2 Відновлення деталей зварюванням та наплавленням

2.1 Технологічні способи відновлення деталей зварюванням

Найбільш широко використовують дугове зварювання з метою відновлення деталей.

Розрізняють два різновиди дугового зварювання: за способом М.М. Бенардоса – вугільним електродом з введенням у зону дуги присадного електродного дроту і за способом М.Г. Славінова – металевим електродом. Останній спосіб більш поширений. Дугове зварювання можна виконувати на змінному і постійному струмах.

При зварюванні на постійному струмі отримується зварний шов вищої якості. Через простоту та дешевизну обладнання зварювання частіше проводиться змінним струмом.

Рисунок 2.1 – Класифікація видів наплавлення

2.1.1 Електрична дуга між електродами

Властивості електродної дуги – електродна дуга являє собою потік електронів та іонів, який виникає між двома електродами.

Безперервне виділення теплоти на кінці електрода викликає його плавлення. Зварювальна дуга безперервно замикається краплями металу, які стікають з кінця електрода з швидкістю від 20 до 30 крапель за секунду.

Процес плавлення складається з повторюваних циклів, кожен з яких має період горіння дуги і коротке замикання краплями, що стікають.

Під час зварювання на постійному струмі розрізняють зварювання при прямій і зворотній полярності. При прямій полярності деталь є анодом "+". При зворотній полярності деталь є катодом "–". Зворотна полярність застосовується у тих випадках, коли необхідно отримати менше нагрівання зварюваного металу (наприклад, холодне зварювання чавуну). Температура електричної дуги від 6000 до 7000 °С.

При електродуговому зварюванні постійним струмом баланс тепла розподіляється наступним чином: на аноді виділяється приблизно 43 % тепла, на катоді – 36 %, а на зварювальній дузі – 21 %.

При зварюванні змінним струмом на катоді і аноді виділяється приблизно однакова кількість тепла.

2.1.2 Способи розробки кромок При стиковому з'єднанні розроблення кромок залежить від товщини зварюваного листового матеріалу.

У залежності від положення у просторі шви поділяються на нижні, вертикальні і стельові.

Рух електрода. Під час накладання зварного шва зварник надає електроду три основні рухи:

- подає електрод вниз для підтримання постійної довжини дуги.

- пересуває електрод вздовж шва з метою заповнення розчищеного шва розплавленим металом.

- здійснює кінцем електрода поперечні рухи для отримання валика шва потрібної величини.

Обладнання. При роботі на змінному струмі джерелом живлення є зварювальні трансформатори, які поділяються на дві групи: з дроселем (додаткова реактивна котушка); з підвищеним магнітним розсіюванням. Силу зварювального струму регулюють індуктивним опором, який залежить від величини зазору дроселя. При чому ця залежність обернено пропорційна. Із збільшенням зазору індуктивний опір зменшується, а сила струму зростає.

Потужність однопостових зварювальних трансформаторів коливається у межах від 9 кВА (типу ТС– 120) до 180 кВА (типу ТСД – 2000). Найбільш поширені трансформатори типів ТС – 300; ТС – 500; ТСК – 300; СТН – 350; СТН – 500. Вони мають первинну напругу від 220 до 380 В; вторинну від 60 до 70 В; номінальний зварювальний струм від 300 до 500 А.

Джерелами постійного струму є зварювальні генератори і зварювальні випрямлячі.

Під час зварювання на змінному струмі з метою підвищення стійкості горіння дуги і полегшення її запалювання застосовують осцилятори – генератори струмів високої частоти.

Зварювальні випрямлячі мають жорстку вольт–амперну характеристику. Випрямлячі випускають типів ВС – 300; ВС – 600; ВДУ – 504; ВДУ – 1001; ВДУ – 1601.

Номінальний зварювальний струм від 300 до 1600 А. Під час зварювання і наплавлення стальних деталей застосовують електроди із стального дроту діаметром від одного до 12 мм. Довжина електроду з дроту діаметром до 3 мм становить 350 мм, а діаметром більше 3 мм – 450 мм.

Для зварювання маловуглецевих сталей застосовують електродний дріт марки Св – 08.

Для зварювання спеціальних сталей застосовують легований електродний дріт.

Зварювання непокритим електродом застосовується дуже рідко, оскільки дуга горить нерівномірно, а зварний шов неякісний. З метою усунення цих недоліків на електродний дріт наносять покриття, які поділяються, на, тонкі (іонізуючі, стабілізуючі) і товсті (якісні). Покриття складаються в основному із крейди 80 % та рідкого скла 20 %. Товщина цих покрить для типу тонких складає від одного до двох відсотків від маси металевого стержня (від 0.15 до 0.4 мм на сторону). Товсті якісні покриття наносять шаром від 0.5 до 3.0 мм на сторону і вони складають від 20 до 45 % від маси електродного стержня. Ці покриття крім основних компонентів містять у собі речовини: шлакоутворювачі (титановий концентрат, плавиковий шпат, марганцеву руду та інші), які захищають розплавлений метал від дії повітря; газоутворюючі (крохмаль, целюлоза та інші).

Склад покриття умовно позначають буквою:

Р – руднокисле;

Т – рутилове;

Ф – фтористокальцієве;

О – органічне.

За міцністю зварного з'єднання електроди поділяються на ряд типів від Е – 34 до Е – 145. Цифра вказує на граничний опір розриву кгс/мм² (МПа).

Від Е – 34 до Е – 70 електроди виготовляють із стального низьковуглецевого дроту Св – 08; до Е – 145 із стального легованого дроту. До кожного типу електродів належать електроди кількох марок. Наприклад до типу електродів Е – 42 належать електроди марок ОЗЦ –1, ОММ –5, до типу Е – 46 електроди марок ОЗС –4, АНО –3, АНО –4. Додавання букви А до позначення типу електрода (Е –46А) говорить про те, що наплавлений шов має підвищену пластичність.

Умовне позначення електрода містить марку і тип електрода, його діаметр, вид складу покриття і номер стандарту.

Наприклад УОНИ –13/45–Е–42А–5–Ф ГОСТ 9467–75, де марка електрода УОНИ –13/45, тип Е –42А – підвищені властивості пластичності, діаметр електродного стержня 5 мм, покриття фтористокальцієвого типу – Ф, номер стандарту за яким стандартизовано даний електрод – ГОСТ 9467–75.

Для наплавлення випускають спеціальні наплавні електроди, позначення яких ЕН–14Г2–30, яке розшифровується, як електрод наплавний з вмістом вуглецю 0.14 % ; хрому – до 1 %. Твердість наплавленого шару – НRСэ 30.

Вказівки на твердість наплавленого шару іноді містяться в позначенні марки електрода ОЗН–250; ОЗН–300; ОЗН–400. Ця марка електрода широко застосовується для наплавлення автотракторних деталей.

Для одержання наплавленого шару високої твердості застосовують електроди марок Т – 540; Т – 520; Т – 620. Електроди Т – 540 забезпечують твердість наплавленого шару у межах НRС_э 35...45, а після термічної обробки твердість НRС_э 57...60.

Для деталей, які працюють в умовах абразивного зношування широко використовують при відновленні електроди марок ЦС – 1 і ЦС – 2, стержні яких відповідно вилиті з сплаву, який отримав назву сормайт № 1 та № 2. У таблиці 2.1 наведено процентний вміст елементів у сормайтах.

Таблиця 2.1 – Хімічний склад стелітоподібних сплавів

Назва сплаву	Сг	Ni	С–марг.	Sі–Г	вуг.У	НRС
сормайт №1	25...31	3–5	1.5	2.8...4.2	2.5...3	50.5...55
сормайт №2	13... 17.1	1	1.3...2.2	1.5...2.2	1.5...2	41.5...46.5

Для одержання наплавлених шарів високої твердості і стійкості проти спрацювання застосовують також порошкові електроди – трубчаті стержні діаметром від 2 до 8 мм з маловуглецевої сталі з порошковим наповнювачем із твердих сплавів (сормайт, карбід вольфраму, феросплави). Марки порошкових електродів ЕТН – 1, ЕТН – 2, БТН – 3, ЕТН – 4.