Napawanie jednorodne i różnorodne

Ostatniemi czasy stosowanie napawania w praktyce przechodzi ewolucję, analogiczną do tej, jaką przechodzą w swym rozwoju metody spawania.

Wiadomo, że coraz więcej stosuje się w przemyśle przy połączeniach spawanych metale o wysokiej wytrzymałości i cią- gliwości — tym sposobem otrzymuje się w spoinach własności mechaniczne znacznie wyższe, niż posiada je materjał przed­

miotu, dzięki czemu uzyskujemy równomierniejszy rozkład naprę­

żeń w elemencie spawanym; jest to bardzo pożądane, gdyż metal walcowany, lub kuty przedmiotu jest bardzej podatny do przenoszenia naprężeń, niż spoiwo, które ma raczej charakter ma­

terjału lanego, Z tych samych przesłanek powstała idea napa­

wania różnorodnego, przy którem na części mechaniczne na­

kłada się powłokę metalu o w y s o k i e j w y t r z y m a ł o ś c i

n a z u ż y c i e , To utwardzanie powierzchni, zmniejszając zu- zużycie części maszyn, będących w ruchu, daje jednocześnie poważne oszczędności na mocy, niezbędnej do ich wprawiania w ruch, gdyż współczynnik tarcia ulega również zmniejszeniu'

Wychodząc z tej zasady, stworzono metale specjalne, wy­

jątkowo twarde, które są bardzo trudno obrabialne, nie mogą służyć przeto do fabrykacji części mechanicznych, natomiast dzięki spawaniu, mogą być łatwo nadlewane na ich powierzch­

niach, z któremi łączą się bardzo ściśle i ochraniają je przed zużyciem.

Zależnie więc od metalu, używanego przy napawaniu rozróżniamy zasadniczo dwa rodzaje zastosowań tej metody:

1) napawanie różnorodne i 2) napawanie jednorodne.

Przy napawaniu r ó ż n o r o d n e m, t. j. gdy metal napawany jest bardzej odporny na zużycie niż metal przedmiotu, należa­

łoby raczej stosować to utwardzanie na przedmiotach nowych, aby przeciwdziałać zmianom kształtów części narażonych na zużycie.

Przy napawaniu j e d n o r o d n e m nakłada się oczywiś­

cie tylko przedmioty zużyte, nie jest jednak i wówczas wskazane doprowadzanie tego zużycia do granic możliwości, gdyż przy bar­

dzo wielkiem zużyciu naprawa staje się bardzo trudna, idzie bo­

wiem o to, że jeżeli warstwa nałożona jest zbyt gruba, przestaje ona grać rolę warstwy, która musi być tylko wytrzymała na zu­

życie, a staje się już elementem danej maszyny pracującym na różnego rodzaju obciążenia, do przenoszenia których materjał nadlany może nie być odpowiedni. Pomimo bowiem jednorodności metalu przedmiotu z metalem spoiwa, warstwa nałożona nie może w pełni posiadać tych samych własności mechanicznych, co metal podstawowy, ulepszony przez kucie lub walcowanie.

2. W ybór metody.

Do niedawnych czasów było pewnikiem, że napawanie zużytych części, szczególniej o większej grubości, należy wyko­

nywać iukiem elektrycznym. Nie da się zaprzeczyć, że spawa­

nie łukowe położyło w dziedzinie napawania metali wielkie za­

sługi. Niepowodzenia spotykane przy napawaniu tą metodą części maszyn narażonych na obciążenia zmienne, dały asumpt do przeprowadzenia nadzwyczaj cennych badań metalograficz­

nych, które wyjaśniły wpływ przebiegów termicznych zachodzą­

cych przy spawaniu na strukturę metalu i wskazały spawalnikom właściwą drogę postępowania. Zawdzięczając tym pracom, stworzono szereg drutów rozmaitej twardości specjalnie przezna­

czonych do napawania palnikiem powierzchni i opracowano wła­

ściwe metody postępowania. Gdyby nie nadzwyczajna łatwość stosowania łuku, nigdyby nie uzyskano tak licznych doświad­

czeń i niewątpliwie tak szybki i wszechstronny rozwój metody acetylenowej w tej dziedzinie byłby znacznie opóźniony, Zalety napawania łukowego są zupełnie wyraźne: napawanie, nieza­

leżnie ad grubości przedmiotu, rozpoczyna się w chwili zaja- rzenia łuku, przedmiot nie rozgrzewa się i niema obawy, że nastąpią niepożądane odkształcenia. Przy napawaniu palnikiem, aby nagrzać powierzchnię nakładaną do stanu topliwości, trzeba przez pewien czas podgrzewać przedmiot, a im grubszy przed­

miot, tem i palnik musi być mocniejszy. Z tego powodu zuży­

cie gazów wzrasta wraz z grubością przedmiotu. Wysoka tem­

peratura przedmiotu napawanego jest przyczyną dość dużego skurczu po spawaniu, co może pociągnąć pewne zniekształce­

nie przedmiotu, czasami bardzo niepożądane. Przy spawaniu łukowem skurcz ogranicza się do warstwy napawanej zwykle bardzo cienkiej, a więc nie może wpłynąć na odkształcanie się samego przedmiotu.

Powyższe zalety spawania łukowego, t. j. małe zużycie ciepła niezależnie od grubości przedmiotu i małe odkształcenia przedmiotu napawanego, oddawały bez dyskusji tego rodzaju roboty metodzie elektrycznej. Gdy jednak wejrzymy wgłąb tego, co się dzieje w samym metalu, gdy rozważymy, jakiego rodzaju procesy termiczne zachodzą przy napawaniu jedną i drugą

me-¡Rys. 2 Obraz warstwy napawanej zapoinocą łuku elektrycznego na szynie kole­

jow ej. Na granicy zagrzania do 700° otrzym uje się pasmo m e ta lu zahartowanego Strefo przejściowo Metal no łożony

Granica zogrza- do 700*C.

Granica utopienia

Zimno ma$a m etalu.

todą i jak one wpływają na własności mechaniczne części na­

pawanej, to stwierdzimy, że kosztowniejsza metoda acetyleno­

wa posiada zalety, które w pełni usprawiedliwiają ten wyż­

szy koszt.

Przy napawaniu łukiem „na zimno”, bez podgrzewania przedmiotu, nastąpić musi z natury rzeczy zahartowanie warstwy .nałożonej w dolnej jej części, gdyż ciepło jest bardzo szybko od­

prowadzane przez zimną masę metalu przedmiotu. To zaharto­

wanie jest szczególnie silne przy nakładaniu stali twardszej, jak np. przy napawaniu łukowem szyn kolejowych. Przv nakłada­

niu następnej warstwy, poprzednia odżarza się częściowo, ale strefa zahartowanego metalu, na połączeniu metalu rodzimego z metalem dodawanym pozostaje, jak to wykazują badania me­

talograficzne (rys. 2).

Ta strefa metalu kruchego, o małym wydłużeniu, podczas pracy przedmiotu łatwo powoduje pękanie wzdłuż pasma me­

talu utwardzonego (rys, 3), Pozatem zanieczyszczenia żużlem w warstwie nałożonej łukiem tworzą ośrodki pękania, a rysy, które w tych punktach biorą swój początek, przenoszą się na przedmiot napawany.

Mniejsze odkształcenia po spawaniu są również zaletą problematyczną gdyż nie odkształcenia — które są wynikiem wyzwolonych naprężeń wewnętrznych — są niebezpieczne dla wytrzymałości ustroju, ale naprężenia pozostałe w spoinie, które przy spawaniu łukowem osiągają wyższe wartości *).

Przy napawaniu acetylenowem niema niebezpieczeństwa powstawania strefy zahartowanej, natomiast mikrografje strefy przejściowej wykazują czasami ziarna odwęglonego metalu, albo budowę grubokrystaliczną, jako wynik miejscowego przegrzania.

Są to jednak zjawiska nie wynikające z samej metody, lecz tyl­

ko z niewłaściwego postępowania w czasie napawania. Przy

*) Buchholtz — Spaw, i Cięcie Metali Nr. 10 i 11, 1935,

Rys. 3. M ikrostruktura warstwy przejściowej z rys. 2. Po obu stronach pas­

ma zahartowanego w idać linje pęknięcia.

Rys. 4- Strefa przejściowa m iędzy stalą półtw ardą m aterjału (55—60 kg/mm9), a warstwą stali m iękkiej (0 ,l°/0 C)

napawanej zapomocą palnika.

Rys. 5. Strefa przejściowa między stalą m iękką (0,1% C) i warstw«!

stali twardej (0,6% C), napawaną p alnikiem .