Восстановление деталей сваркой, наплавкой и пайкой

 

Широкое применение в ремонтном производстве нашли сварка, наплавка и пайка.

Сваркой называют процесс получения неразъемных сое­динений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, при пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

К применяемому виду сварки предъявляются следующие требования:

возможность сварки деталей размером от 1 мм до десят­ков миллиметров;

удовлетворительное качество сварки почти всех материа­лов.

При ремонте деталей машин распространена газовая ацетилено-кислородная и электрическая сварка, наплавка.

В отношении температуры пламени, пределов толщины сва­риваемых металлов и видов металлов, поддающихся сварке, лучше всего удовлетворяет требованиям электродуговая и ацетилено-кислородная сварка. Из общего объема сварочных работ на газовую сварку приходится не более 20%.

Механические свойства сварного, наплавленного соединения зависят от процесса плавления металла, последующего охлаж­дения и от структурных изменений основного металла в зонах термического влияния.

Зоной термического влияния называют участок основного металла, прилегающий к сварному или наплавлен­ному шву и изменяющий от действия тепла сварки, наплавки свою структуру или механические свойства. Для электросварки зона термического влияния составляет 10-12 мм, а для газо­сварки 25-30 мм. Степень воздействия зоны термического влия­ния зависит от вида и состава металла. Для углеродистых и легированных сталей она значительно усложняет производство сварочных и наплавочных работ при ремонте. Поэтому сварку и наплавку ответственных деталей рекомендуется производить с предварительным подогревом и при последующем медленном охлаждении.

Для получения доброкачественного сварного соединения или заданного качества наплавленного слоя при восстановлении де­талей электросваркой первостепенное значение имеют правиль­ный выбор электрода и соблюдение технологии сварки. Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки стали, из которой изготовлена деталь, и требований к наплав­ленному слою.

При заварке трещин или поломок обычно применяют сва­рочные электроды. По ГОСТу их подразделяют на ряд типов от Э-34 до Э-145, основной характеристикой которых явля­ется сопротивление разрыву сварного соединения. Оно указы­вается в наименовании типа электрода. Например, электроды типа Э-42 дают сварное соединение, имеющее сопротивление разрыву, равное 420 Н/см². К каждому типу может относиться несколько марок электродов. Например, к типу Э-42 отно­сятся электроды ОЗЦ-1, ОММ-5, к типу Э-50А - электроды УОНИ-13/55.

Перечисленные типы электродов используют для сварки мало- и среднеуглеродистых сталей. Стержни всех электродов изготовлены из проволоки С6-08 диаметром 1,6-12 мм. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием (об­мазкой). Обмазка содержит стабилизирующие, защитные, шлакообразующие и газообразующие, а иногда раскисляющие и легирующие элементы.

Условное обозначение составов покрытий; руднокислое - Р, рутиловое - Т, фтористо-кальциевое - Ф, органическое - О. В полное условное обозначение электрода по ГОСТу входят по­следовательно марка и тип электрода, его диаметр, состав по­крытия и номер ГОСТа.

Обозначение типа электрода расшифровывается следующим образом: буквы «ЭН» обозначают электрод наплавочный, за­тем указываются основные химические элементы, входящие в со­став наплавленного слоя, и их среднее содержание (в %). Обозначение химических элементов общепринятое: У - угле­род, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, X - хром, Т - титан и т. д. Сначала указывается содержание углерода. Если в обозначении типа электрода имеется буква У, то содержание углерода дано в десятых долях процента, а если она отсутст­вует - в сотых долях. Последние цифры указывают твердость слоя (HRC). Например ЭН-14Г2Х-30 означает: электрод на­плавочный, в наплавляемом слое содержится 0,14 % углерода, 2 % марганца, 1 % хрома; твердость слоя - 30 HRC. Типам электродов соответствуют определенные марки электродов. Пол­ное условное обозначение наплавочного электрода содержит его марку, тип, диаметр и ГОСТ.

Детали из листовой и профильной малоуглеродистой стали марок 08, 10, 20, термически не обработанной или подвергнутой нормализации, с успехом восстанавливаются электронаплавкой с применением электродной проволоки марок Св-08 и Св-15 с меловой обмазкой (мела 80% и растворимого стекла 20%). Еще лучшие результаты дает применение электродов марки ОММ-5 типа Э42. В этом случае обеспечивается одинаковая прочность наплавки и основного материала.

Детали, изготовленные из среднеуглеродистой стали марки 40-45, термически не обработанной или подвергнутой нормали­зации, рекомендуется наплавлять применением электродов мар­ки УОНИ 13/55 типа Э50А. В этом случае термическая обра­ботка после сварки или не применяется или производится в виде нормализации по режиму основной детали для улучшения струк­туры металла на границе шва.

Если детали изготовлены из среднеуглеродистой стали и ле­гированных сталей, термически обработанных (закалка и от­пуск) до средней твердости (Нв - 350), или если деталь после сварки может быть подвергнута термической обработке, реко­мендуется наплавлять электродами марки УОНИ 13/55 типа Э50А, а также электродами типа ЭНХ-30 марок ОЗН-300 и ОЗН-350.

Если же детали обработаны до высокой твердости или если термическая обработка после сварки не может быть выполнена, рекомендуется применение электродов марки 12АН-ЛИИВТ или марки Т-590.

Восстановление деталей, изготовленных из малоуглеродистой (простой или легированной) стали, с цементированными рабо­чими поверхностями, с возможной термической обработкой после сварки может быть выполнено малоуглеродистыми элек­тродами с обмазкой ТКХ или ОММ-2. Если же термическая обработка после сварки не может быть выполнена, рекомен­дуется наплавку производить с применением электродов марки 12АН-ЛИИВТ или Т-590. Перед наплавкой деталь подвергается предварительному местному нагреву до температуры 150-200° С, обработка производится абразивами.

Для восстановления цементированных и закаленных нагре­вом токами высокой частоты деталей рекомендуется также элек­тродуговая или ацетилено-кислородная наплавка поверхностей сормайтом.

При ремонте чугунных деталей применяется горячая и холод­ная сварка. При горячей сварке детали предварительно нагре­ваются до температуры 600-700° С, при холодной - сварка про­изводится при обычной температуре.

Если на детали заваривается трещина, то последняя разде­лывается так же, как при сварке стальных деталей, т. е. под углом 80-90°. Свариваемые части располагают так, чтобы по­верхность расплавленного металла была горизонтальной. Для удержания расплавленного металла в месте сварки применяют формовку. После сварки детали подвергаются отжигу при тем­пературе 600-650° С для снятия внутренних напряжений. Охлаждение после отжига может быть проведено в печи в те­чение 1,5-2 ч.

При газовой сварке пламя поддерживается с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного материала слу­жат чугунные прутки с повышенным содержанием кремния ма­рок А и Б. Прутки марки А применяются для горячей, марки Б- для холодной сварки. Чугунные прутки покрываются специаль­ной обмазкой. Состав одного из покрытий марки УЗТМ-4-74 следующий (в %): мел 13, графит 45, алюминий металличе­ский в порошке 4, титановая руда 16, окись магния 9, поташ 7, кварцевый песок 6. Покрытие замешивается на жидком стекле. Диаметр прутков при толщине металла до 10 мм составляет 6-8 мм, при толщине металла более 10 мм – 8-10 мм.

При сварке металлический пруток должен все время нахо­диться в сварочной ванне под слоем флюса. Самым простым флюсом является техническая бура.

Формовочным материалом являются песок или графитный порошок, замешанный на жидком стекле, огнеупорная глина и т. п.

Заформованные детали подогревают в печи или сварочными горелками до температуры 400-700° С (крупные массивные де­тали нагревают до 700° С), детали с толщиной стенок до 20-30 мм - до 600° С, небольшие детали - до 400-500° С. Хоро­шие результаты дает двухступенчатый нагрев. В процессе свар­ки деталь не должна охлаждаться ниже 350° С.

Газовую сварку чугуна производят также с помощью специ­альной пасты. Места сварки тщательно очищают, после чего изделие подвергают местному или общему подогреву до 300-400° С восстановительным пламенем горелки. Свариваемые кромки покрывают слоем пасты и нагревают нормальным пла­менем горелки до температуры 750-790° С. Паста плавится и покрывает тонким слоем поверхность кромок.

Сварку ведут справа налево. После сварки изделие медлен­но охлаждают.

При дуговой сварке применяются электроды, имеющие диа­метр от 1 до 12 мм. Для повышения устойчивости дуги элек­трод покрывают обмазкой. Для защиты на­плавленного металла от вредного влияния воздуха в процессе сварки применяют электроды с толстым покрытием (толщина покрытия 0,2-0,3 диаметра проволоки). Толстая обмазка, рас­плавляясь вместе с электродом, образует шлаковую защиту, предохраняющую расплавленный металл от воздействия возду­ха, и газовую защиту - благодаря созданию вокруг дуги атмо­сферы нейтральных газов. При применении качественных элек­тродов с толстым покрытием получаются сварные швы с повы­шенными механическими свойствами. Так как горячая сварка связана со значительной затратой времени, то ее применяют только при ремонте сломанных деталей сложной формы, когда требуется получить плотный, прочный и легко обрабатываемый сварной шов.

При холодной сварке чугуна применяются стальные малоуг­леродистые электроды с тонкой обмазкой или медные электро­ды, обернутые белой или черной жестью, с тонкой (0,2-0,3 мм) меловой обмазкой (мела 70-75%, жидкого стекла 30-25%); сварку ведут переменным или постоянным током.

Подготовительные операции те же, что и при сварке чугуна газовой сваркой. Повышенная прочность шва при холодной сварке чугуна достигается применением пучка электродов, состоящего из 1-2 стальных и 1-2 медных прутков. При этом методе сварки дуга автоматически переходит с одного электрода на другой, выбирая линию наименьшего сопротивления и рас­плавляя прутки поочередно.

Сварка с применением пучка электродов повышает произво­дительность труда сварщика на 40-80%, улучшает качество шва и снижает расход электроэнергии. Дуга приобретает боль­шую устойчивость.

Можно применять также пучки только из одних стальных электродов. При холодной сварке чугуна качественными элек­тродами УОНИ-13/55 получа­ются соединения высокого ка­чества. Сварка ведется посто­янным током с обратной по­лярностью. Для повышения прочности швов при электро­сварке чугунных деталей в сва­риваемые плоскости ввертыва­ют стальные шпильки.

Горячий способ сварки чу­гуна хотя и обеспечивает удов­летворительное качество сварки, является весьма трудоемким, дорогостоящим и поэтому не всегда осуществим. Сварка холод­ным способом сложна, поэтому применяемые на практике мно­гими сварщиками различные варианты холодной сварки чугуна не всегда дают положительные результаты.

Паянием называют процесс, состоящий в том, что ме­таллические части соединяют друг с другом в подогретом со­стоянии при помощи расплавленных металлов или сплавов (припоев), служащих связующими веществами.

В отличие от сварки при паянии основной металл не дово­дят до пластичного состояния и не расплавляют. Температура плавления припоя значительно ниже температуры плавления основного металла.