электрошлаковая наплавка

Когда слышишь ?электрошлаковая наплавка?, многие сразу представляют что-то вроде толстого шва, наваренного на изношенную деталь, и всё. Но на практике, особенно при восстановлении крупногабаритных поковок или ответственных узлов, это целая технологическая дисциплина. Частая ошибка — считать, что главное — это сам процесс переплава, а подготовка поверхности или режимы отпуска — уже мелочи. У нас в цехе на это смотрят иначе.

От теории к цеховой реальности

В учебниках процесс описан красиво: формирование ванны расплавленного шлака, электрод, капля за каплей… Но когда перед тобой лежит, скажем, изношенная шестерня вала от гидравлического пресса, теория отступает. Первое, с чем сталкиваешься — подготовка основы. Недостаточно просто зачистить до блеска. Нужно снять весь дефектный слой, часто фрезерованием, и обязательно — сделать разделку кромок. Если этого не сделать, наплавленный металл может ?закатиться? на края, и там потом пойдут трещины. Проверено на горьком опыте.

У нас на производстве, ООО Цзиюань Юйбэй, для таких задач как раз и стоит электропечь для электрошлакового переплава. Но печь — это всего лишь инструмент. Ключевое — это технологическая карта на каждую деталь. Для одной поковки нужен медленный предварительный нагрев, чуть ли не сутки, чтобы снять внутренние напряжения от предыдущей эксплуатации. Для другой — можно быстрее. Это не угадать, это знаешь по виду излома старого металла и по данным о нагружении узла.

И вот тут важный нюанс — выбор флюса. Не всякий ?электрошлаковый? флюс подойдет. Для наплавки на детали, которые потом пойдут на ковку или будут работать на ударную нагрузку, нужен флюс, дающий металл с определенной вязкостью. Мы перепробовали несколько составов, пока не нашли оптимальный для наших типовых задач — восстановления штоков прессов и опорных шеек прокатных валов. С одним флюсом металл получался красивым, но слишком хрупким после термообработки. Пришлось от него отказаться.

Термичка: где рождается прочность

Самый критичный этап после наплавки — это термообработка. Многие думают, что раз деталь большая и наплавлен толстый слой, то главное — это отпуск для снятия напряжений. Да, но не только. Структура металла в зоне сплавления основы и наплавки — это самое слабое место. Если режимы нагрева и охлаждения подобраны неправильно, именно там пойдет расслоение или сетка трещин.

В нашем арсенале есть электрические печи для улучшения, которые как раз и позволяют выдерживать точные температурные профили. Например, для восстановленной поковки ротора мы делаем не просто отпуск, а полноценный цикл нормализации с последующим высоким отпуском. Это убирает крупное зерно в наплавленном слое, которое неизбежно образуется при медленном охлаждении в шлаковой ванне. Без этой операции деталь может не пройти ультразвуковой контроль — будут сигналы от неоднородной структуры.

Был случай с большой поковкой кронштейна. Наплавили, казалось бы, всё идеально, видимых дефектов нет. Отпустили по стандартному режиму для углеродистой стали. А при механической обработке на горизонтальном токарном станке пошла мелкая сетка в зоне перехода. Причина — не учли массу самой детали и то, что основа была легированной, а наплавленный металл — нет. Коэффициенты теплового расширения сыграли злую шутку. Пришлось переделывать, предварительно проводят гомогенизирующий отжиг.

Механообработка: финишный контроль

После печей деталь попадает на токарные станки. И здесь электрошлаковая наплавка показывает свой характер. Наплавляют всегда с запасом, но этот запас неоднороден по твердости. Режущий инструмент работает в тяжелом режиме: проходит то по относительно мягкой основе, то по твердому наплавленному слою. Если резец затупился, он не режет, а ?рвет? металл, создавая микротрещины на поверхности.

Поэтому у нас принято правило: после наплавки и термообработки сначала делают черновую обработку, а затем — обязательный контроль поверхности, часто с помощью капиллярной дефектоскопии (цветная penetrant). Только убедившись, что в поверхностном слое нет раскрытых дефектов, ведут чистую обработку. Это удлиняет цикл, но спасает от брака на финише.

Для таких деталей, как валы, которые мы часто восстанавливаем, важна и соосность. Наплавляя шейку, можно незначительно ?повести? всю деталь. Поэтому базирование на станке — отдельная задача. Иногда приходится наплавлять с противоположной стороны технологическую бобышку, чтобы было за что зацепиться патрону, а потом ее срезать. Мелочь, но без нее никуда.

Экономика процесса: когда оно того стоит

Электрошлаковая наплавка — не дешевый процесс. Затраты на электроэнергию, флюс, электродную проволоку, многочасовую работу печи и последующую сложную механическую обработку. Поэтому её применяют не всегда, а только когда стоимость новой поковки или детали в разы выше. Например, для уникального вала прокатного стана, который делается на заказ несколько месяцев.

В нашем случае, с годовым объемом поковок в 5000 тонн, часто встает вопрос о восстановлении именно оснастки и инструмента — например, больших штампов или оправок для ковки. Выбросить такую деталь весом в несколько тонн — нерационально. А электрошлаковая наплавка изношенной рабочей поверхности с последующей мехобработкой продлевает ей жизнь на годы. Это и есть основная экономическая логика.

Но есть и ограничения. Если деталь имеет сквозные трещины или глубокие усталостные повреждения в теле, одна наплавка не спасет. Нужно или глубокое сверление и заварка, или вообще отказываться от восстановления. Было решение по старой поковке молота: хотели наплавить бойки, но при дефектоскопии выявили внутренние расслоения. Рисковать и ставить такую деталь под ударную нагрузку нельзя. Пустили на переплав.

Взгляд в цех: связка процессов

Наше предприятие интересно тем, что здесь процесс замкнут в одну цепь. Деталь после электрошлаковой наплавки может отправиться на ковочный пресс для правки, потом в печь для отжига, затем на токарный станок, а после — обратно в печь для улучшения. Это позволяет контролировать все этапы и не зависеть от сторонних подрядчиков. Для качества это огромный плюс.

С другой стороны, это требует от технологов широкого кругозора. Тот, кто составляет карту на наплавку, должен понимать, что будет с деталью на прессе и в токарном станке. Как она поведет себя при нагреве под ковку после нанесения нового слоя металла? Эти знания не из книг, они накапливаются годами, часто через проб и ошибок.

В итоге, электрошлаковая наплавка — это не магия, а тяжелая, кропотливая инженерная работа. Отличный результат — это когда восстановленная деталь проходит все испытания и уходит в работу, а ты про нее забываешь до следующего капитального ремонта. А плохой результат — это всегда урок, который заставляет пересмотреть и подготовку, и режимы, и логику всего процесса. Главное — эти уроки не забывать и не повторять одних и тех же ошибок, особенно на дорогостоящем материале.