Наплавленням називається процес нанесення шару розплавленого металу або сплаву на поверхню виробу. Наплавлення використовують для відновлення спрацьованих деталей та отримання виробів із заданими властивостями поверхні: стійкістю проти спрацювання, жароміцністю, жаро й кислотостійкістю, анти фракційністю та ін. Використання наплавлення знижує витрати дорогих і дефіцитних легованих сталей, спеціальних сплавів, підвищує надійність і терміни роботи машин (механізмів). Наплавлення проводять при відновленні зношених і при виготовленні нових деталей машин і механізмів. Найчастіше наплавлення застосовується при ремонтних роботах. Відновленню підлягають корпусні деталі різних двигунів внутрішнього згоряння, розподільні та колінчасті вали, клапани, шківи, маховики, маточини коліс тощо.
На відміну від зварювання при наплавленні приймає участь невелика кількість основного металу, яка проплавляється на малу глибину. Тому внутрішні напруги та деформації й схильність виробу до утворення тріщин незначні. Задані властивості наплавленого шару одержують введенням до його складу легуючих елементів. Легування виконують за рахунок взаємодії металу та шлаку, поглинанням елементів із навколишнього газового середовища, введенням у зварну ванну металевих добавок. Найважливішим при наплавленні є одержання однорідного хімічного складу наплавленого металу та заданих властивостей виробу.
При наплавленні в середовищі захисних газів у зону горіння дуги під невеликим тиском подається газ, який витісняє повітря із цієї зони й захищає зварювальну ванну від кисню й азоту повітря.
Механізоване наплавлення відрізняється від ручного безперервністю процесу завдяки використанню електродного дроту або стрічки і спеціальних пристроїв для подачі електродного матеріалу та механізмів для пересування джерела теплоти або на плавильного виробу.
Залежно від застосовуваного газу наплавлення розділяється на наплавлення в активних (О2, Н2, СО2, і ін.) і інертних (He, Ar, Ar+He і ін.) газах. Наплавлення можна здійснювати як плавким так і неплавким електродом (Рисунок 1). У першому випадку електрод (дріт суцільного перетину або порошкові дроти) плавиться й бере участь в утворенні шва або наплавленого валика. При наплавленні, неплавким електродом для утворення шва або валика в зону горіння дуги вводять додатковий матеріал у вигляді прутка. Найбільше поширення при наплавленні поверхонь деталей одержало наплавлення в середовищі вуглекислого газу і аргону.
а – наплавлення плавким електродом; б – наплавлення неплавким електродом.
Рисунок 1 – Наплавлення в середовищі захисних газів
Наплавлення в середовищі СО2. При наплавленні у середовищі СО2 електродний дріт безперервно подається у зону наплавлення (Рисунок 2). Струм до дроту підводиться через наконечник, розміщений всередині мундштука. Під дією високої температури електричної дуги на поверхні деталі утворюється рідка ванна, в якій перемішуються метали електроду і деталі.
рис.2
У зону наплавлення через сопло пальника надходить вуглекислий газ, який захищає рідкий метал від контакту з киснем повітря. З одного боку вуглекислий газ захищає метал від навколишнього середовища, з іншого – розкладається при високій температурі дуги і окислює розплавлений метал, що призводить до вигорання вуглецю, легуючих елементів, появою пор у наплавленому шарі.
Тобто у процесі наплавлення вуглекислий газ під дією високих температур дисоціює: 2СО2<=>2СО+О2
Тому наплавлення йде не в чистому вуглекислому газі, а в суміші газів СО2, СО и О2. У цьому випадку забезпечується практично повний захист розплавленого металу від азоту повітря, але зберігається майже такий же окисний характер газової суміші, яким він був би при зварюванні голим дротом без захисту від атмосфери повітря.
Отже, при зварюванні й наплавленню в середовищі СО2 необхідно передбачати заходи щодо розкислення металу, що наплавляється. Це завдання вирішується використанням наплавлювальних дротів діаметром 0,8-2 мм, до складу яких входять елементи розкислювачі.
Найчастіше це кремній (0,6-1,0%) і марганець (1-2%). При наявності таких компонентів розкислення окислів заліза відбувається по реакціях
2 FeO + Si ―> SiO2 + 2Fe и FeО + Mn ―> MnO + Fe.
Для наплавлення сталей використовують дроти Св-0,8ГС, Нп30ХГСА діаметром 0,5-2,5 мм..
1 – мундштук; 2 – електродний дріт; 3 – мундштук; 4 – наконечник; 5 – сопло; 6 – деталь; 7 – наплавлений шар; 8 – зварювальна ванна рідкого металу; 9 – електрична дуга.
Рисунок 2 - Схема наплавлення у середовищі вуглекислого газу.