Основными параметрами режима при наплавке плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой является свароч­ный ток и напряжение между неплавящимся электродом и приса­дочной проволокой, скорость наплавки, расстояние от торца присадочной проволоки до поверхности изделия. Существенное влияние на наплавку оказывают диаметр электрода и присадоч­ной проволоки, расход защитного газа, углубление электрода в канал головки, угол наклона сварочной головки к поверхности изделия, напряжение холостого хода источника питания, тол­щина изделия, амплитуда и частота колебаний плазменной го­ловки. •

Влияние сварочного тока

Одним из основных параметров режима наплавки является величина сварочного тока. Увеличение сварочного тока приводит к увеличению перегрева наплавляемого металла и, как следствие, к увеличению нагрева поверхности основного металла. Чрезмер­ное увеличение сварочного тока приводит к проплавлению основ­ного металла при наплавке легкоплавких металлов и к увеличе­нию проплавления основного металла и степени перемешивания основного и наплавляемого металлов при наплавке металлов с близкими теплофизическими свойствами. Так, при наплавке бронзы на сталь толщиной 5 мм проплавление наступает при токе 160 а, при наплавке на сталь толщиной 8 мм — при 180 а, при наплавке на сталь толщиной 18 мм — при 200 а. С увеличе­нием величины тока при прочих равных условиях переход железа в металл наплавки при наплавке меди и ее сплавов на сталь уве­личивается. Это объясняется тем, что с увеличением сварочного тока возрастает объем жидкой ванны, так как увеличивается ко­личество расплавленной проволоки и увеличивается количество тепла, идущего на ее плавление и перегрев. Перегрев капель жидкого металла, переходящих с проволоки на изделие, увели­чивается.

Влияние скорости подачи проволоки

При наплавке плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой в отличие от сварки (наплавки) неплавящимся элек­тродом с присадочной проволокой скорость подачи присадочной проволоки имеет жесткую связь с режимом наплавки.

Скорость подачи проволоки оказывает большое влияние на характер переноса металла в сварочную ванну. Вследствие того, что дуговой разряд горит, независимо от изделия, с увеличением скорости подачи проволоки характер переноса металла в плазмен­ном факеле легко регулируется от крупнокапельного до мелко­капельного даже при постоянно заданных параметрах источника питания. Это вызвано тем, что хотя тепловая мощность источника питания и не меняется (UI = const), но за счет уменьшения на­пряжения величина тока резко увеличивается, что приводит к уменьшению размера капель расплавленного присадочного ме­талла и увеличению частоты их переноса. При наплавке желатель­но, чтобы характер переноса был крупнокапельный. В этом слу­чае разогрев основного металла меньший и, следовательно, пе­реход элементов основного металла в металл наплавки меньший, свойства наплавленного соединения выше. Поэтому скорость по­дачи присадочной проволоки подбирается такой, чтобы был обес­печен крупнокапельный перенос металла.

Выбор скорости наплавки

Скорость наплавки при наплавке плазменной струей с токо­ведущей присадочной проволокой определяется режимом наплав­ки, углом наклона сварочной головки к изделию, расстоянием от торца присадочной проволоки до поверхности основного ме­талла, качеством подготовки поверхности основного металла, тре­бованием попадания капель перегретого расплавленного металла присадочной проволоки в ванну жидкого металла. Оптимальной можно считать такую скорость наплавки, при которой капли перегретого жидкого металла присадочной проволоки попадают в ванну перемещающегося по поверхности изделия жидкого ме­талла наплавки на расстоянии 2—3 мм от головной части ванны. Критерием того, что установленная скорость наплавки макси­мальна, является то, что при увеличении установленной скорости наплавки капли присадочного металла начинают частично по­падать на основной металл впереди перемещающейся ванны.

При уменьшении скорости наплавки (в определенных преде­лах) увеличиваются нагрев поверхности основного металла и дли­тельность контактирования твердой и жидкой фаз, что приводит к увеличению содержания примесей основного металла в металле наплавки.

При чрезмерном уменьшении скорости наплавки, когда капли присадочного материала попадают в ванну на расстоянии свыше 8—10 мм от ее головной части, может произвойти, как показали - исследования, и уменьшение температуры разогрева поверхности основного металла. Это можно объяснить тем, что к моменту по­падания капель присадочного металла в ванну, часть ванны, со­прикасающаяся с твердым основным металлом, уже закристалли­зовалась. Дополнительно введенное с каплями жидкого металла тепло недостаточно для расплавления уже закристаллизовавше­гося металла. Кроме того, прослойка жидкого металла между плазменной струей и поверхностью основного металла значительно большая, чем при оптимальной скорости наплавки, что также приводит к уменьшению разогрева поверхности основного металла. Однако применение таких заниженных скоростей наплавки при­водит к резкому уменьшению производительности труда, повышен­ному расходу присадочного металла, защитного газа и др., что весьма нежелательно. Поэтому скорость наплавки следует уста­навливать оптимальной в соответствии с установленным режимом наплавки.

Скорость наплавки в очень сильной степени зависит от угла наклона сварочной головки к поверхности изделия. При возбу­ждении дуги между вольфрамовым электродом и присадочной проволокой плазменный факел вследствие магнитного дутья от­клоняется в сторону. Угол отклонения зависит от величины тока в проволоке. Вследствие этого при наплавке может оказаться, что плазменный факел будет воздействовать на твердый основной металл впереди сварочной ванны. В этом случае нарушится смысл процесса, а именно: образование соединения только за счет взаимо­действия перегретого электродного металла с твердым основным металлом. Поэтому плазменную головку целесообразно устанав­ливать под некоторым углом а к поверхности изделия (см. рис. 27). При наклонном положении головки плазменный факел не выходит из зоны ванны наплавляемого металла и выполняет функции термо­стата, т. е. поддерживает ванну в перегретом состоянии в течение необходимого времени. Одновременно он оказывает дополнитель­ное давление на жидкий металл, улучшая этим условия его расте­кания по поверхности изделия. Скорость наплавки при таком

процессе подбирается равной скорости растекания перегретого металла ванны. В зависимости от угла наклона сварочной головки к изделию меняется и направление потока плазменной струи к изделию. Поток плазменной струи может быть направлен к из­делию под углом а2 меньше 90°, под прямым углом и под углом больше 90° (рис. 33). Во всех трех случаях угол наклона головки аг к изделию меньше 90°.

В первом случае ах < а; а2 < 90°; 0 >> 90° (где а — оптималь­ный угол наклона плазменной головки, обеспечивающий направ­ление потока плазменной струи нормально к ванне; 0 — угол растекания; рис. 33, а). Поток плазменной струи направлен на­встречу перемещающейся ванне жидкого металла, и давление га­зов препятствует перемещению ванны жидкого металла. Скорость наплавки уменьшается.

Во втором случае ах = а, а2 = 90°, 0 <90° (рис. 33, в). Поток плазменной струи направлен в центр ванны жидкого ме­талла, и дополнительное давление, оказываемое потоком, за­ставляет течь жидкий металл быстрее. Скорость наплавки уве­личивается. ,

В третьем случае аг > а, а2 >'90°, 0 > 90° (рис. 33,6). Поток плазменной струи направлен частично в ванну и частично за ванну, что также препятствует нормальному течению ванны жидкого металла, так как и ё этом случае необходимо преодо­леть дополнительное сопротивление плазменной струи.

Если во втором случае ванна жидкого металла течет с постоян­ной скоростью углом вперед, то в третьем и особенно в первом случае ванна жидкого металла течет неравномерно, как бы от­дельными волнами, углом назад.

В табл. 10 приведены оптимальные углы наклона сварочной головки к изделию при различных режимах наплавки и полу­чающиеся при этом скорости наплавки применительно к случаю наплавки бронзы на сталь. Для примера приведены скорости наплавки при этих же режимах, но на других углах наклона сварочной головки.

Как видно из таблицы, установка правильного угла наклона сварочной головки к изделию позволяет повысить скорость на­плавки на 10—30%. Кроме того, поскольку в первом и третьем случаях ванна расплавленного металла течет углом назад, крае­вой угол смачивания больше 90°, в результате чего условия сма­чивания резко ухудшаются, а в отдельных местах может быть несплавление наплавляемого металла с основным металлом..

Влияние расхода защитного газа

При наплавке плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой капли расплавленного перегретого металла и вся сварочная ванна должны находиться внутри потока защитного газа во избежание соприкосновения жидкого наплавляемого ме­талла с атмосферой. Надежная защита жидкого металла от кон­такта с воздухом будет только при ламинарном потоке газа. Однако при малой скорости истечения защитный газ сильно на­гревается от дуги, что нарушает устойчивость потока и облегчает

попадание воздуха к жидкому металлу. При чрезмерном повыше­нии скорости истечения защитные свойства потока уменьшаются из-за подсоса воздуха. Уменьшение расхода газа приводит [49] к понижению эффективной тепловой мощности и снижению эф­фективного к. п. д. источника нагрева.

Наилучшие результаты получены при расходе защитного газа 1000—1200 ліч и плазмообразующего газа 100—150 л/ч.

Влияние расстояния от присадочной проволоки до изделия

Как указывалось выше, расстояние от присадочной проволоки до изделия очень сильно влияет на эффективную тепловую мощ­ность источника теплоты: с уменьшением этого расстояния эф­фективная тепловая мощность, а следовательно, нагрев поверх­ности основного металла и переход элементов основного металла в металл наплавки увеличиваются. Кроме того, при чрезмерном уменьшении расстояния от присадочной проволоки до изделия ухудшается газовая защита из-за образования высокой турбулент­ности потока и в результате подсоса воздуха. Чрезмерное увели­чение расстояния (более 25 мм) приводит также к резкому ухуд­шению газовой защиты, вызывая дефекты в металле наплавки. Наиболее оптимальным, как показали исследования, является расстояние 8—17 мм'.

Влияние напряжения холостого хода

Напряжение холостого хода источника питания дуги оказы­вает влияние на устойчивость процесса наплавки. Исследования показали, что процесс наплавки протекает устойчиво при напря­жении холостого хода источника питания дуги (плазмы) не ниже 70 в. Это требование удовлетворяется стандартными источниками питания постоянного тока типа ПС-500, ПСО-500 и др.

Выбор диаметра электрода

В качестве неплавящегося электрода, исходя из условий по­вышения его стойкости, уменьшения расхода и сохранения ста­бильности процесса, наиболее желательно применять, как по­казали исследования, лантанированные электроды 0 4—5 мм. При наплавке в среде аргона можно применять и вольфрамовый электрод. Однако при наплавке в среде азота следует применять только лантанированные электроды. При необходимости вести наплавку на малых токах можно применять электрод 0 3 мм.

Влияние толщины изделия

Толщина изделия во многом влияет на качество металла на­плавки и сварного - соединения. Были проведены исследования по наплавке плазменной струей бронзы на сталь толщиной от 1 до 60 мм. Во всех случаях получено качественное соединение

7 А. Е. Вайнерман и др.

металла наплавки с основным металлом, отсутствие проплавле - 1 ния основного металла и низкое содержание примесей основного 1 металла в металле наплавки. !

С увеличением толщины изделия сварочный ток следует увели­чивать.

Выбор диаметра присадочной проволоки

Диаметр токоведущей присадочной проволоки в принципе может быть любым. При необходимости получения малой ТОЛЩИНЫ ; металла наплавки и при наплавке на изделия малой толщины (до 2—3 мм) целесообразнее применять проволоку 0 1,0—1,6 мм.

В остальных случаях целесообразнее применять проволоки 0 2— ‘

5 мм. С увеличением диаметра присадочной проволоки можно ; обеспечить крупнокапельный перенос металла, а следовательно, и меньший перегрев основного металла при более высоких значе­ниях сварочного тока, чем применяемых при наплавке тонкими проволоками. Кроме того, с увеличением диаметра присадочной проволоки повышается к. п. д. процесса наплавки, так как более полно используется тепло плазменного факела, увеличивается скорость наплавки, повышается коэффициент расплавления, эф­фективность процесса наплавки повышается.

При наплавке двумя токоведущими проволоками желательно, чтобы их диаметры были одинаковыми, хотя возможно примене - ' ние проволок разных диаметров.

При наплавке с токоведущей и нетоковедущей присадочной проволоками диаметр последней целесообразно выбирать меньшим или равным диаметру токоведущей присадочной проволоки.

При плазменной наплавке порошком большое значение имеет размер зерна порошка, особенно в случае наплавки с вдуванием •’ порошка в дугу. Слишком крупные зерна порошка могут недо - ■ | статочно проплавиться в плазменной струе и попадают на под - |

ложку в твердом состоянии. Мелкие зерна комкуются и могут

забивать шланги горелки или даже спекаться между собой в сопле горелки. Поэтому для плазменной наплавки с вдуванием по­рошка в дугу наиболее целесообразно применять зерна размером 0,07—0,1 мм.

В случае же наплавки по слою порошка применяется крупно­зернистый порошок размером 0,5—2,5 мм. Применение в этом случае мелкозернистого порошка нецелесообразно, так как он может сдуваться с наплавляемой поверхности пламенем дуги или струей защитного газа, и во избежание этого на поверхности изделия приходится предварительно наносить связывающее ве­щество.

Рабочие режимы плазменной наплавки различных металлов приведены ниже в соответствующих главах.