Восстановление деталей АВТОМОБИЛЯ
сваркой и наплавкой

Наплавочные работы широко применяют при восстанов-
лении изношенных деталей. Применение наплавки рабочих
поверхностей позволяет не только восстановить размеры де-
тали, но и повысить их долговечность и износостойкость
путем нанесения металла соответствующих химического со-
става и физико-механических свойств.
Процесс наплавки имеет достаточно высокую произво-
дительность, прост по техническому исполнению, обеспечи-
вает высокую прочность соединения наплавленного металла
с основным.
Сущность процесса наплавки состоит в том, что одним
из источников нагрева присадочный металл расплавляется и
переносится на наплавляемую поверхность. При этом рас-
плавляется металл поверхностного слоя основного металла
и вместе с расплавленным присадочным металлом образует
слой наплавленного металла.
По химическому составу и физико-механическим свой-
ствам наплавленный металл будет отличаться как от основ-
ного, так и от присадочного металла.
Одним из важных параметров процесса наплавки явля-
ется глубина проплавления основного металла: чем меньше
глубина проплавления, тем меньше доля основного металла
в наплавленном. Химический состав наплавленного метал-
ла будет ближе к присадочному. Обычно химический состав
присадочного металла и металла наплавки выравнивается во
втором-третьем слое.
С другой стороны, на глубине проплавления распола-
гается переходная зона от основного металла к наплавлен-
ному. Эта зона считается наиболее опасной, с точки зрения
разрушения металла. Металл переходной зоны охрупчен из-
за большой скорости охлаждения металла шва, имеет повы-
374
шенную склонность к образованию холодных трещин по
причине большой неоднородности химического состава ме-
талла и соответственно большой разности коэффициентов
линейного расширения. Отсюда следует, что чем больше
глубина проплавления, тем больше зона ослабленного учас-
тка и тем ниже прочность детали. И, наоборот, чем меньше
глубина проплавления, тем в меньшей мере теряется проч-
ность детали. Металл наплавки по химическому составу при-
ближается к присадочному, при этом отпадает необходимость
в наложении второго слоя.
Исходя из изложенного, выбор оборудования для наплав-
ки, режимов и технологии должен проводиться из условия
обеспечения минимальной глубины проплавления основно-
го металла.
Глубина проплавления металла hпр главным образом
определяется количеством наплавленного металла, т.е. вы-
сотой наплавленного слоя hн. Высота наплавленного слоя
складывается из величины износа hи, толщины дефектного
слоя hд.с. и высоты неровностей hнер. (рис. 166).
hн = hи + hд.с. + hнер.
Рис. 166. Схема наплавки
На практике величина дефектного слоя принимается рав-
ной 1,5—2,0 мм, высота неровностей — 1,0—1,5 мм.
hн = hи + (2,5—3,5) мм
При толщине наплавленного слоя больше 5 мм наплав-
ку желательно вести в два слоя для уменьшения глубины
проплавления.
Выбор режимов наплавки зависит от толщины наплав-
ленного слоя.
Выбор наплавочных материалов производится исходя из
требований, предъявляемых к металлу трущихся поверх-
ностей в зависимости от вида изнашивания. Например, для
условий абразивного изнашивания требуется высокая твер-
дость наплавленного металла, которая обеспечивается ис-
пользованием наплавочных материалов с повышенным со-
держанием углерода, хрома, марганца, вольфрама.
Для условий коррозионного изнашивания коррозиостой-
кость достигается легированием металла хромом в количе-
стве больше 12% (нержавеющие стали).
Режимы и технология наплавки назначаются в зависи-
мости от требуемой высоты наплавленного слоя. В понятие
режима входит выбор силы тока, напряжения и скорости
наплавки. Сила тока и напряжение должны быть минималь-
ными, но обеспечивать стабильное горение дуги.
Величина силы тока определяется в основном диамет-
ром электрода. Для наплавочных работ применяются
электродные материалы малых диаметров (1,0—2,0 мм).
Выбор сварочного оборудования производится в соответ-
ствии с режимом наплавки. Параметры источника тока долж-
ны обеспечивать заданные режимы наплавки.
Выполнение наплавочных работ осуществляется различ-
ными способами, основными из которых являются ручная
дуговая наплавка, автоматическая дуговая наплавка под флю-
сом, наплавка в среде углекислого газа, вибродуговая, плаз-
менная и газовая наплавка.
Ручная дуговая наплавка применяется при индивидуаль-
ном способе выполнения ремонтных работ.
Выбор марки электродов производится исходя из требо-
ваний, предъявляемых к металлу поверхности в зависимос-
ти от вида изнашивания, по ГОСТ 10051-75.
Для восстановления деталей типа валов, работающих при
нормальных условиях, рекомендуются электроды 03Н 400,
обеспечивающих твердость НВ 375—425 без термической об-
работки.
Наплавка деталей, работающих при коррозионном изна-
шивании, выполняется электродами ЦН-6М, химический со-
став наплавленного металла 08?I7 Н8 С6 Г или ЦН-5 (24?12).
Для деталей, работающих в условиях абразивного изно-
са, рекомендуются электроды Т-590 (Э-320?25 С2ГР).
Режимы наплавки указываются на пачках электродов.
Для наплавки могут применяться и сварочные электро-
ды, но механические свойства наплавленного металла низ-
кие.
Наплавка плоских поверхностей выполняется в наклон-
ном положении способом сверху вниз.
Наплавка цилиндрических поверхностей выполняется по
винтовой линии или продольными валиками. Порядок на-
ложения швов приводится на рис.
Порядок наложения швов при наплавке деталей цилинд-
рической формы - верх - низ.
Автоматическая наплавка под флюсом рекомендуется при
большом объеме ремонтных работ.
Сущность процесса наплавки состоит в том, что дуга го-
рит под слоем флюса. Под действием тепла дуги расплавля-
ются электродная проволока, основной металл и часть флю-
са. Расплавленный металл электрода переносится на основ-
ной, образуя слой наплавленного металла. Перенос проис-
ходит в зоне расплавленного флюса, который надежно за-
щищает жидкий металл от контакта с воздухом.
По мере удаления сварочной дуги расплавленный флюс
затвердевает, образует шлаковую корку, легко отделяющу-
юся от металла наплавки. Неизрасходованная часть флюса
собирается и возвращается в дальнейшем для наплавки.
Процесс наплавки осуществляется с помощью наплавоч-
ных установок, конструкция которых зависит от конфигура-
ций наплавляемых деталей. При ремонте автомобиля чаще
всего встречаются детали цилиндрической формы типа ва-
лов. Для восстановления размеров таких деталей промыш-
ленностью выпускается наплавочная установка типа А-580 М,
которая легко монтируется на месте резцедержателя на пе-
реоборудованном токарном станке, имеющем частоту вра-
щения 0,2—5 об/мин.
Проволока из кассеты (1) подающими роликами (2) че-
рез направляющую (3) подается в зону горения дуги на де-
таль (4), закрепленную в патроне токарного станка. Флюс из
бункера (5) подается на дозатор (6). Наплавка на вал осуще-
ствляется по винтовой линии с заданным шагом.
Выбор марки наплавочной проволоки производится в за-
висимости от требуемых физико-механических свойств на-
плавленного металла. Легирование наплавленного слоя при
наплавке под флюсом производится в основном через
электродную проволоку, реже — через проволоку и флюс.
Для наплавки чаще всего применяют плавленный флюс
АН-348 А.
Для наплавки деталей из малоуглеродистых сталей при-
меняют проволоку Св-08А, Св-08ГС, Св-1-Г2; для деталей
из среднеуглеродистых сталей — Нп-65, Нп-30ХГСА.
Выбор режимов наплавки производится исходя из тол-
щины наплавляемого слоя, диаметр наплавочной проволо-
ки принимается в пределах 1,6—2,5 мм, при этом сила тока
колеблется 150—200 А, напряжение — 25—35 В, скорость
подачи сварочной проволоки — 75—180 м/ч, скорость наплав-
ки — 10—30 м/ч.
При выборе источника питания предпочтение отдается
источникам постоянного тока, преобразователям и выпря-
мителям с падающей характеристикой. Наплавку ведут на
обратной полярности.
Наплавка под флюсом по сравнению с ручной дуговой
наплавкой имеет следующие преимущества: высокая произ-
водительность процесса, возможность получения наплавлен-
ного металла с заданными физико-механическими свойства-
ми, высокое качество наплавленного металла, лучшие усло-
вия труда сварщиков, отсутствие ультрафиолетового излу-
чения.
К недостаткам процесса относятся: большая глубина про-
плавления из-за высокого нагрева детали, невозможность
наплавки деталей диаметром менее 50 мм из-за трудности
удержания флюса на поверхности детали.
Механизированная наплавка под флюсом применяется
для наплавки коленчатых валов, полуосей и других деталей.
Наплавка в среде углекислого газа довольно широко при-
меняется для восстановления размеров изношенных дета-
лей.
Сущность процесса состоит в том, что сварочная дуга
горит в среде углекислого газа, который предохраняет рас-
плавленный металл от контакта с воздухом.
Оборудование для наплавки в среде углекислого газа
деталей цилиндрической формы состоит из вращателя —
модернизированного токарного станка и наплавочной го-
ловки А-580 М, смонтированной на суппорте токарного стан-
ка
Наплавочная проволока из кассеты (1) тянущими роли-
ками (2) через мундштук (3) подается в зону горения дуги с
основным металлом. Дуга горит в среде углекислого газа,
подаваемого из углекислотного баллона (5) через подогрева-
тель (6), редуктор (7), осушитель (8) в сопло (4), установ-
ленное на конце мундштука через изоляционную втулку (9).
Вытекая из сопла, углекислый газ оттесняет воздух и пре-
дохраняет расплавленный металл от окисления. Давление
газа 0,15—0,20 МПа. Деталь типа вала устанавливается в пат-
роне токарного станка с поджатием центром задней бабки.
Наплавка осуществляется по винтовой линии с опре-
деленным шагом. Снизу на деталь подается жидкость (3—
5% водный раствор кальцинированной соды) для охлажде-
ния детали в процессе наплавки. Охлаждающая жидкость
может подаваться непосредственно на наплавленный металл
или рядом с ним, создавая различные скорости охлаждения.
Таким образом происходит совмещение процесса наплав-
ки с термической обработкой металла шва. Кроме того,
охлаждение значительно снижает коробление деталей, что
очень важно при наплавке валов значительной длины.
Выбор режимов наплавки в среде углекислого газа про-
изводится в том же порядке, что и при наплавке под флю-
сом.
Однако имеется особенность назначения марки наплавоч-
ной проволоки: содержание марганца и кремния в ней должно
быть не менее чем по 1% для предотвращения образования
пор. Для наплавки у малоуглеродистых сталей применяют
сварочную проволоку марок Св-С8Г2С, Св-12ГС и др.
Для среднеуглеродистых низколегированных сталей ис-
пользуют проволоку Св-18ХГСА, Нп-30ХГСА. При наплав-
ке проволокой Нп-30ХГСА без охлаждения твердость наплав-
ленного металла составляет 30—35 HRC, с охлаждением —
50-52 HRC.
Для наплавки в среде углекислого газа используются ма-
рочного тока колеблется от 70 до 200 А, скорость наплав-
ки — до 100 м/ч. Для наплавки в среде углекислого газа при-
меняются источники постоянного тока, преобразователи и
выпрямители с жесткой характеристикой.
Механизированная наплавка в среде углекислого газа по
сравнению с наплавкой под флюсом имеет следующие пре-
имущества: меньший нагрев детали, возможность совмеще-
ния наплавки с термической обработкой, более высокая про-
изводительность процесса, возможность наплавки деталей
малых размеров.
К недостаткам процесса относится то обстоятельство, что
легирование наплавленного металла ограничено только хи-
мическим составом электродной проволоки.
Для расширения диапазона легирования наплавленного
металла применяется порошковая проволока, представляю-
щая собой металлическую оболочку, внутри которой распо-
лагаются легирующие, раскисляющие, ионизирующие и шла-
кообразующие элементы. Такой комплекс легирования по-
зволяет проводить сварку и наплавку как с защитой сва-
рочной дуги, например — углекислым газом, так и без вся-
кой внешней защиты наплавленного металла от окисления.
Наличие шлакообразующих компонентов в составе порош-
ковой проволоки обеспечивает надежную защиту от окисле-
ния расплавленного металла.
Для наплавки и сварки малоуглеродистых сталей при-
меняют порошковую самозащитную проволоку ПП-АН2М,
ПП-11 и др., выпускаемую диаметром 1,6—2,0 мм.
Выбор марки порошковой проволоки для наплавки сред-
неуглеродистых низколегированных сталей производится в
зависимости от условий работы деталей. Например, металл,
наплавленный порошковой проволокой ПП-ЗХ2В8, сохраняет
высокую твердость и прочность при повышенных темпера-
турах.
Выбор режимов наплавки порошковыми проволоками
проводится в том же порядке, что и при наплавке в среде
углекислого газа. Параметры режимов наплавки следую-
щие: диаметр электродов 1,6—2,0 мм, сила тока 160—200 А,
скорость наплавки 10—40 м/ч. Оборудование для наплав-
ки — то же самое, что и в среде углекислого газа. В каче-
стве источника тока применяются преобразователи и вып-
рямители.
Достоинства наплавки порошковой проволокой состоят
в меньшей стоимости процесса и возможности выполнения
наплавочных работ во всех положениях.
Вибродуговая наплавка. Сущность способа вибродуго-
вой наплавки состоит в том, что электродной проволоке при
движении в зону дуги придаются дополнительные продоль-
ные колебания большой частоты. Такие колебания обеспе-
чивают более высокую стабильность горения дуги и позво-
ляют значительно снизить параметры режима наплавки (силу
сварочного тока и напряжение) по сравнению с наплавкой в
среде углекислого газа. На этом принципе разработаны мно-
гие конструкции наплавочных автоматов, одна из которых
приведена на рис. 170.
Проволока из кассеты (1) тянущими роликами (2) через
мундштук (3) разрезной конструкции подается в зону горе-
ния на детали (5). При вращении эксцентрика (4) проволо-
ке придаются возвратные продольные колебания. Напла-
вочная установка устанавливается на суппорте токарного
станка на место резцедержателя. Деталь крепится в патро-
не токарного станка. Снизу на деталь подается охлаждаю-
щая жидкость (3—5% раствор кальцинированной соды) для
отвода тепла.
Выбор марки наплавочной проволоки ведется в зави-
симости от требований, предъявляемых к рабочей поверх-
ности. Для обеспечения твердости 50—55 HRC применя-
ется проволока Нп-65 или Нп-30ХГСА с охлаждением.
Меньшая твердость 35—40 HRC достигается наплавкой
проволокой Нп-30ХГСА без охлаждения наплавленного
слоя.
Наплавка выполняется как без внешней защиты для не-
ответственных деталей, так и в среде углекислого газа — для
ответственных.
Режимы наплавки должны обеспечить получение наплав-
ленного слоя заданной толщины. Диаметр электрода при-
нимается равным 1,2—2,0 мм. Напряжение дуги составляет
16—18 В. Сила тока колеблется в пределах 100—200 А. Ско-
рость наплавки 1—2 м/мин.
Источниками питания дуги служат преобразователи и
выпрямители с жесткой внешней характеристикой. Поляр-
ность обратная.
Достоинством вибродуговой наплавки является то, что
это один из немногих способов восстановления деталей ма-
лых размеров. Кроме того, вибродуговая наплавка отлича-
ется малой глубиной зоны термического влияния и незначи-
тельным нагревом детали.
384
Плазменная наплавка. Сущность плазменной наплавки
состоит в расплавлении присадочного металла струей плаз-
мы и перенесении его на основной металл. Плазма пред-
ставляет собой направленный поток ионизированных частиц
газа, имеющего температуру (10—30) · 103 °С. Получают
плазму в специальных устройствах — плазмотронах (рис. 171)
при пропускании газа через столб электрической дуги.
Рис. 171. Схема плазменной наплавки дугой
косвенного (a) и прямого (б) действия
Принцип работы следующий. Вначале зажигают так на-
зываемую дежурную дугу (3), которая горит между вольфра-
мовым электродом (1) (катод) и медным водоохлаждаемым
соплом (2) в газовой среде. В качестве плазмообразующих га-
зов применяются чаще всего аргон или азот. Для ионизации
аргона напряжение дежурной дуги должно быть не менее 90 В,
сила тока — 40—50 А, для чего в сварочную цепь включается
сопротивление R. Расход аргона при горении дежурной дуги
незначительный (давление 0,03—0,05 МПа).
При использовании в качестве ионизирующего газа азо-
та напряжение для горения дежурной дуги должно быть не
ниже 180 В, давление азота — 0,03—0,05 МПа. Дежурная
дуга выдувается из канала сопла в виде газового пламени.
Диаметр канала сопла 4—5 мм. Для зажигания основной
плазменной дуги прямого действия (5) газовым пламенем
дежурной дуги касаются основного металла (4) (рис. 171, б).
Происходит переброс дуги с сопла на основной металл, ми-
нуя сопротивление R. Ток резко возрастает до 300—500 А. В
этот момент необходимо резко увеличить расход газа (дав-
ление газа 0,3—0,4 МПа). Температура внутри столба дуги
при использовании в качестве плазмообразующего газа ар-
гона до 20 000°С.
Для осуществления процесса наплавки электродную про-
волоку подают в зону плазменной дуги, металл электрода
плавится и переносится на деталь.
Для прекращения процесса наплавки плазмотрон отры-
вают от детали, основная дуга гаснет, но продолжает гореть
дежурная дуга.
В качестве наплавляемого материала могут использовать-
ся не только порошки металлов, но и неметаллов (керамичес-
кий порошок). Это позволяет нанести керамику на металлы.
Режимы наплавки изменяются при изменении силы тока
и расхода плазмообразующего газа в зависимости от толщи-
ны наплавляемого слоя, толщины основного металла и др.
Для наплавки на неметаллические поверхности и детали
с небольшой толщиной стенки применяются плазмотроны с
плазменной дугой косвенного действия.
Зажигание дежурной дуги и обеспечение ее устойчивого
горения осуществляется так же, как и для плазмотрона с
плазменной дугой прямого действия. Для зажигания основ-
ной плазменной дуги косвенного действия (4) замыкаются
контакты (5)  и включается основная сварочная
цепь. Резко возрастает ток, увеличивается мощность дуги,
одновременно включается и повышенный расход газа. Плаз-

менная струя ионизированного газа выходит из сопла в виде
мощного газового пламени.
Для осуществления наплавки электродный материал в
виде порошка подается в струю плазмы, разогревается до
температуры плавления и в виде капель переносится на ос-
новной металл. Подача порошков в струю плазмы произво-
дится с помощью инертных газов: аргона, азота и др.
Режимы наплавки определяются требуемой толщиной на-
плавленного металла, исходя из которой назначаются ско-
рость перемещения детали относительно плазмотрона и силы
тока. Величина напряжения зависит от применяемого иони-
зирующего газа.
В состав оборудования для наплавки входят плазмотрон
со шкафом управления, источник питания постоянного тока
(обычно выпрямитель) с падающей характеристикой. Для на-
плавки деталей цилиндрической формы плазмотрон устанав-
ливается на суппорт токарного станка, переоборудованного
на низкое число оборотов.
К достоинствам плазменной наплавки относятся возмож-
ность регулирования температуры нагрева металла, высокая
производительность процесса, малая глубина зоны терми-
ческого влияний, высокое качество наплавленного металла.
К недостаткам процесса необходимо отнести более вы-
сокие требования по электробезопасности при выполнении
наплавочных работ.
Газовая наплавка деталей автомобиля. Газовая наплав-
ка при ремонте применяется сравнительно редко, в основ-
ном при индивидуальном способе выполнения ремонтных
работ, из-за трудности механизации процесса.
Плавление металла осуществляется газовым пламенем,
образующимся при сгорании кислорода в среде ацетилена.
Температура пламени в зоне ядра составляет 3100—3200 °С.
Защита расплавленного металла от окисления осуществ-
ляется самим газовым пламенем и флюсами. В качестве
флюса используют буру или смесь буры и борной кислоты.
В качестве присадочного металла при газовой наплавке
используют прутки того же состава, что и основной металл.
Режим наплавки определяется мощностью газовой го-
релки, т. е. расходом ацетилена. Мощность зависит от тол-
щины наплавляемого слоя.
Газовая наплавка чаще всего применяется для заплавле-
ния дефектов на корпусных деталях.
При наплавке на чугунные изделия в качестве наплавоч-
ных материалов используют чугунные прутки примерно того
же состава. Процесс выполняется науглероженным пламе-
нем, т. е. с большим расходом ацетилена.
При наплавке металла на алюминиевые изделия приса-
дочным материалом служат алюминиевые прутки. Процесс
осуществляется под флюсом, основу которого составляют
хлористые и фтористые соединения, нейтральным пламе-
нем при соотношении кислорода и ацетилена 1 : 1 .
Достоинством газовой наплавки по сравнению с дуговой
является возможность регулирования температуры нагрева
и проведения последующей термической обработки.
К недостаткам способа газовой наплавки относятся вы-
сокая трудоемкость процесса, большая зона термического
влияния и высокая стоимость.