Технологические особенности наплавки жаропрочных никелевых сплавов.

Наплавка никелевых сплавов связана с серьезными трудностями, вызванными особыми физическими свойствами:

1. Большая склонность к образованию пор связана с резким изменением растворимости кислорода, азота и водорода при переходе металла из твердого в жидкое состояние. При попадании этих газов в сварочную ванну могут проходить реакции типа:

,

.

При наплавке никелевых сплавов пористость наплавленного слоя вызывается азотом, кислородом и водородом. Кислород при взаимодействии с водородом может вызвать появление пор. Он также способствует появлению пор в присутствии углерода. Протекание вышеуказанных реакций особенно вероятно при охлаждении, когда в связи с уменьшением растворимости выделяется в виде самостоятельной фазы. Поэтому эти реакции могут вызывать не только пористость, но и охрупчивание никеля из-за образования микротрещин, вызванного высоким давлением газообразных продуктов реакции (водородная болезнь). Важным условием получения беспористого наплавленного слоя при наплавке никелевых сплавов являются чистота свариваемых кромок, поверхности электродной проволоки, основного металла и наплавочных материалов. Эта задача решается путем введения в сварочную ванну сильных раскислителей (алюминия, титана и др.), а также применением флюсов или покрытий, способных связывать оксиды никеля или переводить водород в стойкие летучие соединения и гидроксиды.

2. Высокая склонность к образованию межкристаллизационных трещин связана с образованием по границам крупных зерен легкоплавких эвтектик типа:

Для предотвращения возникновения таких ограничивают содержание вредных примесей и вводят элементы, связывающие серу в более тугоплавкие соединения: до 5% Мn и до 0,1% Мg. Для ограничения роста зерна наплавку ведут на ограниченной погонной энергии и вводят в небольшом количестве наплавленный слой модификаторы (титан, алюминий, молибден), измельчающие его структуру.

3. При наплавке никелевых сплавов металл сварочной ванны менее жидкотекуч по сравнению со сталью, и проплавляется на меньшую глубину. При разработке технологии наплавки основное внимание уделяют обеспечению необходимых эксплуатационных свойств соединений. Поэтому даже для одного и того же сплава технология может быть различной. Для предотвращения этих дефектов и получения необходимых свойств наплавленного слоя приходится прибегать к комплексному легированию. Среди примесей наиболее отрицательное влияние на сплавы оказывает углерод, который, выделяясь в виде графита, вызывает охрупчивание металла, поэтому содержание его ограничивают до 0,15%, а в некоторых сплавах даже до 0,05%, и сера. Количество серы в сплавах ограничивают до 0,005 -0,03%. Энергично парализует вредное влияние серы литий, который вводится в сплавы в количестве 0,004 - 0,006%. Фосфор ухудшает механические, физические, технологические свойства никелевых сплавов, так как легкоплавкая хрупкая эвтектика располагается на границах зерен и нарушает связь между ними. В сплавах на основе никеля допускается не более 0,005% фосфора. Висмут, свинец, сурьма, мышьяк резко снижают механические и технологические свойства никелевых сплавов. Содержание этих примесей в сплавах ограничивают до 0,002 - 0,005%.

Одними из главных задач при наплавке никелевых сплавов являются тщательная защита сварочной ванны от атмосферных газов, применение материалов высокой чистоты, а также дегазация и раскисление сварочной ванны. В качестве наиболее эффективных раскислителей для никеля применяют алюминий и титан. Для ограничения роста кристаллитов наплавку ведут на пониженных погонных энергиях, а в сварочную ванну вводят модификаторы (титан, молибден алюминий и др.)

 

Подготовительные операции.

2.1 Подготовка деталей перед наплавкой[15].

Импульсная лазерная наплавка в среде защитных газов с использованием присадочного материала в виде проволоки выполняется с обязательной подготовкой зон дефектов и присадочной проволоки под наплавку.

Подготовка зон дефектов под импульсную лазерную наплавку включает в себя следующие подготовительные технологические операции:

- механическую обработку места дефекта под наплавку;

- обезжиривание места дефекта;

- рафинирование поверхности места дефекта импульсным лазерным излучением.

Подготовка поверхности дефекта включает в себя механическую обработку (разделку) места дефекта, пневмоструйную обработку, обезжиривание и рафинирование поверхности места импульсным лазерным излучением в среде защитных газов.

Технологию разделки поверхности дефекта выбирают с учетом особенностей конкретных дефектов.

Разделку дефектов выполняют механообработкой путем удаления из зоны дефекта (выборка, разделка) повреждённого слоя металла до здоровой основы.

Поврежденный металл удаляется механическим способом – вышлифовкой, фрезерованием борфрезой или слесарной обработкой.

Обезжиривание механически обработанной поверхности зоны дефекта производить с использованием:

- бензином-растворителем БР-1 «Галоша» ГОСТ 443-76 или бензином авиационным Б-70 по ТУ 38-101913-82;

- техническим ацетоном марки А (ГОСТ 2767-84) или ЧДА (ГОСТ 2603-79);

- этиловым спиртом ГОСТ 18300-87, хранящимися в непроливающихся закрытых емкостях в количестве, необходимом для работы в течение смены.

Для обезжиривания поверхности используются хлопчатобумажные салфетки и бязь по ГОСТ 29298-92.

Операции обезжиривания проводить в хлопчатобумажных перчатках светлых тонов по ГОСТ 5007-87.

Подготовленные к наплавке детали или инструмент должны храниться в таре, предохраняющей их от попадания пыли, влаги и других загрязнений, при больших геометрических размерах пресс-форм необходимо обеспечивать их локальную защиту, руководствуясь ГОСТ В 9.003-80.

Контроль над отсутствием загрязнений поверхности зоны дефекта проводить протиркой белой х/б салфеткой смоченной спиртом или ацетоном. На поверхности салфетки после протирки не должно быть следов загрязнений.

После обезжиривания, непосредственно перед наплавкой, поверхность выборки места дефекта подвергается обработке расфокусированным лазерным излучением с минимальным оплавлением поверхностного слоя, в среде защитных газов для очистки поверхности от органических и неорганических загрязнений, а также рафинирования поверхностного слоя от вредных примесей – серы, фосфора и удаление микроскопической металлической пыли, аэрозолей.

Под рафинированием поверхностного слоя понимается переплав поверхностного слоя на глубину несколько десятков микрон с целью минимизации неметаллических включений на поверхности и поверхностном слое.

Усиление (превышение) наплавленного слоя по отношению к заданным геометрическим размерам детали удаляется с помощью механической обработки.

Качество поверхности наплавленного слоя проверяется и принимается после механической обработки контролером ОТК.

При отработке технологии импульсной лазерной наплавки необходимо предусмотреть также изготовление технологических образцов-свидетелей, предназначенных для подтверждения выбора режима импульсной лазерной наплавки.

Технологические образцы-свидетели должны изготовляться из стали одноименной с восстанавливаемой деталью и с аналогичной термической обработкой. Количество образцов в комплекте для каждой конкретной детали устанавливается главным инженером или главным сварщиком (главным металлургом) в соответствии с действующими на предприятии технологиями ремонта.

2.2 Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке.

Со склада лопатка помещается на участок очистки. Очищаются с помощью вращающейся проволочной щетки из нержавеющей стали 12Х18Н9. Далее лопатки отправляют на дефектовочный участок осматриваются на наличие дефектов. Поврежденный места помечаются маркером. На слесарном участке произвести разделку дефектов, находящихся в пределах допуска, выходящие за пределы – забраковать. Удалить все имеющиеся трещины. Очистить места дефектов от жировых загрязнений путем окунания в бензин БР-1 «Галоша». После очистки промыть детали в проточной воде. Далее они покрываются консервационной смазкой, упаковываются и доставляются на склад участка лазерной наплавки.

 

 

Таблица 2.1 – Маршрутная технология подготовки деталей к наплавке

Участок	Операция	Наименование, содержание	Оборудование, материалы
Участок мех. обработки		Очистка лопатки от загрязнений	Вращающаяся проволочная щетка
Дефектовочный участок		Дефектация. Определение величины и мест износа	Маркер. Линейка, штангенциркуль ШЦ I-125-0,1 ГОСТ 166-89
Слесарный участок		Разделка дефектов. Удаление трещин	Пневмошарошка, пневмошабер
Участок очистки		Обезжиривание мест дефектов	Бензин БР-1 «Галоша»
Участок очистки		Покрытие консервационной смазкой

 

Технология наплавки.