Механизированная сварка и наплавка

Сварка и наплавка являются самыми прогрессивными и широко распространенными способами ремонта деталей. Они занимают около 70% всего объема работ по восстановлению деталей. Сваркой и наплавкой рекомендуют ремонтировать детали, изготовленные из стали, чугуна и цветных металлов, например, блоки цилиндров, головки блоков цилиндров, коленчатые валы, картеры, опорные катки, направляющие колеса, звенья гусениц, ковши, валы, оси. Ремонт деталей этими способами наиболее экономичный, не требует сложного оборудования и прост при выполнении технологического процесса.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сварку применяют для соединения и закрепления отломанных и добавочных деталей (втулок, пластин, зубчатых венцов), заделки трещин, разрывов, пробоин.

Наплавкой называется процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных поверхностей деталей, а также повышения износостойкости поверхностей трения.

В настоящее время при ремонте применяются следующие основные виды сварки и наплавки деталей: ручная дуговая сварка и наплавка; автоматическая дуговая наплавка под флюсом; автоматическая вибродуговая наплавка; дуговая сварка и наплавка в защитном газе.

3.1 Ручная дуговая сварка и наплавка. Ручная дуговая сварка применяется для заварки трещин в блоках и головках цилиндров, картерах, для восстановления сварных швов в рамах и корпусах, заварки отверстий, приварки отломанных частей и добавочных деталей. Ручная дуговая наплавка применяется для наплавки изношенных поверхностей отверстий, валов, осей, ножей отвалов, щек дробилок, звездочек и т. д. Ручная дуговая сварка и наплавка осуществляется неплавящимися угольными, графитовыми или вольфрамовыми и плавящимися металлическими электродами. Сварка и наплавка неплавящимися электродами имеют ограниченное применение, используются только при сварке цветных металлов и наплавке изношенных поверхностей твердыми сплавами. В ремонтном производстве широко применяется дуговая сварка и наплавка плавящимися металлическими электродами.

Для повышения производительности труд а и снижения расхода электроэнергии в ремонтном производстве применяются высокопроизводительные методы ручной дуговой сварки и наплавки пучком электродов и трехфазной дугой.

Сварка и наплавка пучком электродов применяется тогда, когда требуется наплавлять большое количество металла. Сущность этого метода состоит в следующем. Несколько обычных покрытых обмазкой электродов складывают вместе и скрепляют проволокой. Контактные концы сваривают и вставляют в электродержатель. В этом случае получается блуждающая дуга, так как горит она попеременно между отдельными электродами и поверхностью детали (рисунок 13). При сварке и наплавке пучком, состоящим из пяти и более электродов, часть стержней не включается в цепь сварочного тока, и они плавятся за счет тепла сварочной ванны. Сварка и наплавка пучком электродов может выполняться на повышенном токе и увеличивает производительность в 1,5-2 раза.

Рисунок 13 - Схема горения дуги в пучке электродов:
1, 2, 3 - электроды; 4 – деталь

Применение этого метода на 20-30% снижает расход электроэнергии за счет лучшего использования тепла дуги. Кроме того, значительно уменьшается местный нагрев детали, вследствие чего деталь меньше подвергается короблению.

Сварка и наплавка трехфазной дугой применяется там, где требуется наплавлять большой объем металла. Этим методом сваривают детали из низколегированных и легированных сталей большой и средней толщины, а также ведут наплавку твердых сплавов. Для сварки и наплавки трехфазной дугой применяют специальные электроды, состоящие из двух стержней (см. ниже рисунок 14,а), имеющих общее покрытие, но изолированных один от другого. Зачищенные концы стержней соединяют с электродержателем особой конструкции (см. ниже рисунок 14,б), позволяющим подводить ток к каждому стержню отдельно. При сварке (наплавк е) две фазы присоединяют к электродержателю и третью - к изделию. В процессе сварки (наплавки) горят одновременно три дуги, две - между каждым стержнем и деталью (см. ниже рисунок 14,а) и одна - между двумя стержнями. Вследствие выделения большого количества тепла производительность сварки (наплавки) по сравнению с однофазной увеличивается в 2-3 раза. При диаметре стержней электрода 6 мм и трехфазной дуге можно наплавить до 8 кг металла в час, при этом за счет лучшего использования тепла расход электроэнергии снижается на 20-30%. Питание дуги производится от специальных трансформаторов типа 3-СТ и ТТС-400.

Процесс сварки и наплавки металла состоит из трех этапов: подготовки деталей, сварки ( наплавки ), зачистки.

Подготовка деталей. Если поверхности, подлежащие сварке или наплавке, загрязнены или покрыты ржавчиной, в наплавленном металле будут образовываться шлаковые включения, непровар, трещины. Газовые поры появляются в наплавленном металле, если поверхность покрыта маслом или влагой. Эти дефекты значительно ухудшают качество сварки (наплавки) или приводят к браку. Поэтому все детали, поступающие на сварку или наплавку, тщательно очищают от грязи, ржавчины и других загрязнений.

Рисунок 14 - Сварка трехфазной дугой:

а - схема процесса; б - заварка трещин

Затем детали обезжиривают в горячих растворах, моют в горячей воде и сушат. Наплавляемую или свариваемую поверхность желательно очистить до металлического блеска пескоструйной обработкой, стальными щетками, абразивными кругами или резцом. Если поверхности отверстий или валов имеют неравномерный износ, превышающий 0,5 мм на сторону, то такие поверхности протачивают резцом. Это связано с тем, что рабочая поверхность детали с небольшим износом, если ее предварительно механически не обработать, после наплавки может оказаться в переходном слое, который имеет пониженные механические свойства. Изношенные или поврежденные резьбы (внутренние и наружные) перед наплавкой необходимо срезать для того, чтобы в углубления старой резьбы не попадал шлак, так как загрязнения между гребнями резьбы трудно очистить. В противном случае при наплавке могут образовываться шлаковые включения или поры, снижающие качество наплавленного металла.

Имеющиеся на наплавленной поверхности отверстия, шпоночные пазы и канавки заделывают медными графитовыми вставками, которые после наплавки удаляют. Трещины подготавливают к сварке путем разделки кромок при помощи шлифовального круга на гибком валу. Для этого может быть использовано зубило. При толщине стенок детали до 5 мм разделку можно не делать, а ограничиться зачисткой, прилегающей к трещине поверхности шириной 15-20 мм с каждой стороны. При большой толщине стенок (до 12 мм) трещины разделывают V-образно. Если толщина стенок свариваемой детали более 12 мм, трещину разделывают с двух сторон Х-образно. Концы трещин рекомендуется засверливать, чтобы при сварке они не распространялись дальше.

Сварка и наплавка металла. Для получения доброкачественного сварного соединения или заданного качества наплавленного слоя при восстановлении деталей первостепенное значение имеют правильный выбор типа и марки электрода, а также режимов сварки (наплавки). Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки материала (сталь, чугун, алюминий), из которого изготовлена деталь, и требований к наплавляемому слою.

При заварке трещин или поломок обычно применяют сварочные электроды. Они подразделяются на ряд типов от Э-34 до Э-145. Основной характеристикой каждого типа является временное сопротивление разрыву сварного соединения. Оно указывается в наименовании типа электрода. Например, электроды типа Э-42 дают сварное соединение, имеющее временное сопротивление разрыву, равное 4,2 МПа. К каждому типу может относиться несколько марок электродов. Например, к типу Э-42 относятся электроды марок ОЗЦ-1,0ММ-5; к типу Э-42А - электроды ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; к Э-46 —ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; к типу Э-50А - электрод УОНИ-13/55 и др.

Перечисленные типы электродов применяются для сварки мало-и среднеуглеродистых сталей. Стержни всех электродов изготовлены из проволоки Св-08 диаметром от 1,6 до 12 мм. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием (обмазкой). Электроды с меловой обмазкой, состоящей из 70-80% молотого мела и 20-30% жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Меловая обмазка является только стабилизирующей, то есть способствующей устойчивому горению дуги. Остальные типы и марки электродов имеют качественную обмазку. Эта обмазка, кроме стабилизирующих, содержит защитные, шлакообразующие и газообразующие, а иногда раскисляющие и легирующие элементы. Условное обозначение типов составов покрытий: руднокислое - Р, рутиловое - Т, фтористо-кальциевое - Ф, органическое - О. Полное условное обозначение электрода по ГОСТу содержит последовательно марку и тип электрода, его диаметр, вид состава покрытия и номер ГОСТа. Например, электрод ЦМ-7 диаметром 5 мм, относящийся к типу Э-42, и имеющий покрытие руднокислого типа, будет иметь обозначение ЦМ-7-Э-42-5-Р-ГОСТ 9467-75.

Сварка малоуглеродистых (с содержанием углерода до 0,20%), а также низколегированных сталей, например, марок 15Х, 20ХНА, 20Х, ЗОХ не встречает трудностей.

Углеродистые и легированные стали со средним и высоким содержанием углерода свариваются труднее и склонны к образованию пор и трещин, поэтому при сварке и наплавке средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей требуется предварительный подогрев деталей. При содержании углерода от 0,2 до 0,3% детали рекомендуется подогревать до температуры 100-150 °С, от 0,3 до 0,45% - до 150-250 °С, от 0,45 до 0,80% - до 250-400 °С. При восстановлении изношенных деталей дуговой наплавкой выбор электродов зависит от марки стали наплавляемой детали, необходимой твердости и износостойкости наплавленного слоя.

Наплавку изношенных поверхностей деталей, изготовленных из малоуглеродистой стали и не подвергающихся термической или химикотермической обработке, можно проводить сварочными электродами.

При наплавке деталей из среднеуглеродистых и легированных сталей (например, сталей марок 30, 35, 45, ЗОХ, 40Х), закаленных, а также из малоуглеродистой стали, но с цементированной поверхностью, должны применяться специальные наплавочные электроды или твердые сплавы.

ГОСТ 10051-75 устанавливает ряд типов наплавочных электродов, различаемых по химическому составу наплавленного слоя. Обозначение типа электрода расшифровывается следующим образом: буквы «ЭН» означают «электрод наплавочный», затем указываются основные химические элементы, входящие в состав наплавленного слоя, и их среднее содержание в процентах. Обозначение химических элементов общепринятое: У - углерод, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, X - хром, Т - титан и т. д. Сначала указывается содержание углерода. При этом, 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, обозначение типа электрода ЭН-14Г2Х-30 означает: электрод наплавочный, в наплавленном слое содержится 0,14% углерода, 2% марганца, 1% хрома, твердость слоя — 30 HRC.

Указания на твердость наплавленного слоя (НВ) содержатся иногда и в обозначениях марки электрода, например, электрод ОЗН-300, Т-590 и др. Типам электродов соответствуют определенные марки электродов. Полное условное обозначение наплавочного электрода содержит его марку, тип, диаметр и ГОСТ. Например, электрод марки ОЗН-300 типа ЭН-15ГЗ-25 диаметром 5 мм будет иметь обозначение: ОЗН-300-ЭН-15ГЗ-25,5,0 - ГОСТ 10051-75 и ГОСТ 9466-75.

Стержни наплавочных электродов изготовляют как из углеродистой, так и из легированной сварочной проволоки. Легирующие элементы вводят в наплавленный слой как и покрытия и материала стержня, так и только из материала покрытия.

Наиболее широкое применение для наплавки деталей машин нашли электроды марок ОЗН-300 (тип ЭН-15ГЗ-25), ОЗН-400 (тип ЭН-20Г4-40); для наплавки деталей из высокомарганцовистой стали ПЗ - электроды ОМГ-Н (тип ЭН-70ХН-25); для наплавки быстроизнашивающихся деталей, которые работают в условиях абразивного изнашивания, - электроды марок Т-590, Т-620, ЦС-1, ЦС-2 и др. В последние годы для получения наплавленных слоев высокой твердости применяют трубчатые наплавочные электроды ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4. В качестве наполнителя используют твердые сплавы, чаще всего сормайт, ферросплавы, карбид вольфрама. Для холодной сварки (наплавки) деталей из чугуна применяют электроды марок ОМЧ-1, МСТ, МНЧ-1 ЦНИИВТ, ЦЧ-ЗА, АНЧ-1 и др. Для сварки чистого алюминия применяют электроды марки ОЗА-1, а для сварки сплавов алюминия - ОЗА-2.

3.2 Основными параметрами режимов сварки и наплавки являются: 1) род тока и полярность; 2) диаметр электродной проволоки; 3) величина сварочного тока и напряжение дуги. Дуговая сварка и наплавка металла может производиться постоянным или переменным током. На постоянном токе дуга горит более устойчиво. Сварку (наплавку) на постоянном токе можно вести на прямой и обратной полярности. При сварке (наплавке) на прямой полярности к детали присоединяют «плюс» источника тока, а к электроду - «минус». На обратно й полярности наоборот. Тепло электрической дуги распределяется (примерно) следующим образом: положительный полюс - 43%, отрицательный полюс - 36% и электрическая дуга - 21%. Это необходимо учитывать при выборе полярности. Обычно к детали подключают положительный полюс в тех случаях, когда она имеет большую массу и требует значительного количества тепла для нагрева. Детали, имеющие небольшую массу или толщину (< 3 мм), сваривают при обратной полярности. При сварке переменным током на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла.

Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемого материала (см. таблицу 1).

Таблица 1 – Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла

Величина тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода. Для сварки стали в нижнем положении необходимую величину тока можно выбрать по данным табл. 1. При сварке вертикальных и потолочных швов величина сварочного тока принимается на 10-20% меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Как было сказано выше, диаметр электрода при наплавке подбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя. Величину тока принимают в зависимости от выбранного диаметра электрода примерно такую же, как и при сварке, ближе к нижнему значению. Наплавку следует вести короткой дугой с перекрытием соседних валиков на 30-50%, причем электрод должен быть наклонен под углом 15-20° к вертикали по направлению движения. Наплавку рекомендуется проводить, сочетая перемещение электрода в направлении наплавки с поперечным колебанием его таким образом, чтобы ширина валика равнялась примерно 2,5 диаметра электрода. Толщина наплавленного слоя получается равной примерно 0,7 мм. Устойчивое горение дуги при сварке (наплавке) металлическим электродом происходит при напряжении 18-28 В, а угольным или графитовым — при 30-35 В.

Зачистка сварных швов и наплавленных поверхностей производится металлическими щетками с целью удаления с их поверхностей шлака и металлической брызги.

3.3 Оборудование для сварки и наплавки. В качестве источников питания электроэнергией при ведении дуговой сварки и наплавки применяют сварочные трансформаторы переменного тока, преобразователи и выпрямители постоянного тока. Наибольшее распространение получили сварочные трансформаторы типов ТС-120, ТС-300, ТС-500, ТСК-300, ТСК-500 (число обозначает величину номинального сварочного тока).

Сварочный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из сварочного генератора постоянного тока и двигателя, вращающего генератор. Наибольшее распространение имеют преобразователи типов ПСО-120, ПСО-300, ПСО-500, ПСО-800.

Для ручной дуговой сварки (наплавки) в последнее время применяют выпрямители ВСС-120-4, ВСС-300-3 (селеновые), ВКС-120, ВКС-300, ВКС-500 (кремниевые).

3.4 Автоматическая дуговая наплавка под флюсом - это дуговая наплавка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, а подача плавящегося электрода и перемещение дуги вдоль наплавляемой поверхности детали механизированы (см. рисунок 15).

Рисунок 15 - Схема горения дуги под слоем флюса:
1 - источник тока; 2 - устройство для подачи флюса; 3 - оболочка из жидкого флюса; 4 - мундштук; 5 - электродная проволока; 6 - электрическая дуга; 7 - шлаковая корка; 8 - наплавленный слой; 9 - деталь; 10 - подвод тока к детали

Автоматическая дуговая наплавка под слоем флюса впервые создана в институте электросварки имени Е. О. Патона. Она применяется для восстановления поверхности деталей диаметром более 50 мм и плоских деталей с величиной износа от 1 до 15 мм. Детали с большой величиной износа наплавляют в несколько слоев. Для наплавки используют переоборудованные токарно-вин-торезные станки с частотой вращения шпинделя от 0,25 до 4 об/мин, на суппорте которых установлены наплавочные головки или установки. Источником тока являются сварочные преобразователи или выпрямители.

Сущность наплавки под слоем флюса (рис. 15) состоит в том, что в зону горения дуги 6 автоматически подается сыпучий флюс в гранулах размером от 1 до 4 мм и электродная проволока 5. Под действием высоких температур часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку 3 из жидкого флюса, которая защищает расплавленный металл от окисления, поглощения азота и других элементов. Вследствие этого наплавленный металл 8 приобретает высокую пластичность, так как в нем оказывается примерно в 20 раз меньше кислорода и в 3 раза меньше азота, чем при ручной наплавке. Потери металла на разбрызгивание, угар, огарки не превышают при этом 2-4%, в то время как при ручной наплавке они в 10 раз больше.

Наплавка ведется постоянным током напряжением 25-40 В при прямой полярности. Для предотвращения стекания жидкого металла и флюса при наплавке круглых деталей электрод смещают с зенита в сторону, противоположную направлению вращения, на величину е (см. рис. 15).

Преимущества автоматической наплавки перед ручной: высокая производительность (больше в 5-10 раз), меньшая стоимость (в 5-8 раз), высокое качество наплавленного слоя.

Для улучшения качества наплавленного металла, сохранения первоначальной твердости и структуры закаленных деталей, уменьшения коробления наплавляемой детали и повышения износостойкости Ташкентским институтом железнодорожного транспорта предложен прогрессивный способ наплавки деталей под слоем флюса с принудительным охлаждением водой и разработана установка (рис.16).

Рисунок 16 - Схема установки для наплавки под слоем флюса с принудительным охлаждением деталей водой

На продольном суппорте токарно-винторезного станка смонтирована автоматическая наплавочная головка с бункером для флюса, с флюсоудерживающим устройством, подъемником флюсо-удерживающего устройства и мундштуком наплавочной головки. На поперечном суппорте смонтированы распределитель охлаждения, душевое устройство и резец. В центрах станка закрепляется наплавляемая деталь. При наплавке одновременно производится охлаждение наплавляемого слоя металла и удаление резцом шлаковой корки.

Себестоимость восстановления деталей этим способом снижается за счет того, что не нужно производить работу по устранению коробления и термообработки. При автоматической дуговой наплавке под флюсом твердость и износостойкость наплавленного слоя в основном зависит от применяемой электродной проволоки и марки флюса.

Электродная проволока. Для наплавки малоуглеродистых и низколегированных сталей применяют проволоку из малоуглеродистых (Св-0,8, Св-08А, Св-15), марганцовистых (Св-08Г, Св-08ГА, Св-15Г) и кремнемарганцовистых (Св-ЮГС) сталей. Для наплавки высоколегированных и высокоуглеродистых сталей применяют проволоку Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА и Нп-ЗХ13.

Флюсы. В зависимости от марки стали, подвергающейся наплавке, марки электродной проволоки, необходимой твердости и износостойкости наплавленного слоя флюсы делятся на плавленые, керамические и флюсы-смеси. Плавленые флюсы содержат стабилизирующие и шлакообразующие элементы, но в них не входят легирующие добавки, поэтому они не могут придавать слою, наплавленному малоуглеродистой, марганцовистой и кремнемарганцови-стой проволоками, высокую твердость и износостойкость. Из плавленых флюсов наибольшее распространение получили флюсы марок АН-348А, АН-60, ОСЦ-45, АН-20, АН-28. Керамические флюсы марок АНК-18, АНК-19, ЖСН-1 и другие, кроме стабилизирующих и шлакообразующих элементов, содержат легирующие добавки, главным образом в виде ферросплавов (феррохрома, ферроти-тана и др.), дающие слою, наплавленному малоуглеродистой проволокой, высокую твердость без термообработки и износостойкость.

Флюсы-смеси (АНЛ-1) представляют собой механическую смесь, состоящую из 93% плавленого флюса марки АН-10 и 7% лигатуры алюминия с железом (15% железа - 85% алюминия). Твердость покрытия деталей, наплавленных этим флюсом, достигает 380-400 НВ.

Иногда во флюсы-смеси добавляют магнитный железный порошок. В процессе наплавки детали под действием магнитного поля железный порошок притягивается к зоне наплавки, что способствует повышению производительности процесса.

Режим наплавки оказывает существенное влияние на стабильность процесса, толщину наплавленного металла и его физико-механические свойства.

Для деталей диаметром от 50 до 300 мм режим наплавки можно подобрать по таблице 2.

Таблица 2 - Диаметр электрода в зависимости от диаметра направляемой детали

3.5 Технология наплавки. Для подготовки наплавочной установки (рисунок 17) к наплавке цилиндрических деталей выполняют следующие операции. В центрах станка закрепляют деталь, ставят кассету, заправленную электродной проволокой, на ось сварочной головки и протягивают проволоку через ролики в мундштук.

Устанавливают необходимую скорость подачи электродной проволоки при помощи сменных шестерен подающего механизма. Корректором наклоняют мундштук на требуемый угол (примерно 6-8° в сторону вращения детали). Вращая рукоятку механизма подъема, подводят сварочную головку к наплавляемой детали. Устанавливают смещение и вылет электрода.

Рисунок 17 - Автомат А-409 для наплавки цилиндрических деталей под слоем флюса

Наплавку ведут в таком порядке: устанавливают реостатом генератора рассчитанную величину сварочного тока; пускают флюс из бункера 5 по патрубку 11, открыв шиберную задвижку 8; пускают сварочный преобразователь, нажимают кнопку «Пуск», расположенную на пульте управления 6. Наплавка производится по винтовой линии. Наплавляемые валики накладывают так, чтобы каждый последующий валик примерно на 1/3 перекрывал предыдущий. Во время наплавки молотком удаляют шлаковую корку, следят за показаниями контрольных приборов и равномерностью подачи флюса в зону наплавки. Первый и последний кольцевые валики наплавляют при выключенной продольной подаче наплавочной головки. Прекращают процесс наплавки путем нажатия кнопок «Вниз - стоп 1» и «Вверх - стоп 2», после чего закрывают шиберную задвижку и выключают сварочный преобразователь.

Оборудование. На предприятиях по ремонту машин широкое распространение для наплавки деталей получили: автоматические аппараты типов А-384МК, А-409, А-508М, А-874Н, АБС, А-929, А-1030, ОКС, А-1031Б в сочетании со сварочными преобразователями (ПС-300, ПСУ-300, ПСГ-500, ПСУ-500) и выпрямителями (ВСУ-300, ВСУ-500, ВСС-300, ИПП-300, ВДГ-1001, ВДУ-1001 и др.), а также токарно-винторезными станками типов 1А62, 1А64, 1Д62Г, 1К62, 1А616, 1А665, 1А680 и др.

Автоматическая дуговая наплавка изношенных деталей трубчатыми электродами, порошковой проволокой и порошковой лентой.

Все большее применение в ремонтном производстве находит автоматическая дуговая наплавка изношенных деталей трубчатыми электродами марок ИЗ-1, ИЗ-2, ТЗ-3, ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4, ЭТН-5, порошковой проволокой марок ПП-АН-124, ПП-АН-105, ПП-АН-170 и порошковыми лентами марок ПЛ-У40Х38ГЗТЮ, ПЛ-628, ПЛ-634. Трубчатые электроды, порошковые проволоки и ленты применяют для наплавки зубьев экскаваторов, щек камнедробилок, козырьков ковшей, ножей бульдозеров и скреперов, опорных катков и гусеничных звеньев тракторов, экскаваторов.

Трубчатый электрод представляет собой трубку, свернутую из стальной ленты толщиной 0,68-0,80 мм и наполненную порошкообразной смесью из сталинита, ферромарганца или других материалов. Смесь защищена от воздействия воздуха как самой трубкой, так и ее наружной обмазкой. Наплавленный слой обладает большой износостойкостью и имеет твердость HRC 55-58.

Порошковая проволока представляет собой металлическую оболочку, плотно наполненную порошкообразными легирующими элементами - шихтой. Шихту применяют разную. Простейшей и наиболее дешевой является мелкая чугунная стружка с добавлением до 20% доменного ферромарганца. Наплавленный слой обладает хорошей износостойкостью и имеет твердость HRC 40-60 в зависимости от примененной шихты.

Порошковые ленты (рисунок 18, а) состоят из двух лент (изготовленных из полосовой стали 0,8 толщиной 0,6 мм и шириной 50 мм) и порошковой легирующей смеси, расположенной в ячейках одной из лент. В качестве легирующей смеси применяют различные компоненты, состоящие из ферросплавов. Физико-механические свойства наплавленного металла определяются составом легирующих смесей и режимами наплавки. Наплавленный слой обладает хорошей износостойкостью и имеет твердость HRC 48-54.

Рисунок 18 - Наплавка порошковой лентой:
а - порошковая лента; б - схема автоматической установки для наплавки под флюсом: 1, 2 - ленты; 3 - порошковая шихта; 4 - бухты с лентой; 5, 6 - формирующие ролики; 7 - подающие ролики; 8 - дозатор шихты; 9 - щелевой паз; 10 - бункер с порошком; 11 - обжимные ролики; 12 - шланг для флюса; 13 - бункер для флюса; 14 - токоподво

Разработана установка, в которой совмещены процессы изготовления порошковой ленты и наплавки (рис. 18, б). Процесс изготовления порошковой ленты сводится к пропусканию лент между формирующими роликами, которые придают лентам П-образную и гофрированную ячейкообразную форму, наполнению ячейки нижней ленты легирующей смесью и обжатию ленты роликами. При наплавке дуга горит под слоем флюса.

3.6 Автоматическая вибродуговая наплавка - это дуговая наплавка плавящимся электродом, который вибрирует, вследствие чего дуговые разряды чередуются с короткими замыканиями. Подача и перемещение электрода вдоль наплавляемой поверхности детали механизированы.

Этот вид наплавки прост, не требует дефицитных материалов, позволяет наплавлять на детали диаметром от 8 мм и выше слой металла толщиной 0,5-3,5 мм. При этом деталь не испытывает деформаций, а твердость слоя может быть доведена до HRC 50-58 без последующей термической обработки. Вибродуговая наплавка может проводиться в жидкой среде, среде защитных газов (аргон, углекислый газ и др.) и под флюсом. Большее распространение получила наплавка в жидкой среде.

Принципиальная схема установки для вибродуговой наплавки показана на рисунке 19. Наплавляемую деталь закрепляют в центрах или трехкулачковом патроне токарного станка. На суппорте станка устанавливают изолированно от массы вибродуговую головку. К детали и головке подводят ток низкого напряжения. К наплавляемой поверхности вращающейся детали роликами 5 из кассеты 6 автоматически через вибрирующий мундштук подается электродная проволока, которая все время вибрирует. Соприкасаясь с поверхностью детали, проволока оплавляется под действием импульсных электрических разрядов и расплавленный металл электрода приваривается к поверхности. Для охлаждения и закалки наплавленного слоя к нему через специальный канал в мундштуке насосом из системы охлаждения подается жидкость, состоящая из 4-6%-ного раствора кальцинированной соды в воде. Вибрация мундштука осуществляется при помощи электромагнитного вибратора.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя и силы тока. Чем толще наплавляемый слой, тем берут больший диаметр проволоки.

Например, для наплавки слоя толщиной до 1 мм применяют проволоку диаметром 1- 1,6 мм, для слоя 2 мм - диаметром до 2,5 мм и для слоя толщиной больше 2 мм - диаметром 2-3 мм.

Рисунок 19 - Схема установки для вибродуговой наплавки

Режимы наплавки. Наплавку ведут постоянным током при обратной полярности. Сила тока определяется диаметром электродной проволоки и скоростью ее подачи при наплавке. Для проволоки диаметром 1,3-1,8 мм рекомендуется сила тока 100-200 А. На практике силу тока выбирают по величине его плотности. Например, при диаметре электродной проволоки до 2 мм плотность тока принимают 60-75 А/мм2, для проволоки большего диаметра — 50-70 А/мм2. Наиболее рациональное напряжение при наплавке слоя толщиной до 1 мм 12-15 В, при большей толщине 15-28 В.

Расход охлаждающей жидкости составляет для средне- и высокоуглеродистых, а также легированных сталей 0,3-0,5 л/мин, для малоуглеродистых - 1 л/мин. При наплавке тонких деталей из низкоуглеродистых сталей обычно расходуется 3-5 л/мин.

Наплавка ведется по винтовой линии. После, наплавки поверхность обрабатывают шлифованием, первоначально грубым (обдирочным), а затем чистовым под требуемый размер. При наплавке проволокой Св-08 поверхность легко обрабатывается резцами.

Оборудование. Широкое распространение получили автоматические наплавочные головки типов УАНЖ-5, УАНЖ-6, ГМВК-2, ВГ-4, ВГ-8М и другие в сочетании со сварочными преобразователями (ПСО-300, ПСУ-300, ПСУ-500) и выпрямителями (ВС-400, ИПП-500, ВАГГ-15-600), а также токарно-винторезными станками типов 1А62, 1А64, 1Д63А и др.

Для подачи охлаждающей жидкости используют систему охлаждения токарного станка или устанавливают насос с подачей 6-10 л/мин и бачок вместимостью до 100 м. Токарные станки переоборудуют для того, чтобы получить частоту вращения детали в пределах от 0,5 до 20 об/мин.

3.7 Дуговая сварка и наплавка в среде защитных газов. Схемы процесса дуговой сварки или наплавки в среде защитного газа показаны на рисунке 20. В зону горения дуги под небольшим давлением подается газ, который вытесняет воздух из этой зоны и защищает расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха. Сварку и наплавку в среде защитных газов можно вести как плавящимся (рис. 20, а), так и неплавящимся (рис. 20, б) электродом (обычно вольфрамовым), а присадочный материал вводится в зону дуги отдельно.

Неплавящиеся электроды широко применяются при сварке (наплавке) деталей из алюминия и его сплавов.

В качестве защитных газов применяют аргон, гелий (для сварки и наплавки всех металлов), азот (для сварки и наплавки меди и ее сплавов), углекислый газ (для сварки и наплавки стали и чугуна).

Полуавтоматическая наплавка в защитной средеуглекислого газа. Наплавку ведут постоянным током на обратной полярности плавящимся электродом. Подача электродной проволоки механизирована.

Рисунок 20 - Схема сварки (наплавки) в среде защитных газов:
а - плавящимся электродом; б - неплавящимся электродом;
1 - газовое сопло; 2 - плавящийся электрод; 3 - дуга; 4 - защитный газ; 5 - деталь;

6 - присадочный пруток; 7 - неплавящийся электрод

Газоэлектрическую горелку перемещают при наплавке вручную, применяя те же приемы, что и при ручной дуговой наплавке металлическим электродом. Рабочее напряжение при наплавке тонколистовых конструкций и деталей небольшого диаметра находится в пределах 17-22 В при диаметре проволоки 0,5-1,2 мм, и в пределах 28-32 В при диаметре проволоки 2,0-2,5 мм для более толстых листовых конструкций и деталей большего диаметра. Наибольшее распространение при сварке получили электродные проволоки марок Св-08ГС, Св-10ГС, Св-10ХГ2С, Св-ЮХГСА, а для наплавки - Нп-ЗОХГСА.

Сила сварочного тока зависит от диаметра и скорости подачи электродной проволоки. Для наиболее распространенных диаметров проволоки 0,8-2 мм при сварке стыковых соединений толщиной до 3 мм сила тока находится в пределах 70-180 А, а скорость подачи проволоки 170—260 м/ч. Меньшему значению диаметра проволоки соответствуют меньшие значения силы тока и скорости подачи. При наплавке режим несколько иной, чем при сварке. Так, при диаметре наплавляемой детали от 10 до 40 мм и диаметре проволоки 0,8-1,2 мм сила тока находится в пределах 75-95 А, а скорость подачи проволоки 175-250 м/ч. Первые значения соответствуют меньшим диаметрам проволоки и детали, а последние - большим. Рабочее давление углекислого газа в горелке находится в пределах 0,03-0,15 МПа (0,3-1,5 кгс/см2).

Установка для наплавки в среде углекислого газа состоит из газовой аппаратуры, полуавтомата для наплавки и источника питания током.

Газовая аппаратура состоит из баллона с газом, осушителя, подогревателя, газового редуктора, расходомера, шлангов и др. Полуавтоматы для наплавки применяют следующих марок: А-547Р, А-547У, А-537, А-929 и др.

Источниками тока могут быть сварочные преобразователи ПСГ-900 и ПСГ-500, а также выпрямители ВСС-300, ВСК-300 и др. Полуавтоматическую наплавку (сварку) в среде углекислого газа применяют для соединения деталей кабин, оперения, устранения трещин и отверстий на стальных деталях, заварки трещин в картерах коробок передач и других деталях из серого чугуна.

3.8 Полуавтоматическая аргонодуговая наплавка. Наплавку ведут постоянным током на прямой полярности или переменным током так же, как и при наплавке в среде углекислого газа.

Рисунок 21 -. Горелка для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом

Аргонодуговая наплавка неплавящимся электродом является одним из лучших способов наплавки алюминия и его сплавов. В качестве неплавящегося электрода преимущественно применяют вольфрамовые стержни диаметром от 0,8 до 6 мм. Проволока для наплавки (сварки) алюминия и его сплавов применяется диаметром 0,8-6 мм из чистого алюминия (Св-АВ00, Св-А1), из алюминиево-магниевого сплава (Св-АМг-3, АМг-5 и др.), из алю-миниево-марганцевого сплава (Св-АМц) и из алюминиево-крем-ниевого сплава (Св-АК-3, Св-АК-5 и др.). Дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью. Подача проволоки для наплавки (сварки) в зону горения дуги механизирована.

Сила тока принимается в зависимости от диаметра вольфрамового электрода и толщины свариваемой детали. При толщине свариваемой детали от 1 до 8 мм силу тока можно принять равной 40—50 диаметрам электрода, а при толщине от 6 до 12 мм - 50-60 диаметрам. Рабочее напряжение составляет 22-26 В.

Установка для наплавки (сварки) в среде аргона состоит из сварочного преобразователя постоянного тока (ПСУ-300, ПСУ-500), реостата, газоэлектрической горелки (АР-9, АР-10, ГРАД-200, ГРАД-400 и др.), механизма подачи проволоки, редуктора с расходомером газа и баллона с газом. Горелка для аргонодуговой наплавки (сварки) неплавящимся вольфрамовым электродом состоит из головки (рис. 21) и корпуса. К корпусу присоединяется кабель, в котором размещены шланг для аргона и токопровод.

Вольфрамовый электрод, размещенный в головке горелки, крепится при помощи цанговой втулки и закрывается колпаком 5. Поток аргона формируется вокруг электрода и зоны сварки (наплавки) соплом. Сварочная проволока подается в зону горения дуги в гибком шланге, который крепится к корпусу горелки. Расход аргона составляет от 2 до 12 дм3/мин.

Преимущества сварки и наплавки в защитных газах: стоимость наплавки (сварки) на 20% ниже, чем наплавки под слоем флюса; почти полная защита металла шва от окружающего воздуха; хорошая видимость открытой дуги обеспечивает точность наложения шва; меньше расход электродов, чем при ручной сварке (наплавке). В последнее время при ремонте деталей машин применяется плазменная, лазерная и высокочастотная сварка и наплавка.

Плазменная наплавка основана на том, что тугоплавкие жаропрочные и износостойкие покрытия различной толщины наносятся на деталь с помощью низкотемпературной плазмы.

Лазерная сварка - это сварка плавлением, при которой для местного расплавления соединяемых частей деталей используется энергия светового луча, полученного от оптического квантового генератора.

Высокочастотную сварку или наплавку ведут в индукторе токами высокой частоты на специальных высокочастотных установках.

При сварке и наплавке могут возникать следующие дефекты: подрезы, прожоги, непровары, пористость, трещины и шлаковые включения.

Контроль сварки и наплавки осуществляется внешним осмотром, замером швов, механическими испытаниями, химическим анализом, рентгеновским просвечиванием, а также ультразвуковой, люминесцентной, электромагнитной дефектоскопией и др. Обнаруженные дефекты подлежат исправлению.

Организация рабочих мест. Рабочие места для сварочных и наплавочных мест должны располагаться в отдельных помещениях или кабинах, изготовленных из металлических разборных щитов высотой 1,8-2,0 м. Участок сварки (наплавки) ремонтного предприятия обычно имеет несколько рабочих мест, каждое из них целесообразно специализировать с учетом технологических особенностей выполняемых работ. В качестве примера можно назвать следующие специализированные рабочие места: сварка чугунных деталей сложной конфигурации; сварка и наплавка деталей из цветных металлов и их сплавов; сварка и наплавка стальных деталей; сварка и наплавка рам; автоматическая дуговая сварка и наплавка под слоем флюса вибродуговая наплавка (рисунок 22).

Рисунок 22 - Планировка рабочего места для вибродуговой наплавки:
1 - источник тока; 2 - электродвигатель: 3 - щит с электроизмерительными приборами; 4 - кронштейн с кассетой; 5 - вентиляционная установка; 6 - бак для охлаждающей жидкости; 7 - консольный кран с электротельфером; 8 - шкаф; 9 - станок для наплавки; 10 - тумбочка для инструмента; Л - верстак; 12 - наплавочная головка; 13 - деревянный настил; 14 - стеллаж; 15 - верстак с вертушкой для перемотки проволоки

Оборудование участка следует размещать так, чтобы создать удобство в обслуживании и затрачивать минимальное количество движений в процессе работы. Стены и потолок участка наплавки должны быть окрашены в светлые тона. Норма освещенности рабочего места должна составлять не менее 150 Лк. Участок должен быть оборудован местной вытяжной вентиляцией, стеллажами для деталей и подъемно-транспортным оборудованием. Проходы между оборудованием должны быть не менее 1,5 м.

Вопросы организации и оборудования рабочих мест сварки и наплавки должны решаться в каждом конкретном случае в зависимости от типа и мощности ремонтного предприятия, его производственных возможностей, объектов ремонта, принятой технологии, санитарных норм, техники безопасности и других факторов.

Поиск по сайту: