Сборник лабораторных работ по дисциплине «Технологические процессы реновации (способы сварки и наплавки)»

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 

 
 
 

Сборник лабораторных работ  

по дисциплине  

«Технологические процессы реновации  

(способы сварки и наплавки)» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2011 

УДК 621.791 
ББК 30.61 
С23 
Ре це нз е нт Э.Л. Макаров 

 
 
  
 
Сборник лабораторных работ по дисциплине «Технологические 
процессы реновации (способы сварки и наплавки)» : метод. 
указания / Д.В. Апраксин, Л.Д. Варламова, В.Г. Вялков и др. — 
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. — 29, [3] с. : ил. 
 
Изложено содержание лабораторных работ и даны методические 
указания по их выполнению. Рассмотрены физическая сущность наиболее 
распространенных в промышленности способов восстановления 
деталей машин сваркой и наплавкой, а также особенности технологии 
и оборудования. 
Для студентов 4-го и 5-го курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, выполняющих 
лабораторные работы по дисциплине «Технологические процессы 
реновации (способы сварки и наплавки)». 
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК МТ 
МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
 
УДК 621.791 
ББК 30.61 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

      С23 

Работа № 1  
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН  
РУЧНОЙ ДУГОВОЙ НАПЛАВКОЙ 

Цель работы — изучение технологии и техники ручной дуго-
вой наплавки порошкообразных, литых и электродных твердых 
сплавов на пластины. 

Физическая сущность процесса наплавки 

Наплавка — нанесение слоя металла заданного состава на по-
верхность заготовки одним из способов сварки плавлением.  
Нанесенный металл прочно связывается с основным, образуя 
надежное соединение. 
Наплавку применяют для восстановления и упрочнения дета-
лей машин и оборудования путем нанесения на их рабочие по-
верхности металлических покрытий, обладающих необходимым 
комплексом свойств: износостойкостью, термостойкостью, кисло-
тоупорностью и т. д. Масса наплавленного металла обычно не пре-
вышает нескольких процентов общей массы изделия. Наплавка 
может быть осуществлена различными способами. Это ручная ду-
говая наплавка плавящимся и неплавящимся электродами, полуав-
томатическая и автоматическая наплавка под флюсом и в среде 
защитных газов, вибродуговая, плазменная, электрошлаковая, га-
зовая, индукционная наплавки и т. д. 
В отличие от сварки наплавка имеет ряд особенностей. 
При наплавке поверхностных слоев с заданными свойствами 
химический состав наплавленного металла, как правило, сущест-
венно отличается от химического состава основного металла. На-
плавляемый металл выбирают с учетом эксплуатационных требо-
ваний к рабочим поверхностям. Технологическими особенностями 
наплавки являются: минимальное перемешивание наплавляемого 
слоя с основным металлом  с целью получения заданного химиче-
ского состава слоя и предотвращения трещин; минимальная зона 
термического влияния и минимальные напряжения и деформации. 
Эти особенности создаются путем уменьшения глубины проплав-
ления, которая, в свою очередь, регулируется изменением пара-

метров режима и техники наплавки (колебаниями электрода, на-
плавкой симметричных полос вразброс и т. д.). 
Ручная дуговая наплавка является наиболее распространенным 
способом благодаря простоте и доступности ее использования  для 
деталей любой формы. Она может применяться для восстановле-
ния изношенных поверхностей, получения поверхностей со специ-
альными свойствами, а также для исправления брака при литье 
металлов и сплавов. На рис. 1.1 представлены схемы способов 
ручной дуговой наплавки. 
Ручную дуговую наплавку следует применять тогда, когда 
толщина наплавленного слоя должна быть не менее 1…2 мм. 
 
 

             
  
а 
 
 
 
б 
 

 
в 

 

Рис. 1.1. Схемы способов ручной дуговой наплавки: 
а — расплавление угольным (графитовым) электродом слоя сыпу-
чего зернистого наплавочного сплава; б — плавящимся покрытым 
электродом; в —.угольным (графитовым) электродом с присадоч-
ным металлом; 1 —наплавляемая деталь; 2 — сыпучий зернистый 
сплав; 3 — угольный (графитовый) электрод; 4 — наплавленный 
слой; 5 — плавящийся электрод; 6 — присадочный металл 

Поверхность детали под наплавку должна быть тщательно за-
чищена. При нанесении наплавленного металла отдельными вали-
ками каждый последующий валик должен расплавлять предыду-
щий на 1/3…1/2 его ширины b (рис. 1.2). 
 

 
 
Рис. 1.2. Расположение валиков 

 
 

 
 
Рис. 1.3. Наплавленная поверхность 

 
Общий вид наплавленной поверхности показан на рис. 1.3. Ес-
ли одного наплавленного слоя недостаточно, то его зачищают и на 
него наплавляют второй, а если нужно, и третий слой и т. д. 
Наплавку валиков следует производить с максимально возможной 
точностью и минимальным припуском на механическую 
обработку. 

Ручная дуговая наплавка неплавящимся электродом 

При дуговой наплавке угольным электродом (см. рис. 1.1, а, б) 
дуга горит между угольным (графитовым) электродом и наплавляемым 
изделием. Так как угольный электрод имеет близкие температуры 
плавления (3800 °С) и кипения (4200 °С), то плавление 
угольного электрода при этом не наблюдается, а заметно только 
его испарение. 
Расход угольного электрода при наплавке составляет несколько 
миллиметров в минуту, длина дуги — 12…15 мм. Изменение длины 
дуги на несколько миллиметров на качество наплавки не влияет. 
Наплавка угольным электродом производится при постоянном 
токе прямой полярности (минус на электроде). Если сварка выполняется 
на постоянном токе обратной полярности, электрод сильно 
разогревается на большой длине, процесс испарения увеличивается 
и острый конец угольного электрода быстро притупляется. Дуга 
при сварке на постоянном токе обратной полярности неустойчива 
и не может быть растянута более чем на 10…12 мм. 
При сварке на постоянном токе прямой полярности угольная 
дуга длиной более 4 мм не производит науглероживания расплав-
ленного металла. Содержание углерода в нем даже уменьшается 
вследствие выгорания. При постоянном токе обратной полярности, 
наоборот, происходит сильное науглероживание наплавляемого 
металла. 
Наплавку угольным электродом на переменном токе не приме-
няют вследствие малой устойчивости дуги. 
Ручная дуговая наплавка угольным электродом производится с 
использованием наплавочных смесей (см. рис. 1.1, а) или дополни-
тельного присадочного металла (см. рис. 1.1, в). 
Порошкообразные наплавочные материалы представляют со-
бой механическую смесь зерен металлов, ферросплавов и метал-
лических соединений с углеродом. Химический состав материалов  
и твердость наплавленного слоя приведены в табл. 1.1. 
При ручной дуговой наплавке с использованием наплавочных 
смесей (см. рис.1.1, а) на очищенную поверхность основного ме-
талла наносится слой прокаленной буры толщиной 0,2…0,3 мм и 
слой порошкообразного материала, толщина которого должна 
быть в 2–3 раза больше необходимой толщины наплавленного 

слоя. Смесь расплавляют угольным или графитовым электродом 
диаметром 8…20 мм. Дуга возбуждается на основном металле, по-
сле чего переносится на порошкообразный материал; при поступа-
тельном зигзагообразном движении электрода происходит одно-
временное расплавление шихты и основного материала. 
Рекомендуемые режимы наплавки указаны в табл. 1.2. 
 
Таблица 1.1 

Химический состав, % 
Наплавоч-

ный  

материал 
С 
Si 
Mn 
Cr 
W 
Fe 

Твер-
дость 
HRC 

Сталинит
8–10 
3 
13–17 
16–20 
– 
50–60 
77 

Вокар 
9,5–10,5 
0,5 
– 
– 
85–87 
До 0,2 
84 

Релит 
5 
– 
– 
– 
95 
– 
88 

 
Таблица 1.2 

Наплавочный  

материал 

Толщина детали, 

мм 

Значение  

сварочного тока, А

Диаметр электрода, 

мм 

3–5 
  80–100 
  8–10 

 6–15 
120–140 
10–12 
Сталинит 

Более 15 
160–180 
16–20 

Менее 10 
140–160 
  8–10 
Релит, вокар 
Более 10 
160–200 
12–18 

 
За один проход рекомендуется наплавлять слой не толще 2 мм 
и не шире 50 мм. Ввиду хрупкости и опасности сколов общая тол-
щина слоя, наплавляемого этим способом, не должна превышать 
6 мм. Отсутствие защиты расплавленного металла от воздуха при-
водит к частичному окислению легирующих добавок, образова-
нию пор, неметаллических включений и других дефектов. 
Ручная дуговая наплавка угольным электродом с присадочным 
металлом (см. рис. 1.1, в) осуществляется на тех же режимах наплавки, 
что и с применением наплавочной смеси, но присадочный 
металл подается в зону дуги сбоку. В качестве присадочного металла 
могут использоваться литые твердые сплавы и наплавочная 
проволока, дающая необходимый по составу наплавленный слой. 

Литые твердые сплавы — это сплавы вольфрама, хрома, никеля, 
кремния, углерода с кобальтом (стеллиты В2К, В3К), а также 
сплавы хрома, никеля, марганца, кремния, углерода с железом 
(сормайт 1, сормайт 2). 
Выбор марки наплавочной проволоки в качестве присадочного 
металла зависит от требований к служебным характеристикам наплавленного 
слоя. Например, для восстановления размеров слабонагруженных 
деталей машин в качестве наплавочных материалов 
часто применяют проволоку из углеродистых и низколегированных 
сталей марок 08Г, 15Г2С, 25X3. Сталь типа 1X13 используется 
как жаростойкая для наплавки уплотнительных поверхностей 
котельной арматуры с температурой пара до 400 °С, а также как 
коррозионно-стойкая (например, для задвижек, работающих в 
морской воде ) и т. д. 

Ручная дуговая наплавка плавящимся электродом 

Благодаря простоте, возможности использования для наплавки 
деталей любой формы и многим другим преимуществам наплавка 
покрытыми электродами (см. рис. 1.1, б) является наиболее рас-
пространенным способом. Обычно используют электроды диамет-
ром 3…6 мм, что зависит от размеров наплавляемых деталей и 
требуемой толщины слоя: при толщине слоя менее 1,5 мм приме-
няют электроды диаметром 3 мм, при толщине слоя более 4 мм и 
наплавке крупных деталей — электроды диаметром 6 мм. В на-
стоящее время в России разработано более 70 марок наплавочных 
электродов. Кроме того, для наплавки могут использоваться сва-
рочные электроды общего назначения, а также электроды, предна-
значенные для сварки специальных сталей и сплавов.  
Производительность ручной наплавки составляет 0,3…2,0 кг/ч.  
С целью повышения производительности иногда применяют 
наплавку пучком электродов, трехфазной дугой или используют 
механизированную наплавку.  
Для уменьшения перемешивания основного и присадочного 
материалов наплавку следует вести короткой дугой на минималь-
ном токе. Кратеры следует тщательно заваривать.  
Значения тока наплавки в нижнем положении приведены в 
табл. 1.3.  

Таблица 1.3 

Диаметр стержня 
электрода, мм 
Значение свароч-
ного тока, А 
Диаметр стерж-
ня электрода, мм 
Значение свароч-
ного тока, А 

3 
80–100 
5 
140–220 

4 
100–160 
6 
180–300 

 
Покрытия электрода классифицируются по химическому со-
ставу наплавленного металла. Каждому типу наплавленного ме-
талла может соответствовать несколько марок электродов, отли-
чающихся составом стержня, покрытия и технологическими 
свойствами. Для проведения наплавочных работ рекомендуются 
следующие марки электродов: ОЗН-250У, ОЗН-350У, ОЗН-400У, 
ОЗИ-3, ОЗШ-1, УОНИ-13/45, ВСИО, ВСН-6, ЭН-60М. 

Материалы, оборудование и инструменты, необходимые  
для выполнения лабораторной работы 

Материалы: 
1) пластины из низкоуглеродистой стали (100 × 100 × 10 мм); 
2) графитовые электроды диаметром 6…8 мм; 
3) графитовые пластины; 
4) порошкообразный твердый сплав; 
5) присадочный металл; 
6) электроды для наплавки; 
7) шлифовальная шкурка.  
Оборудование и инструменты: 
1) сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными 
приборами; 
2) прибор для определения твердости (по Роквеллу); 
3) шлифовальная машина, напильник. 

Порядок выполнения лабораторной работы 

1. Ручная дуговая наплавка (РДН) с использованием порошко-
образных смесей. 
1.1. Изучить особенности РДН с использованием порошкооб-
разных смесей. 

1.2. Зачистить стальную пластину (образец для наплавки). 
1.3. Подобрать значение сварочного тока исходя из диаметра 
угольного электрода. 
1.4. Оградить графитовыми пластинами на образце площадку 
размером 30×50 мм, нанести на нее слои буры толщиной 0,2…0,3 мм 
и порошкообразной смеси толщиной 3…5 мм (рис. 1.4). 
 

 
 
Рис. 1.4. Формованный участок для наплавки порошкообразно-
го материала: 
1 — стол; 2 — наплавляемая пластина; 3 — графитовая пластина 
 
1.5. Закрепить угольный электрод в электрододержателе, про-
извести наплавку, фиксируя по приборам значения тока, напряже-
ния и времени горения дуги. 
1.6. Обработать после охлаждения образца с наплавленным ме-
таллом в воде поверхность наплавленного металла шлифовальной 
машиной, напильником, шлифовальной шкуркой. 
1.7. Замерить твердость наплавленного металла на приборе Ро-
квелла и записать данные в табл. 1.4.  
2. Ручная дуговая наплавка с использованием присадочного 
материала. 
2.1. Изучить особенности РДН с использованием присадочного 
металла. 
2.2. Зачистить стальную пластину.