2.1 Типы дефектов составных частей
ГРУЗОВОЙ ТЕЛЕЖКИ ЦНИИ-Х3
1) поперечные поверхностные трещины;
2) продольные и наклонные поверхностные трещины;
3) поперечные подповерхностные дефекты;
4) продольные и наклонные подповерхностные дефекты;
5) поперечные трещиновидные литейные дефекты;
6) продольно-наклонные трещиновидные дефекты;
7) истечение срока службы;
8) несоответствие табличным размерам;
9) наплавка, сварка в местах запрещенных при ремонте.
3 Краткая характеристика метода ремонта и
ПРИМЕНЯЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Для ремонта подпятника принимаю метод наплавки под слоем флюса.
Этот вид восстановления вагонных деталей пока уступает наплавке порошковой проволокой и наплавке в среде углекислых газов и составляет около 10% в общем объеме механизированных способов сварки и наплавки. Широкие перспективы наплавки под слоем флюса связаны с последними работами в этой области по восстановлению интенсивно изнашиваемых узлов (пятник-подпятник, фрикционный клин - надрессорная балка), а также по восстановлению профиля катания колеса наплавкой.
Наплавку производят голой электродной проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом - головкой автомата, а сама зона сварки находится под слоем флюса. Основным назначением флюса является защита расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. Кроме того, флюс должен обеспечивать правильную форму шва, надлежащий химический состав металла шва, высокие механические свойства наплавленного изделия, устойчивость процесса сварки, легкую удаляемость шлаковой корки с поверхности шва. В процесса сварки флюсы не должны выделять в большом количестве вредные газы и дымы, которые могут отравить работающих.
Флюсы подразделяются на плавленые, керамические и флюсы-смеси.
Наибольшее распространение получили плавленые флюсы. Для наплавки углеродистых и низколегированных сталей применяются в основном высоко-кремнистые марганцовые флюсы ОСЦ-45 и АН-348. Первый малочувствителен к ржавчине на поверхности основного металла и обеспечивает получение плотных швов, стойких против образования трещин. К недостаткам флюса следует отнести высокое содержание фтора, выделение которого требует эффективной вентиляции. Флюс АН-348 обеспечивает несколько большую устойчивость горения дуги и выделяет меньше вредностей из-за пониженного содержания фтористого кальция, но более чувствителен к коррозии. Известны и другие плавленые флюсы, например АН-20, АН-28, АН-60.
По структуре плавленые флюсы делятся на стекловидные, пемзовидные (пористые) и кристаллические. Стекловидные имеют светло-серый, желтый и коричневый цвета разных оттенков. Зерна пемзовидного флюса светлых оттенков. Стекловидный флюс по сравнению с пемзовидным обеспечивает более совершенную защиту зоны сварки от действия воздуха. Для сварки проволокой диаметром менее 3 мм применяют стекловидный флюс с размерами зерен 0,25-1мм.
Керамические флюсы АНК-18, АНК-19,К-11, КВС-19 кроме стабилизирующих и шлакообразующих элементов содержат легирующие добавки ферросплавы, обеспечивающие высокую твердость и износостойкость наплавленного металла.
Основными параметрами режима сварки являются сварочный ток и диаметр электродной проволоки, напряжение на дуге и скорость ее перемещения.
Влияние сварочного тока проявляется в том, что с его увеличением растет и глубина провара и доля участия основного металла в металле шва. Обратная зависимость наблюдается при увеличении диаметра проволоки. Напряжение дуги почти не влияет на глубину проплавления, но с ее увеличением увеличивается подвижность дуги, а вместе с ней возрастает ширина шва и снижается его выпуклость. С увеличением скорости перемещения дуги увеличивается горизонтальная составляющая давления дуги на расплавленный металл сварочной ванны, жидкий металл из-под дуги вытесняется, и глубина проплавления возрастает, несмотря на уменьшение погонной энергии. Это приводит к сокращению площади шва и увеличению доли участия основного металла в металле шва.
На форму и размеры шва влияют и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, марка и структура флюса.
Влияние рода тока и полярности на форму шва объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на катоде и аноде. При сварке под флюсом на аноде выделяется меньше теплоты, чем на катоде, и поэтому при прямой полярности глубина провара на 40-50% меньше, чем при обратной. В тоже время глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке на переменном токе.
Влияние наклона электрода сказывается на изменении положения дуги. Так, при наклоне электрода углом назад происходит более интенсивное вытеснение металла сварочной ванны, несколько увеличивая при этом глубину провара. Этот метод применяют редко. В основном наплавку ведут при наклоне электрода углом вперед.
Изменение вылета электрода и марки флюса приводит к изменению условий выделения теплоты. Увеличение вылета электрода ведет к усилению предварительного подогрева электрода током и к увеличению скорости его плавления. Суммарное напряжение при этом несколько увеличивается, а сварочный ток и глубина провара уменьшаются.
Состав и строение флюса оказывают влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной, в результате чего уменьшается давление в газовом пузыре, что увеличивает толщину прослойки под дугой и уменьшает глубину проплавления (валик низкий и широкий с плавным переходом к основному металлу).
Стекловидный флюс увеличивает глубину проплавления. Крупнозернистый флюс дает более широкий валик и меньшую глубину проплавления, чем мелкозернистый.
При наплавке следует стремиться к тому, чтобы припуск на обработку не превышал 1,5-2 мм, т.е. поверхность должна быть достаточно ровной без значительных наплывов и провалов между валиками. Это достигается определенным соотношением между током и напряжением (рис. 4).
U,В
Р ис.4. Область оптимальных 30
р
ежимов
наплавки, обеспечи-
в
ающих
ровную поверхность
н
аплавленного
слоя
20
200 400 600 I,А
При наплавке плоских поверхностей небольшой ширины, например, клина гасителя колебаний или пятника, приходится ограничивать стекание шлака и металла в процессе наплавки дополнительными устройствами. При наплавке цилиндрической поверхности детали небольшого диаметра (например, шпинтоны, цапфы триангеля) следует учитывать возможность стекания жидкого металла. Это ограничивает выбор режима по току и напряжению. С учетом длины сварочной ванны необходимо выбирать величину смещения электрода с "зенита" в сторону, противоположную направлению вращения детали. Для деталей малого диаметра, где формирование валиков практически не удается, наплавку ведут самозащитной проволокой или в защитной среде углекислого газа.
Расчет режима наплавки производят в следующей последовательности:
а) Выбирают диаметр электродной проволоки в зависимости от величины износа или диаметра детали.
б) Определяют сварочный ток по формуле
I = i Fпр,
где i - плотность тока, А/мм. i= 35-160А/мм2;
Fпр - площадь поперечного сечения проволоки, мм2.
в) Скорость подачи проволоки (см/с) находят по формуле
V = 100 ά рI / Fпр ρ ,
где ά р- коэффициент расплавления,г/А с;
ρ - плотность металла шва, г/см 3.
г) Коэффициент расплавления определяют в зависимости от рода тока по формулам
- для переменного тока
α р= (19 + 0,1 I/d ) 10 -4,
- для постоянного тока прямой полярности
α р= ( 5,5 + 2,8 I/d ) 10 -4 .
д) Скорость наплавки (см/с) определяется соотношением
V = αн I / Fш ρ ,
где α н - коэффициент наплавки. αн = α р(1 - 0,01Ψ);
Ψ - коэффициент потерь. Принимается менее 3%;
Fш - площадь сечения шва, см2.
Значительное повышение производительности наплавочных работ можно получить при сварке двумя проволоками и более. Если все проволоки присоединены к одному полюсу источника питания, процесс называют многоэлектродным (до 6 электродов); при присоединении каждого из электродов к отдельному источнику питания, процесс называют многодуговым. Возможно питание и по трехфазной схеме, когда одну из фаз подводят к изделию, а две других - к электродам.
Значительное повышение производительности автоматической сварки может быть достигнуто при введении в сварочную ванну дополнительного присадочного металла, не несущего электрического заряда и подаваемого в зону дуги дополнительно к основному присадочному металлу - плавящемуся электроду. Это может быть как сплошной материал (проволока, лента), так и сыпучий (порошок, рубленая проволока и др.).
Введением в сварочную ванну металлической крупки из сварочной проволоки диаметром 0,8-2 мм достигается перераспределение тепловой мощности и существенно уменьшается количество теплоты, поглощаемой основным металлом, его доля в металле шва уменьшается. Меньше перегревается изделие, повышается его стойкость против трещин. Повышается производительность процесса.
В ряде случаев в вагонных депо используют в качестве электрода вырезанную по шаблону металлическую пластину толщиной 3-4 мм. Эту пластину накладывают на изношенную поверхность под слой флюса и ведут процесс наплавки путем искусственного возбуждения дуги.
Известно также применение пластинчатых электродов при наплавке изношенных поверхностей корпуса автосцепки.
Сварочная проволока
Выпускают 77 марок сварочной проволоки разного химического состава и назначения, в том числе шесть для низкоуглеродистой и тридцать для низко и среднелегированной. Условное обозначение сварочной проволоки состоит из буквенного индекса "Cв" (сварочная), затем пишут марку проволоки, включающую среднее содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, следующие за буквенным обозначением химических элементов, указывают на среднее содержание их в процентах.
Если проволока поставляется с омедненной поверхностью, то после марки проволоки ставят букву "О". Буква "Э" означает, что проволока предназначена для изготовления электродов. Буквы "Ш", "ВД", или "ВИ" означают, что проволока изготовлена из стали, выполненной электрошлаковым или вакуумно-дуговым переплавом или в вакуумно-индукционных печах.
Инструкцией для сварки низкоуглеродистых сталей предусмотрено использование проволоки: Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10ГА, Св-10Г2. Для легированных сталей предлагаются проволоки Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-08Г2СЦ, Св-15ГСТЮЦА, причем последняя может быть использована без защиты.
Порошковая проволока классифицируется по основному назначению, способу защиты, возможности сварки в различных пространственных положениях, механическим свойствам, типу сердечника (ГОСТ 26271-84).
Проволока предназначена для механизированной и автоматической сварки в условиях, оговариваемых в характеристиках марки проволоки. Эти сведения приводятся в справочных изданиях. Здесь же приводятся и способы защиты и условия по использованию проволоки данной марки.
При упоминании проволоки обычно пользуются обозначением ее марки, например ПП-АН3, что может служить лишь опознанием признака проволоки (порошковая) и ее условного номера. Более подробные сведения заключены в условном обозначении проволоки, соответствующей структурной классификации для порошковой проволоки.
Согласно принятой классификации указывают следующее: тип проволоки (требующая дополнительной защиты - ПГ, самозащитная - ПС), характеристику прочности наплавляемого металла по гарантируемому пределу прочности, в том числе и по величине предела текучести (кг/мм2), состав наплавленного металла (категория) и уровень температуры, при которой обеспечивается ударная вязкость металла шва не ниже 35 Дж/см2, а также допускаемые пространственные положения, например Н - нижнее и горизонтальное на вертикальной плоскости, В – вертикальное, нижнее и горизонтальное, Г - горизонтальные швы, В – вертикальные швы, Т - все положения. Критическая температура перехода к хрупкому состоянию металла шва, характеризуемое значениями ударной вязкости менее 35 Дж/см, определяется следующими цифрами: +20°С - 0; 0°С - 1; -20°С - 2; -30°С - 3; -40°С - 4; -50°С - 5. Если в обозначении стоит буква Д, то требования к проволоке не регламентированы и ее можно применять только для неответственных конструкций.
Так, обозначение ПП-АН 3,0 ПС-А2Н ГОСТ 20271-84 означает: порошковая проволока марки ПП-АН3 диаметром 3,0 мм, самозащитная, по величине предела текучести металла шва - типа 440 МПа по составу наплавляемого металла – категория А, ударная вязкость металла шва не ниже 35 Дж/см2 при температуре -20°С (код 2), для сварки в нижнем положении (Н).
Проволоки отличаются друг от друга составом шихты и диаметром. Это предопределяет их различные сварочно-технологические характеристики.
Основу сердечника составляют шлакообразующие. Для проволок, предназначенных для сварки в углекислом газе - это смесь окислов титана и кремния (рутиловый тип покрытия) или смесь окислов титана и фтористого кальция (рутил-флюоритный тип покрытия). К первым относятся проволоки марки ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН21, ПП-АН22. Ко вторым - проволоки марки ПП-АН4, ПП-АН9 для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых, а также низколегированных сталей повышенной прочности. Применение этой группы покрытий повышает требования к вентиляции рабочих помещений из-за выделений фтора.
Покрытия самозащитных проволок относят к карбонатно-флюоридному типу. Это проволоки марок СП-2, СП-3, СП-5, СП-8, ПП-АН3, ПП-АН7 и др. Во время сварки самозащитной проволокой необходимо предотвращать любую возможную причину колебания режима сварки: нестабильную подачу проволоки, неправильное манипулирование электродом, значительные колебания сетевого напряжения, использование изношенного токоподводящего мундштука.
Перед сваркой порошковые проволоки рекомендуется прокаливать при температуре 230-250°С в течение двух часов. Сварка непрокаленной проволокой производится при увеличенном вылете электрода (40-60 мм), для чего сопло следует установить так, чтобы часть этого вылета проволоки располагалась внутри сопла и расстояние от токоподводящего наконечника до среза сопла была 15-25 мм.
Флюсы
При сварке и наплавке под флюсом его состав полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги, а взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства шва.
Применительно к углеродистым сталям качественный шов можно получить при следующем сочетании флюсов и сварочной проволоки:
а) плавленный марганцевый, высококремнистый флюс и низкоуглеродистая или марганцевая проволока;
б) плавленный без марганцевый, высококремнистый флюс и низкоуглеродистая марганцовистая сварочная проволока;
в) керамический флюс и низкоуглеродистая проволока.
Для сварки углеродистых сталей обыкновенного качества (ГОСТ 380-71), углеродистых качественных конструкционных сталей (ГОСТ 1050-74), углеродистых и легированных сталей для котлов и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520-79) и низколегированных конструкционных сталей (ГОСТ 19282-73) должны применяться плавленые флюсы марок АН-348А, ОСЦ-45 в сочетании с проволоками Св-08, Св-08А, Св-08ГА, СВ-10Г2 и др.
Этой же инструкцией предусмотрено сочетание керамических флюсов марок К-1, К-2, К-3, К-11, КВС-19 в сочетании с проволоками Св-08, Св-08А и флюса АНК-30 в сочетании с проволоками Св-10Г2, Св-10ГА.
Плавленые высокомарганцовистые флюсы ОСЦ-45 и АН-348 обеспечивают раскисление металла шва окислами марганца и кремния. Присутствие последнего вызывает некоторое снижение пластических свойств металла шва. Для придания шлаку жидкотекучести, уменьшения температурного интервала затвердевания шлака и снижения чувствительности металла к влаге в состав флюса вводят фтористый кальций, что с одной стороны снижает чувствительность флюса к наличию серы и ржавчины в свариваемом металле, а с другой понижает стабильность горения дуги и служит источником образования вредных фтористых газов. Для повышения стабильности дуги при питании ее переменным током необходимы источники с повышенным напряжением холостого хода (не ниже 60-70В).
Формирующая способность флюса зависит от его грануляции, поскольку она определяет газопроницаемость флюса. Поэтому с увеличением мощности дуги используют более крупнозернистый флюс. Так, флюсы ОСЦ-45 и АН-348 с размером зерна 0,35-3 мм предназначены для автоматической сварки проволокой диаметром 3 мм и более, а при размерах зерна 0,25-1,6мм (в этом случае маркировка флюсов имеет вид ОСЦ-45М и АН-348М) их применяют с проволокой диаметром менее 3 мм.
Влажность флюса не должна превышать 0,1%. Отсыревший флюс вызывает пористость металла и поэтому перед использованием должен быть просушен в течение 2-2,5 час при температуре 250-300°C.