Napawanie

Napwanie polega na dokładnym stopieniu materiału dodatkowego (spoiwa) z nadtopionym materiałem podłoża, którego udział w nałożonej napoinie, zależnie od stosowanej metody, może dochodzić do kilkudziesięciu procent.
Źródłem ciepła stapiającym materiał dodatkowy w postaci drutu, pręta, taśmy lub proszku jest płomień gazowy, łuk elektryczny lub wiązka lasera, stąd można wyróżnić następujące metody napawania:

• gazowe,
• elektryczne: łukowe (elektrodą otuloną, elektrodą nietopliwą lub elektrodą topliwą w osłonie gazowej, łukiem krytym), żużlowe, plazmowe.

Ogólnym celem napawania jest regeneracja części maszyn (napawanie regeneracyjne) bądź wytwarzanie elementów maszyn z uszlachetnioną warstwą wierzchnią zwiększającą odporność na: korozję, zużycie ścierne, erozję, kawitację, albo zwiększające żaroodporność i żarowytrzymałość (napawanie produkcyjne). Nakładane materiały posiadające wymagane wysokie właściwości pochodzą ze wszystkich grup materiałowych – metali i stopów, cermetali, ceramiki oraz tworzyw sztucznych. W technice napawania podstawowe znaczenie mają stale niskostopowe, stale wysokostopowe odporne na korozję, wysokowęglowe stopy żelaza, stopy na bazie niklu, kobaltu, stopy miedzi i aluminium, czyste metale – cynk, aluminium, tytan, nikiel cyrkon.

Możliwe jest napawanie warstw o grubości od 0,05 mm do ok. 100 mm w jednym przejściu, zależnie od stosowanej metody, a docelowo o dowolnej grubości i składzie chemicznym na elementach o różnym kształcie i powierzchni. Do podstawowych kryteriów wyboru metody napawania należy ilość i wielkość napawanych elementów, rodzaj materiału, jego stan i spawalność, wymagane własności, jakość i grubość powłoki, kształt, wielkość i stan powierzchni, rodzaj i koszt materiałów dodatkowych, wymagana wydajność i ekonomiczność procesu.

Przygotowanie powierzchni do napawania polega na oczyszczeniu, usunięciu wszelkich wad, a zwłaszcza pęknięć oraz ewentualnie ułożeniu wstępnej warstwy, która pozwala uniknąć

wytworzenia się kruchych faz międzymetalicznych w obszarze stopienia napoiny z podłożem oraz przyczynia się do zmniejszenia naprężeń cieplnych i znacznych odkształceń w nakładanej napoinie.

Nałożone warstwy napawane cechuje duża jednorodność metalurgiczna i strukturalna, poza napoinami nakładanymi ze stopów o bardzo dużej twardości (stellity), w których dopuszcza się występowanie pęknięć.

W makrostrukturze elementów z powłoką napawaną wyróżnia się materiał rodzimy, napoinę i strefę wpływu ciepła SWC. Napoiny w stanie surowym posiadają budowę dendrytyczną, a układ głównych osi dendrytów odzwierciedla kierunek odpływu ciepła podczas krystalizacji materiału dodatkowego.

Budowę napoin pod względem składu chemicznego charakteryzuje niejednorodność wywołana warunkami procesu krzepnięcia, objawiająca się mikrosegregacją dendrytyczną, której stopień jest zależny od szybkości chłodzenia. Szczególnie silna niejednorodność występuje w pobliżu linii wtopienia wskutek braku dokładnego wymieszania roztopionego materiału rodzimego. Na granicy wtopienia stopień udziału materiału rodzimego jest większy niż w spoinie, zwłaszcza gdy są znaczne różnice między składem chemicznym materiału rodzimego a materiałem dodatkowym. Ponadto, zależnie od metody spawania szerokość strefy przyległej do linii wtopienia, w której występują znaczne różnice składu, może wynosić od 0,2 do 0,5 mm.