЛЗ) (рис.2). Ролики МНЛЗ работают в условиях циклических термомеханических нагрузок, коррозии и абразивного изна-шивания. Наиболее распространенным способом упрочнения роликов МНЛЗ в процессе их изготовления и ремонта является наплавка порошковой проволокой под флюсом, в защитном газе и открытой дугой. Однако наиболее популярным способом является наплавка под флюсом, который более экологически чистую технологию и характеризуется более высокой производительностью. Для реализации этого способа наплавки ведущими зарубежными фирмами производителями порошковых проволок ESAB, Welding Alloys, Weldclad, Soudokay и др выпускается гамма порошковых проволок и агломерированных флюсов, которые обеспечивают стойкость наплавленного металла к комплексному износу. Реализуются практически идентичные системы легирования содержащие Cr=12—14 % и дополнительно легированные Mn, Ni, Mo, V, Nb, N. В последние годы достигнуто существенное повышение ресурса роликов МНЛЗ за счет применением порошковых проволок нового поколения для которых характерна тенденция минимизации содержания углерода менее 0,08% в наплавленном металле в сочетании с его дополнительным легированием азотом. Реализацией такого решения существенно подавлены процессы обеднение границ зерен хромом и формирования на них карбидов хрома, что повышается однородность структуры, ограничивается рост зерна, образующиеся нитриды характеризуются высоким сопротивление старению и реализуют механизм вторичного упрочнения при термообработке и термоциклировании в процессе эксплуатации роликов, что существенно повышает термоустойчивость рабочего слоя роликов МНЛЗ. Реализация только снижения углерода менее 0,08% в наплавленном металле бесперспективна даже в сочетании с повышением содержания никеля до 4% и молибдена 0,8—1,5% т.к. в данном случае не подавлен процесс осаждения карбидов хрома на границах зерен, формирования δ-феррита, что неминуемо приведет к снижению твердости, теплостойкости и сопротивления механическому износу по сравнению с легирование азотом.
Порошковые проволоки Велтек-Н470 Ø2,4—3,6 мм, Велтек-Н470С Ø2,0—2,4 мм, не уступающие зарубежным аналогам ведущих мировых производителей Tubrodur ОК 15.73 (ESAB), 4142MM-S HC (Welding Alloys), WLDC-3М2L, WLDC-3M2H (Weldclad), применяют для изготовительной и восстановительной наплавки роликов МНЛЗ (рис.5). С учетом выбранного способа и технологии наплавки оптимизируется состав сердечника порошковой проволоки. При оптимизации состава сердечника порошковой проволоки учитывается применяемая защита сварочной ванны (газ CО2, флюс АН20, АН26, WAF325, Record SK), состав основного металла 42CrMo4, 25CrMo4, 16CrMo44, 21CrMoV511, St52-3, параметры технологии наплавки с целью достижения оптимального химического состава и структурного состояния наплавленного металла с учетом припуска на механическую обработку. Наплавка выполняется по винтовой линии или кольцевыми валиками с переходом на специлизированной установке (рис. ) Опорные поверхности сегментов МНЛЗ испытывают циклические нагрузки, вызванные прокаткой отливаемых и деформируемых заготовок. Кроме того они работают в атмосфере водяного пара, образующегося при охлаждении заготовок в процессе прокатки. Для сохранения размеров между формирующими роликами необходимо исключить коррозию между опорными поверхностями сегментов. Наиболее целесообразный способ получения коррозионностойкой поверхности является наплавка хромистого металла с феррито-мартенситной структурой порошковой проволокой ВЕЛТЕК-Н472.
На металлургических предприятиях находится в эксплуатации большой парк кранов. Износ рабочей поверхности крановых колес происходи в условиях контактной усталости и сухого трения, усиленного абразивным воздействием. Эффективной технологией восстановление колес является наплавка под флюсом.. Традиционно для наплавки колес применяют сплошные проволлоки Нп-30ХГСА и Нп-18Х1Г1М. Взамен этих проволок успешно находят применение порошковые проволоки Велтек-Н300РМ и Н350РМ с аналогичным легированием наплавленного металла, но металл обладает более дисперсной структурой, что предопределяет более высокий ресурс наплавленных колес. Структура металла представляет феррит упрочненный карбидами (Fe, Mn, Cr)3C и Mo2C у Н350РМ. Более высокий ресурс колес при меньшей цене обеспечивает проволока Велтек-Н370.01, структура наплавленного металла представляет феррит упрочненный дисперсными карбидами (Fe, Mn, Cr)7C3. Наиболее высокая износостойкость достигнута при наплавке порошковой проволокой Велтек-Н285 с системой легирования Cr-Mn-V. Повышение износостойкости обеспечивает формированием дисперсных карбидов (Cr, Mn, V)23C6 и метастабильного аустенита, превращающегося в мартенсит под влиянием деформации, возникающей при нагружении в процессе эксплуатации колеса. По относительной износостойкости проволоки можно расположить в ряд Н300-Н350-Н370.01-Н285 соответственно 1,0—1,5—1,6—4,0.
Наплавки элементов силовой гидравлики шахтного оборудования
В настоящее время актуальна задача капитального ремонта и изготовления нового горно-шахтного оборудования. ЗАО «НПП Спецуглемаш» (г. Горловка) выполняются работы по капитальному ремонту крепей отечественного и зарубежного производства производства М88, МТ, 1КД80,3КД90, 3КД90Т, 1М103, ДМ «Глинник», «Фазос», узлов секций крепи MVPO, а также изготовлению новых крепей КГУМ, 1М103, КТС, секций ОПК, стоек СПГ4000, СШ2.00.000.
Рабочие поверхности стоечно-домкратной группы наплавляют порошковой проволокой Велтек-Н425 Ø2,0 мм под флюсом АН26, АН20. Наплавленный металл хромистый металл Cr>17% дополнительно легированный Ni, Mo с пластичной структурой мартенсит + феррит обладает высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия подземных вод и твердостью 40—45 HRC. Объекты наплавки представляют собой цилиндрические детали Ø60-300мм. Достигнут стабильный процесс однослойной и двухслойной наплавки кольцевыми валиками по винтовой линии во всем диапазоне диаметров штоков и плунжеров 70—300 мм при толщине наплавленного слоя 2,5—3,0 мм с учетом припуска на механическую обработку. Однослойная внутренняя наплавка выполняется на диаметрах 150 мм и более на специализированной установке оснащенной приспособлением для подачи флюса и отвода шлаковой корки. Обеспечивается высокое качество наплавки при минимизации припуска на механическую обработку.
к.т.н. Орлов Л. Н., инж. Голякевич А. А. (ООО «ТМ.ВЕЛТЕК», г. Киев)