Восстановление деталей ручной сваркой.

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

Наплавка — разновидность сварки и представляет собой процесс нанесения слоя металла на поверхность изделия.

Ручную дуговую сварку выполняют металлическими электродами при питании дуги постоянным или переменным током. Электрическая дуга постоянного тока горит более устойчиво и обеспечивает сварку при прямой (минус - на электроде, а плюс - на детали) и обратной полярности. Обратная полярность позволяет уменьшить тепловое воздействие на свариваемую или наплавляемую деталь, так как в этом случае на положительном электроде (аноде) на 20% выделяется тепла больше, чем на катоде (детали). Поэтому постоянный ток используют при сварке деталей (листов) с тонкими стенками, деталей из металлов, чувствительных к перегреву. При использовании переменного тока на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла.

Источником постоянного тока при электродуговой сварке и наплавке являются выпрямители, преобразователи и агрегаты с приводом от двигателя внутреннего сгорания. Источник переменного тока - свароч­ные трансформаторы.

Применяются сварочные выпрямители ВДУ-506, ВДУ-601, ВСС-120А, ВСС-300-3, ВСУ-300, ВДГ-302; ВДГ-601; ВСЖ-303, 10ВДУ-1001, ВКСМ-1001, сварочные преобразователи ПСО-300-3, ПСО-500, ПСУ-300, ПСГ-500, ПСУ-500, ПС-1000. Преобразователи ПСО имеют крутопадающую внешнюю вольтамперную характери­стику, ПСГ - жесткую, ПСУ - жесткую или падающую при соответст­вующем подключении обмоток.

Сварочные агрегаты имеют привод от бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания: АСБ-300-7, АДВ-306, АДД-303 -с крутопадающей, АСД-3-1 - с падающей, АСДП-500Г-ЗМ - с жесткой внешней характеристикой.

Для сварки на переменном токе применяют сварочные трансфор­маторы ТС-300, ТСП-2, ТД-300, СТН-450, СТШ-500, ТСД-1000, ТСК-300, ТСК-500, ТДМ-401, ТДМ-503. Сварочные трансформаторы имеют падающую внешнюю вольтамперную характеристику.

Качество наплавленного металла, сварного шва и производитель­ность сварки или наплавки во многом определяются материалом электродов и покрытий. Для сварки электроды выбирают с учетом того, чтобы максимально приблизить качество и свойства материала шва к свойствам металла восстанавливаемой детали, чтобы твердость материала была одинаковой на всех участках. При наплавке изношенной поверхности основным критерием качества является твердость на­плавленного слоя и износостойкость.

При ручной электродуговой сварке в качестве электродного стержня, а при механизированной сварке в качестве присадного материала используется стальная сварочная проволока. Выпускается 77 марок сварочной проволоки диаметром от 0,3 до 12 мм. В зависимости от химического состава сварочную проволоку разделяют на низко­углеродистую, низколегированную и высоколегированную. Низкоугле­родистая сварочная проволока марок Св-08, Св-08А, Св-08ГА и других (всего 6 марок с содержанием углерода до 0.12%) предназначена для сварки мало- и среднеуглеродистых, а также некоторых низколеги­рованных сталей. Легированная сварочная проволока марок Св-08Г2С, Св-08ХНМА, Св-10Г2С и других (всего 30 марок с содержанием легирующих элементов до 6%) применяется для сварки углеродистых и легированных сталей.

Высоколегированные проволоки - всего 41 марка. Содержат в своем составе более 6% легирующих элементов, применяются для сварки высоколегированных сталей. Например, марки: Св-12Х13, Св-06Х19Н9ТА

 

23. Автоматическая наплавка под слоем флюса. Сущность способа, область применения. Применяемые оборудование и материалы.

 

При сварке (наплавке) под флюсом дуга горит под слоем сыпучего материала (рис.). Электрическая дуга расплавляет флюс и горит внутри газового пузыря, образуемого выделяющимися газами. Сверху газовый пузырь и расплавленный металл закрывают шлаковая корка и слой нерасплавленного флюса. Газы, шлаковая корка и слой флюса предохраняют расплавленный металл от вредного воздействия окру­жающего воздуха и, тем самым, уменьшают выгорание из него углерода и других элементов, снижают образование окислов железа и теплоотвод в окружающую среду. Увеличение времени нахождения сварочной ванны в расплавленном состоянии способствует дегазации расплава. Закрытая дуга позволяет резко увеличить силу тока без потерь металла на угар и разбрызгивание. Коэффициент потерь составляет 2...5% против 20...30% при наплавке открытой дугой. Более длительное нахождение сварочной ванны в жидком состоянии способствует хорошему ее пере­мешиванию и дегазации. Давление, возникающее в газовом пузыре, обеспечивает образование плотных швов.

Рис. Наплавка под слоем флюса:

1 - деталь; 2 - наплавленный слой; 3 - электрод; 4 - расплавленный флюс; 5 - ванна расплавленного металла; 6-шлаковая корка; А -сме­щение электрода с зенита

При автоматической сварке (наплавке) под слоем флюса возможно получение наплавленного слоя любых механических свойств за счет применения электродной проволоки различных марок и флюса. Не­смотря на значительные преимущества наплавки под слоем флюса, процесс имеет ряд недостатков. Применение тока большой плотности способствует значительному нагреву детали при наплавке, что при слож­ной ее конфигурации и малом диаметре может вызвать коробление. Сыпучесть флюса не позволяет наплавлять детали диаметром менее 50 мм из-за трудности удержания флюса на поверхности. Применение флюса, а его расходуемая масса примерно равна массе расплавленного металла, удорожает стоимость восстанавливаемой детали.

Автоматическая наплавка под слоем флюса в ремонтном производ­стве применяется для восстановления плоских и цилиндрических поверхностей крупногабаритных деталей. Наплавка целесообразна в тех случаях, когда толщина слоя более 3 мм. Производится наплавка деталей ходовой части тракторов: направляющие колеса, поддерживающие ролики, опорные катки, ведущие звездочки, звенья гусениц и башмаков, а также коленчатые валы двигателей, шлицевые валы и др.

При автоматической наплавке под слоем флюса применяют авто­матические головки, устанавливаемые на токарных станках, типа А-580, ОКС-1031Б, ОКС-1252М, ОКС-6569, а также наплавочные установки 011-1-00 "Ремдеталь", 011-1-01 "Ремдеталь", У-209, У-652, У-654, А-1406. Применяют также специализированные установки УД-299 для электродуговой наплавки беговых дорожек звеньев гусениц тракторов класса 6Т, УД-302 - для наплавки катков и направляющих колес тракторов, 01.07-003 "Ремдеталь" - для наплавки беговых дорожек роликов и натяжных колес тракторов Т-100М и Т-130. Кроме автома­тических головок и установок при наплавке под слоем флюса могут быть применены также полуавтоматы ПШ-54, ПДШМ-500.

В качестве источников тока используют сварочные преобразователи ПС-300, ПСУ-300, ПСГ-500, ПСУ-500 и сварочные выпрямители ВС-300, ВС-600, ВС-1000, ВДГ-1001, ВДУ-601 и др.

Присадочным материалом при сварке под слоем флюса служит сварочная проволока типа Св, наплавочная типа Нп и порошковая проволока.

Стальная наплавочная проволока (ГОСТ 10543-75) подразделяется на углеродистую (8 марок); НпЗО, Нп40, Нп80, Нп50Г и другие, ле­гированную (11 марок): НпЮГЗ, НпЗОХ5, НпбЗГ, НпЗОХГСА,

Нп40Х32ВФ и другие, высоколегированную (9 марок): НпЗХ13, Нп4Х13, Нп45Х2В8Т и другие.

Наряду со стальной проволокой сплошного сечения при наплавке широко применяется порошковая проволока (ПП), представляющая собой свернутую в трубку низкоуглеродистую стальную ленту, наполненную шихтой, состоящей из смеси ферросплавов (феррохром, ферромарганец, ферросилиций), железного порошка, графита и других материалов. Порошковые проволоки для наплавки под флюсом содержат преимущественно легирующие элементы, а для наплавки открытой дугой содержат материалы, образующие газы и шлаки, которые надежно защищают от кислорода и азота воздуха. Для наплавки под слоем флюса применяют порошковые проволоки ППЗОХВ8, ППЗХ2В8, ППАН120, ПП10ХВ14, ПП2Г13А и др. Для наплавки открытой дугой применяют самозащитные проволоки ППАН1, ППЗХ13-О, ПШХ14Т-О, ППУЗОХ14СМФ-О, ППУ25Х13Т-О и др. Буква О в конце маркировки указывает на порошковую проволоку с внутренней защитой для на­плавки открытой дугой. Преимуществом порошковых проволок с внут­ренней защитой является то, что при их использовании не требуется применения защитных газов, флюсов и других средств. Создается воз­можность легирования в широких пределах наплавляемого слоя металла, что обеспечивает его закаливание на воздухе. Использование порош­ковых проволок позволяет экономить наплавочный материал. Порош­ковые проволоки рекомендуется применять при восстановлении де­талей с большим износом с широким диапазоном твердости — НВ200...600.

Для наплавки под флюсом применяют также стальную ленту из углеродистой и легированной стали толщиной 0,1...0,3 мм и шириной 20...50мм, а также порошковую ленту ПЛ-АН102, ПЛ-А171 и др.

Флюсы, применяемые при автоматической наплавке, по способу производства разделяют на плавленые (АН-348А, АН-20, АН-28, АН-60, ОСЦ-45) и неплавленые - керамические (АНК-18, АНК-19, ЖСН-1, К-2, КС-1). Применяют также флюсы-смеси, изготовленные перемешиванием в различных соотношениях флюсов АН-348А и АНК-18 в зависимости от требуемых свойств наплавленного слоя.

Возможно применение также флюсов, изготовляемых путем добав­ления во флюс АН-348А графита, феррохрома, ферромарганца, фер­роалюминия либо чугунной стружки и 20% жидкого стекла с после­дующим прокаливанием в печи.

Сочетание электродных проволок различных марок и флюсов позволяет получать покрытия с различными свойства. На качество и формирование наплавленного под слоем флюса металла большое влияние оказывает режим наплавки: род, полярность и сила тока, напряжение, скорость наплавки, скорость подачи электродной проволоки, шаг наплавки, вылет электродной проволоки и смещение ее относительно оси наплавляемой детали.

Величина сварочного тока определяет глубину проплавления основ­ного металла и производительность процесса. Ток выбирается в зависи­мости от диаметра электродной проволоки, диаметра наплавляемой детали. Чем меньше диаметр детали, тем меньше должны быть ток и диаметр электродной проволоки. Напряжение дуги связано с величиной сварочного тока. Чем больше сила тока, тем выше должно быть напря­жение дуги. Для наплавки деталей рекомендуется напряжение в пре­делах 26...36В. Наплавку обычно ведут на постоянном токе обратной полярности, обеспечивающем более стабильный процесс, чем при пе­ременном токе. Скорость наплавки оказывает существенное влияние на формирование наплавленного валика. Скорость наплавки ограничивается величиной сварочной ванны и скоростью ее кристаллизации. Обычно скорость наплавки выбирается в пределах 15...45 м/ч. Скорость подачи электродной проволоки (80...300 м/ч) выбирают в зависимости от силы тока, диаметра электродной проволоки, диаметра наплавляемой детали.

Вылет электрода выбирается в зависимости от его диаметра и глубины проплавления. При использовании наплавочной проволоки диаметром 1,2...1,5 и 1,6...2,0 мм рекомендуется вылет электрода соот­ветственно 10...20 и 20...25 мм, а при применении стальной ленты -30...35 мм. Шаг наплавки цилиндрических поверхностей устанавли­вается так, чтобы смежные валики перекрывались на 1/3...1/2 их ши­рины.

Электрод смещают относительно оси детали в сторону, противо­положную направлению вращения на величину, равную 10% диаметра наплавляемой детали, что позволяет предупредить стекание жидкого металла и расплавленного флюса. Режимы наплавки для различных диаметров детали приведены в табл. 1.3.

При наплавке электродными лентами могут быть рекомендованы такие режимы: плотность сварочного тока не ниже 15 А/мм² площади сечения ленты, напряжение дуги 25...35В, скорость наплавки 8...20 м/ч, вылет электрода 30...35 мм, ток постоянный при обратной полярности.

При восстановлении деталей с большими износами наплавку произ­водят в несколько слоев с обязательным удалением шлаковой корки по­сле нанесения каждого слоя.

24. Вибродуговая наплавка. Сущность способа, область применения. Применяемые оборудование и материалы.

 

Вибродуговая наплавка является разновидностью дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность. Вибрация электрода осуществляется с помощью электромагнитного или механического вибратора с частотой 50...100 кол/с. Наплавленный валик охлаждается водой, что обеспечивает закалку наплавленной поверхности. Цикл вибродуговой наплавки состоит из трех периодов: короткого замыкания, дугового разряда и холостого хода. При коротком замыкании электрода с деталью сила тока в цепи возрастает, а напряжение падает до 1,5...2,0 В. Вокруг обмоток источника тока и дросселя создается электромагнитное поле. Электрод в месте контакта нагревается. При отходе электрода от детали электро­магнитное поле начинает исчезать, пересекая обмотки. В них индукти­руется ЭДС самоиндукции, совпадающая по направлению с током ис­точника питания. Напряжение между электродом и деталью повышается до тех пор, пока не возникает дуговой разряд. Напряжение его зависит от среды (воздух, жидкость, пар, флюс и т.п.) и составляет 24...30 В.

Если напряжение источника тока ниже 24...30 В, то благодаря энергии электромагнитного поля, накопленной во время короткого замыкания, напряжение повышается до напряжения дугового разряда, что является важной особенностью процесса вибродуговой наплавки. В период дугового разряда выделяется наибольшее количество (50...95%) тепла. Расплавленный металл электрода в виде капель переносится в сварочную ванну. При дальнейшем отходе электрода от детали наступает период холостого хода. При правильно подобранных режимах процесса наплавки период холостого хода отсутствует. Вибродуговая наплавка производится с помощью автоматической головки, которая устанав­ливается на суппорте токарного станка вместо резцедержателя. В настоящее время широкое применение нашли универсальные головки

OKC-6569, OKC-I252M. Для питания дуги используют источники постоянного тока с жесткой характеристикой (низковольтные агрегаты АНД 500/250, АНД 1000/500, выпрямители ВС-300, ВС-600, сварочные преобразователи ПСГ-300, ПСГ-500, ПСУ-500). Для повышения устойчивости горения дуги в сварочную цепь включают стабили­зирующий дроссель РСТЭ-Схема вибродуговой наплавки:

1 - электродвигатель; 2 - насос; 3 - наплавляемая деталь;

4 - вибрирующий мундштук; 5 - механизм подачи проволоки;

6 - кассета; 7 - вибратор; 8 -индуктивное сопротивление;

9 - ванна для охлаждающей жидкостиВместо дросселя РСТЭ-34, который в настоящее время не произ­водится промышленностью, можно использовать бухту стальной про­волоки, внутрь которой пропускают несколько витков кабеля от ис­точника тока (подобие соленоида). Количество витков подбирают экс­периментально, добиваясь наименьшего разбрызгивания металла.

Вибродуговая наплавка ведется на постоянном токе обратной по­лярности, чем достигается лучшая стабильность и качественное форми­рование наплавленного валика.

Структура и механические свойства наплавленного слоя зависят от химического состава электродной проволоки и количества

охлаж­дающей жидкости. При вибродуговой наплавке применяют сварочную углеродистую или легированную проволоку диаметром от 1,0 до 3,0 мм, ленту, а также порошковую проволоку. Используют сварочные проволоки Св08, Св08А, Св08ГА, СвЮГ2СА, Св18ХГСА, НпЗО, Нп65Г, Нп80 и др.

Марку проволоки выбирают в зависимости от требуемых меха­нических свойств наплавленных поверхностей. Для большинства восстанавливаемых автотракторных деталей требуется высокая твер­дость наплавленного слоя - HRC 42...45. Для достижения такой твердости обычно применяют электродную проволоку с содержанием углерода 0,6-0,8% (НпЗО, Нп50Г, Нп65Г, Нп80). При необходимое получения меньшей твердости следует применять проволоку с меньшим содержанием углерода, например НпЗО. А для получения мягких, легко обрабатываемых покрытий наплавку производят без охлаждающей жидкости проволокой марок Св08, СвЮ, например, при восстановлении резьбовых поверхностей и при наплавке чугунных деталей.

Твердость наплавляемого металла также регулируют количеством и местом подачи охлаждающей жидкости.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от тол­щины наплавляемого слоя. Обычно для получения толщины наплав­ляемого слоя в 1 мм берут диаметр проволоки 1,0...2,0 мм, для слоя 1,5мм - 1,2...2,2 мм, слоя 2,0 мм-1,4...2,5 мм, для слоя 2,5мм-1,6...2,5 мм, для слоя 3,0 мм - 2,0...2,5 мм.

В качестве охлаждающей жидкости применяют различные раст­воры, хорошо ионизирующие зону горения дуги: водный раствор, содер­жащий 5% кальцинированный соды, 1% хозяйственного мыла и 0,5% глицерина; водный 6%-ный раствор кальцинированной соды; водный раствор 3...4% кальцинированной соды, 4...5% глицерина или 20...30%-ный раствор глицерина.

Вибродуговую наплавку применяют для восстановления большой номенклатуры автотракторных деталей, изготовленных из стали, ковкого и серого чугуна. Этим способом восстанавливают наружные и внутрен­ние цилиндрические резьбовые и шлицевые поверхности.

Основным преимуществом вибродуговой наплавки является неболь­шой нагрев деталей (около 100°С), малая зона термического влияния, что позволяет восстанавливать детали с малыми диаметрами - от 12...15 мм. Толщина наплавленного слоя может достигать 0,5...3,5 мм на сторону.

Недостатками вибродуговой наплавки являются неравномерная твердость покрытия, а также снижение усталостной прочности восста­новленных деталей.

С целью повышения производительности процесса вибродуговой наплавки в качестве электродного материала применяют стальную ленту или используют многоэлектродную (двумя-тремя электродами) на­плавку. Разработаны и рекомендованы для ремонтного производства разные виды вибродуговой наплавки, такие как наплавка в различных средах (углекислом газе, водяном парс, потоке воздуха, водокислородной смеси, газовоздушной пене, под слоем флюса) и наплавка с одновре­менным воздействием на наносимый металл (термомеханическая обра­ботка при статическом или динамическом поверхностно-деформиру­ющем усилии, ультразвуковые колебания, вводимые в сварочную ванну, электромагнитное перемешивание сварочной ванны.