Тема 13.Відновлення деталей наплавкою, зварюванням паянням. Суть, класифікація видів

Тема 13.Відновлення деталей наплавкою, зварюванням паянням. Суть, класифікація видів

. 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАЗВАРКИ І НАПЛАВЛЕННЯ ЯК СПОСОБІВ

ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ

Зварювання і наплавлення є найпоширенішими в авторемонтному виробництві способами відновлення деталей. Більше 40% деталей відновлюють цими способами.

Широке застосування зварювання і наплавлення обумовлене простотою технологічного процесу і вживаного устаткування, можливістю відновлення деталей з будь-яких металів і сплавів, високою продуктивністю і низькою собівартістю.

Зварку застосовують при усуненні механічних пошкоджень в деталях (тріщин, відколовши, пробоїн і т. п.), а наплавлення — для нанесення металевих покриттів на поверхні деталей з метою компенсації їх зносу.

При усуненні механічних пошкоджень деталей застосовують:

· електродугу,

· газову,

· аргоно-дугову,

· в середовищі вуглекислого газу,

· електроконтактну

· і інші види зварювання.

Для нанесення металевих покриттів на зношені поверхні деталей найширше застосування одержали наступні механізовані способи наплавлення:

· автоматичне наплавлення електродуги під флюсом;

· наплавлення в середовищі вуглекислого газу;

· вібродугова;

· плазмова

· електроконтактна.

В процесі зварювання наплавлений метал і прилеглі до нього ділянки основного металу деталі нагріваються до температури плавлення. При цьому в наплавленому і основному металі протікають процеси, які роблять шкідливий вплив на якість відновлюваних деталей.

До числа цих процесів відносяться:

• металургійні процеси, що протікають в наплавленому металі;
• структурні зміни і утворення внутрішніх напруг і деформацій в основному металі деталі.

У наплавленому металі протікають наступні металургійні процеси:

• окислення металу,
• вигоряння легуючих елементів,
• насичення наплавленого металу азотом і воднем,
• розбризкування металу.

 

Окислення наплавленого металу і вигоряння легуючих елементів (вуглецю, марганцю, кремнію і ін.) відбуваються в результаті з'єднання його з киснем повітря.

Ці процеси знижують міцність наплавленого металу.

З повітря в наплавлений метал проникає також азот, який утворює нітриди.

Нітриди декілька підвищують межа міцності металу, та зате значно погіршують його пластичність.

Для захисту металу від окислення, вигоряння легуючих елементів і насичення азотом при зварці і наплавленні застосовують електродні обмазки і флюси, які при плавленні утворюють шлак, надійно ізолюючий метал від навколишнього середовища.

Добрі результати також дає застосування зварки в середовищі захисних газів.

Насичення металу воднем підвищує пористість наплавленого металу і сприяє виникненню в ньому значних внутрішніх напруг. Водень проникає в наплавлений метал з вологи, яка завжди міститься в гігроскопічних електродних обмазках і флюсах, тому при вживанні їх рекомендується ретельно просушувати.

Розбризкування металу при зварці і наплавленні відбувається в результаті відновлення оксидів заліза вуглецем. При цій реакції утворюються вуглекислий і чадний гази, які бурхливо розширяються і розбризкують рідкий метал. Розбризкування збільшує втрати присадного металу.

Щоб зменшити розбризкування металу, рекомендується при зварці застосовувати електроди з пониженим вмістом вуглецю, ретельно очищати деталі від оксидів і вводити до складу електродних обмазок і флюсів речовини, що містять розкислюючі елементи (марганець, кремній).

Структурні зміни в основному металі деталі виникають унаслідок нерівномірного нагріву деталі в околошовній зоні, яка називається зоною термічного впливу.

Механічні властивості металу в зоні термічного впливу знижуються.

Розміри зони термічного впливу залежать від хімічного складу зварюваного металу, способу зварки і її режиму.

Найбільші розміри зона термічного впливу має при газовій зварці (до 25... 30 мм).

При зварці електродуги вона значно менше і складає 3...5 мм.

Із збільшенням зварювального струму і потужності зварювального пальника зона термічного впливу збільшується, а із збільшенням швидкості зварки зменшується.

Розміри зони термічного впливу можна значно зменшити правильним вибором режиму зварки і наплавлення.

Внутрішні напруги і деформації виникають в деталях в результаті нерівномірного (місцевого) нагріву і структурних перетворень, що відбуваються в зоні термічного впливу.

Місцевий нагрів деталі і структурні зміни в металі викликають локальні зміни об'єму металу і, отже, створюють умови для виникнення внутрішніх напруг.

Якщо внутрішні напруги перевищують межу текучості матеріалу деталі, то виникають деформації. Внутрішні напруги і деформації можуть бути значно понижені шляхом нагріву деталей перед зваркою і повільного охолоджування після зварки.

Деформації можна зменшити також шляхом застосування спеціальних прийомів зварки і наплавлення. Так, при з'єднанні листів металу невеликої товщини рекомендуєтся застосовувати зворотно ступенчатий метод зварки.

При цьому весь зварювальний шов розбивають на декілька рівних ступенів (ділянок).

Кожен ступінь зварюють в напрямі, зворотному загальному напряму зварки. Довжину ступеня вибирають так, щоб при закінченні зварки подальшого ступеня температура деталі на початку попереднього ступеня була б близько 300 °С.

Технологічний процес відновлення деталей зваркою і наплавленням включає:

• підготовку деталей до зварки,
• наплавлення,
• виконання зварювальних (наплавлювальних) робіт
• і обробку деталей після зварки і наплавлення.

 

 

Об'єм і характер робіт, виконуваних при підготовці деталі до зварки, залежать від виду дефекту.

Так, при заварці тріщини спочатку свердлять отвори діаметром 4...5 мм на кінцях тріщини для попередження можливості її подальшого розповсюдження. Потім обробляють тріщину шліфувальним кругом за допомогою ручної шліфувальної машини.

При товщині стінок деталі менше 5 мм тріщину можна не обробляти, а обмежитися тільки зачисткою її кромок.

Якщо товщина стінок деталі більше 5 мм, то виробляють

V- образну оброблення кромок тріщини (мал..1, а), а при товщині стінок понад 12 мм — Х-образну оброблення.

 

 

 

Мал. 1. Підготовка тріщини (а) і отвору (б) до заварки

 

При відновленні різьблення в отворі діаметром менше 25 мм подготовка до зварки полягає у видаленні старого різьблення свердленням з подальшим обробленням кромок свердлом більшого діаметру (мал..1, б).

Так само готують до відновлення гладкі отвори невеликого діаметру. Підготовка зношених поверхонь деталей до наплавлення полягає в їх механічній обробці і очищенні від забруднень і оксидів.

Порядок виконання зварювальних і наплавлювальних робіт залежить від вибраного способу зварки (наплавлення).

Особлива увага при цьому повинна бути надане вибору матеріалу електродів і присадних прутков, оскільки від них залежить якість наплавленого металу.

Велика увага необхідна приділити вибору засобів захисту металу від окислення і визначенню параметрів режиму зварки і наплавлення.

 

ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ ПАЙКОЮ

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Паянням називають процес отримання нероз'ємних з'єднань деталей в твердому стані за допомогою розплавленого сплаву, званого припоєм. Кромки деталей, що сполучаються, при паянні нагрівають до такої температури, при якій припій повністю розплавляється, змочує поверхні і заповнює зазор між ними. При охолоджуванні припій кристалізується і утворює достатньо міцне з'єднання деталей.

Міцність паяння буде тим вище, ніж повнішою буде взаємна дифузія розплавленого припою і підігрітого металу деталей, що сполучаються.

Ступінь дифузії залежить від властивостей припою і основного металу, від чистоти поверхонь деталей, що сполучаються, від температури паяння і часу витримки при цій температурі. Температура паяння і час витримки повинні бути вибрані оптимальними, оскільки при великих значеннях цих величин виникає небезпека окислення металу деталей і припою, що негативно впливатиме на дифузійні процеси і, отже, на міцність паяння. На міцність паяння великий вплив надає також зазор між деталями, що сполучаються. Його величина залежить від розмірів шва і коливається в межах 0,05...0,2 мм.

Паяння застосовують при відновленні радіаторів, паливних і масляних баків, трубопроводів, приладів електроустаткуванні і інших деталей. Паяння використовують також при відновленні розмірів деталей шляхом постановки стрічки або навівки дроту з подальшим їх припаюванням до поверхні деталі.

Припої.

Як припої при паянню застосовують як чисті метали, так і їх сплави. До припоїв пред'являють наступні вимоги:

• температура плавлення припою повинна бути нижчою за температуру плавлення металу, з якого виготовлені деталі, що спаюються;
• при температурі паяння припій повинен добре змочувати поверхні, що спаюються, і заповнювати сполучні зазори;
• припій повинен забезпечувати отримання з'єднань з необхідними властивостями по механічній міцності, протівокоррозіонной стійкості, електропровідності і т. п.;
• коефіцієнти термічного розширення припою і металів, що спаюються, повинні бути близькими по своїй величині.

Всім цим вимогам відповідають олов'яно-свинцеві, мідно-цинкові, срібні і алюмінієві припої, найчастіше вживані при ремонті автомобілів.

По температурі плавлення всі припої підрозділяються на низкої високотемпературні.

До низькотемпературних відносяться припої з температурою плавлення нижче 450 °З, а до високотемпературних — вищий 450°С.

Олов'яно-свинцеві припої відносяться до низькотемпературних. Їх температура плавлення не більш 280 °С.

Вони володіють достатньо високою протівокоррозіонной стійкістю і високими технологічними властивостями — міцність паяння цими припоями по межі міцності на розрив не перевищує 50....,.80 МПа.

Склад, властивості і області застосування цих припоїв приведені в табл..1.

 

Таблиця 1. Олов'яно-свинцеві припої

 

Марка припою	Хімічний склад, % (по масі)	Температура, °З
	Олово	Сурма	Свинець	початок плавленні	повного розплав лення
ПОС-90 ПОС-61 ПОС-40 ПОС-10 ПОССу-18-2	89... 91 60... 62 39...41 9... 10 17... 18	0,1...0,15 0,5... 0,8 0,5... 0,8 - 1,5... 2,0	{Інше

 

З олов'яно-свинцевих припоїв найбільше застосування знайшли

ПОС-40 і ПОС-61.

Вони забезпечують високу міцність паяння і мають достатньо високі противо корозійні властивості.

Мідно-цинкові припої відносяться до високотемпературних. Їх температура плавлення 825...905°С. Ці припої містять від 36 до 65% міді (інше — цинк). Вони забезпечують міцність паяння до 300... 350 МПа і мають високі противо корозійні властивості.

До числа недоліків цих припоїв відноситься можливість випаровування цинку. Пари цинку інтенсивно окислюються. Окисел цинку шкідливий для здоров'я працюючих.

Мідно-цинкові припої застосовують при паянні сталевих і чавунних деталей, а також деталей з міді і її сплавів.

Найбільше поширення при ремонті автомобільних деталей набули припої ПМЦ-54, Л-63 і ЛОК-62-06-04, які дають найміцніші паяні з'єднання.

Срібні припої, що мають високу вартість, застосовуються тільки в тих випадках, коли шов повинен володіти великою механічною міцністю, підвищеною стійкістю проти корозії і коли місце паяння не повинне знижувати електропровідності деталі.

Срібний пріпій є сплавом срібла з міддю і цинком. Вміст срібла в припої в межах 10... 70%. Із збільшенням у складі припою кількості срібла міцність паяння зростає від 150 до 450 МПа.

Найпоширеніші срібні припої, вживані при паянні деталей з міді, латунь і бронза: ПСр-70, ПСр-65, ПСр-45 і ПСр-20.

Припої для паяння алюмінію і його сплавів підрозділяються на дві групи: високотемпературні на основі алюмінію і низькотемпературні на основі олова, цинку і кадмію.

Припої на основі алюмінію мають порівняно високу температуру плавлення. Температури початку плавлення і повного розплавлення цих припоїв близькі один одному.

Перевагами цих припоїв є висока стійкість проти корозії і міцність з'єднання. Так, наприклад, найпоширеніший припій 34А забезпечує міцність паяння на відрив 150... 180 МПа.

 

 

Склад і області застосування цих припоїв приведені в табл..2.

 

Таблиця 2. Високотемпературні припої для паяння алюмінію

 

Марка припою	Хімічний склад. % (по масі)	Температура, "С
	Кремній	Мідь	Цинк	Алюміній	початок плавлення	повного розплавлення
Силумін 34А П-575А	10... 13 6±0,5	0,8 28±1	0,3 -	{ Інше

 

 

Низькотемпературні припої для паяння алюмінію і його сплавів наоснові олова, цинку і кадмію застосовують при невисоких вимогах до міцності з'єднань.

Ці припої мають порівняно невелику температуру плавлення.

Флюси. Міцне з'єднання деталей, що спаюються, може бути одержане тільки в тому випадку, якщо з їх поверхні будуть видалені оксиди.

Звільнення поверхонь деталей від оксидів, що спаюються, і оберігання їх від окислення в процесі паяння досягаються за допомогою флюсів.

До флюсів пред'являються вимоги, виходячи з яких вони повинні:

• вступати в хімічну взаємодію або розчиняти оксиди при нижчій температурі, ніж температура плавлення припою;
• зменшувати сили поверхневого натягнення ^ розплавленого припою і покращувати його розтікаємість;
• добре змочувати в розплавленому стані металеві поверхні;
• не надавати корозійної дії на деталі, що сполучаються, і припій;
• легко віддалятися з поверхні деталей після паяння.

Склад флюсу залежить від складу припою і металу, з якого зроблені деталі, що спаюються.

При паянні деталей оловянно-свинцовими припоями як флюс найчастіше застосовують водні розчини хлористих цинку і амонія (нашатиря).

При паянні деталей електроустаткуванні цими припоями рекомендується застосовувати безкислотні флюси-каніфоль, в які іноді вводять активуючі добавки (хлористий цинк, хлористий амоній і ін.), сприяючі інтенсивнішому видаленню оксидів.

При паянні мідно-цинковими припоями як флюс застосовують буру або її суміш з борною кислотою в співвідношенні 1:1.

Для паяння срібними припоями рекомендується застосовувати флюси, що полягають з суміші фтористого калія, фторо-бората калія і борного ангідриду, які мають нижчу температуру плавлення.

При паянні алюмінію і його сплавів із застосуванням високотемпературного припою на основі алюмінію рекомендуються спеціальні флюси, що складаються з суміші хлористих солей калія, літію, натрію і цинку. Ці флюси активно розчиняють тугоплавкі оксиди алюмінію і сприяють отриманню міцного з'єднання.

 

Тема 13.Відновлення деталей наплавкою, зварюванням паянням. Суть, класифікація видів

. 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКАЗВАРКИ І НАПЛАВЛЕННЯ ЯК СПОСОБІВ

ВІДНОВЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ

Зварювання і наплавлення є найпоширенішими в авторемонтному виробництві способами відновлення деталей. Більше 40% деталей відновлюють цими способами.

Широке застосування зварювання і наплавлення обумовлене простотою технологічного процесу і вживаного устаткування, можливістю відновлення деталей з будь-яких металів і сплавів, високою продуктивністю і низькою собівартістю.

Зварку застосовують при усуненні механічних пошкоджень в деталях (тріщин, відколовши, пробоїн і т. п.), а наплавлення — для нанесення металевих покриттів на поверхні деталей з метою компенсації їх зносу.

При усуненні механічних пошкоджень деталей застосовують:

· електродугу,

· газову,

· аргоно-дугову,

· в середовищі вуглекислого газу,

· електроконтактну

· і інші види зварювання.

Для нанесення металевих покриттів на зношені поверхні деталей найширше застосування одержали наступні механізовані способи наплавлення:

· автоматичне наплавлення електродуги під флюсом;

· наплавлення в середовищі вуглекислого газу;

· вібродугова;

· плазмова

· електроконтактна.

В процесі зварювання наплавлений метал і прилеглі до нього ділянки основного металу деталі нагріваються до температури плавлення. При цьому в наплавленому і основному металі протікають процеси, які роблять шкідливий вплив на якість відновлюваних деталей.

До числа цих процесів відносяться:

• металургійні процеси, що протікають в наплавленому металі;
• структурні зміни і утворення внутрішніх напруг і деформацій в основному металі деталі.

У наплавленому металі протікають наступні металургійні процеси:

• окислення металу,
• вигоряння легуючих елементів,
• насичення наплавленого металу азотом і воднем,
• розбризкування металу.

 

Окислення наплавленого металу і вигоряння легуючих елементів (вуглецю, марганцю, кремнію і ін.) відбуваються в результаті з'єднання його з киснем повітря.

Ці процеси знижують міцність наплавленого металу.

З повітря в наплавлений метал проникає також азот, який утворює нітриди.

Нітриди декілька підвищують межа міцності металу, та зате значно погіршують його пластичність.

Для захисту металу від окислення, вигоряння легуючих елементів і насичення азотом при зварці і наплавленні застосовують електродні обмазки і флюси, які при плавленні утворюють шлак, надійно ізолюючий метал від навколишнього середовища.

Добрі результати також дає застосування зварки в середовищі захисних газів.

Насичення металу воднем підвищує пористість наплавленого металу і сприяє виникненню в ньому значних внутрішніх напруг. Водень проникає в наплавлений метал з вологи, яка завжди міститься в гігроскопічних електродних обмазках і флюсах, тому при вживанні їх рекомендується ретельно просушувати.

Розбризкування металу при зварці і наплавленні відбувається в результаті відновлення оксидів заліза вуглецем. При цій реакції утворюються вуглекислий і чадний гази, які бурхливо розширяються і розбризкують рідкий метал. Розбризкування збільшує втрати присадного металу.

Щоб зменшити розбризкування металу, рекомендується при зварці застосовувати електроди з пониженим вмістом вуглецю, ретельно очищати деталі від оксидів і вводити до складу електродних обмазок і флюсів речовини, що містять розкислюючі елементи (марганець, кремній).

Структурні зміни в основному металі деталі виникають унаслідок нерівномірного нагріву деталі в околошовній зоні, яка називається зоною термічного впливу.

Механічні властивості металу в зоні термічного впливу знижуються.

Розміри зони термічного впливу залежать від хімічного складу зварюваного металу, способу зварки і її режиму.

Найбільші розміри зона термічного впливу має при газовій зварці (до 25... 30 мм).

При зварці електродуги вона значно менше і складає 3...5 мм.

Із збільшенням зварювального струму і потужності зварювального пальника зона термічного впливу збільшується, а із збільшенням швидкості зварки зменшується.

Розміри зони термічного впливу можна значно зменшити правильним вибором режиму зварки і наплавлення.

Внутрішні напруги і деформації виникають в деталях в результаті нерівномірного (місцевого) нагріву і структурних перетворень, що відбуваються в зоні термічного впливу.

Місцевий нагрів деталі і структурні зміни в металі викликають локальні зміни об'єму металу і, отже, створюють умови для виникнення внутрішніх напруг.

Якщо внутрішні напруги перевищують межу текучості матеріалу деталі, то виникають деформації. Внутрішні напруги і деформації можуть бути значно понижені шляхом нагріву деталей перед зваркою і повільного охолоджування після зварки.

Деформації можна зменшити також шляхом застосування спеціальних прийомів зварки і наплавлення. Так, при з'єднанні листів металу невеликої товщини рекомендуєтся застосовувати зворотно ступенчатий метод зварки.

При цьому весь зварювальний шов розбивають на декілька рівних ступенів (ділянок).

Кожен ступінь зварюють в напрямі, зворотному загальному напряму зварки. Довжину ступеня вибирають так, щоб при закінченні зварки подальшого ступеня температура деталі на початку попереднього ступеня була б близько 300 °С.

Технологічний процес відновлення деталей зваркою і наплавленням включає:

• підготовку деталей до зварки,
• наплавлення,
• виконання зварювальних (наплавлювальних) робіт
• і обробку деталей після зварки і наплавлення.

 

 

Об'єм і характер робіт, виконуваних при підготовці деталі до зварки, залежать від виду дефекту.

Так, при заварці тріщини спочатку свердлять отвори діаметром 4...5 мм на кінцях тріщини для попередження можливості її подальшого розповсюдження. Потім обробляють тріщину шліфувальним кругом за допомогою ручної шліфувальної машини.

При товщині стінок деталі менше 5 мм тріщину можна не обробляти, а обмежитися тільки зачисткою її кромок.

Якщо товщина стінок деталі більше 5 мм, то виробляють

V- образну оброблення кромок тріщини (мал..1, а), а при товщині стінок понад 12 мм — Х-образну оброблення.

 

 

 

Мал. 1. Підготовка тріщини (а) і отвору (б) до заварки

 

При відновленні різьблення в отворі діаметром менше 25 мм подготовка до зварки полягає у видаленні старого різьблення свердленням з подальшим обробленням кромок свердлом більшого діаметру (мал..1, б).

Так само готують до відновлення гладкі отвори невеликого діаметру. Підготовка зношених поверхонь деталей до наплавлення полягає в їх механічній обробці і очищенні від забруднень і оксидів.

Порядок виконання зварювальних і наплавлювальних робіт залежить від вибраного способу зварки (наплавлення).

Особлива увага при цьому повинна бути надане вибору матеріалу електродів і присадних прутков, оскільки від них залежить якість наплавленого металу.

Велика увага необхідна приділити вибору засобів захисту металу від окислення і визначенню параметрів режиму зварки і наплавлення.