10. Газовая сварка
При газовой сварке расплавление основного и присадочного металла осуществляется за счет тепла, которое выделяется при сгорании в атмосфере кислорода горючих газов или паров бензина или керосина в специальных горелках. Регулируя соотношение горючих веществ и кислорода, можно получить различные виды пламени: нормальное (восстановительное), окислительное и науглероживающее и за счет этого выполнять сварку без дополнительных покрытий или флюсов. Применяют газовую сварку, главным образом, при небольших объемах работ, изготовлении тонкостенных изделий, трубопроводных и сантехнических работах и т.д.
10.1 Газы для газопламенной обработки, их свойства и условия хранения.
Для сварки применяются горючие вещества, свойства которых приведены в табл. 10.1, а возможности их использования при сварке различных материалов приведены в табл. 10.2.
Наибольшая температура достигается при сгорании газов в атмосфере кислорода - газообразного 1,2,3 сорта согласно ГОСТ 5583-78 и жидкого 1 и 2 сорта по ГОСТ 6331-78.
10.1 Свойства горючих газов, их заменителей, кислорода и условия их хранения
Вещество |
Максимальная температура пламени, ˚С |
Состояние вещества в ёмкости |
Рабочее давление, МПа |
Цвет ёмкости |
Резьба присоединительного штуцера |
|
С воздухом |
С кислородом |
|||||
Ацетилен |
2325 |
3150 |
Растворённый |
2,5 |
Белый |
Присоединяется хомутом |
Водород |
- |
2400-2600 |
Сжатый |
15 |
Тёмно – зелёный |
Ø21,8 мм, 14 ниток на 1//, левая |
Метан |
1875 |
2400-2500* |
-»- |
15 |
Красный |
-»- |
Пропан |
1925 |
2700-2800* |
Жидкий |
1,6 |
-»- |
-»- |
Бутан |
- |
2400-2500 |
-»- |
1,6 |
-»- |
-»- |
Керосин |
1930 |
2400-2450 |
-»- |
0,3** |
Шаровый |
М12 |
Бензин |
1970 |
2500-2600 |
-»- |
0,3** |
-»- |
М12 |
Кислород |
- |
- |
сжатый |
15 |
Голубой |
3/4//, правая |
* - При подогреве смеси
** - В бачке
10.2 Возможность использования различных горючих веществ для газовой сварки материалов
Свариваемые материалы |
Ацетилен |
Водород |
Природный и городской газ |
Пропанобутановые смеси |
Керосин, бензин |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Низкоуглеродистые стали |
+ |
+ |
+ - |
+ |
+ |
Легированные и высоколегированные стали |
+ |
+ |
- |
- |
- |
Чугуны |
+ |
+
|
+ |
+ |
+ |
Продолжение табл.10.2 |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
Алюминий и его сплавы |
+ |
+ - |
+ - |
+ |
+ |
Магниевые сплавы |
+ |
- |
+ - |
+ |
+ |
Медь |
+ |
- |
- |
- |
- |
Латуни |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Бронзы |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Никель, нихром |
+ |
- |
- |
- |
- |
Свинец |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Цинковые сплавы |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Серебро |
+ |
- |
- |
- |
- |
Стекло |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
Примечание: 1. «+», «-», «+-» - использование данного горючего газа целесообразно, нецелесообразно и ограничено соответственно.
2. Для сварки используется осветительный керосин. При работе на тракторном керосине сварочная аппаратура забивается смолистыми веществами
10.2 Оборудование и аппаратура для сварки
Основным инструментом газосварщика является сварочная горелка- устройство для смешивания горючего газа или паров горючей жидкости с кислородом и создания сварочного пламени (табл. 10.3). Технические характеристики безинжекторных и инжекторных горелок согласно ГОСТ 1077-79 приведены в табл. 10.4 и 10.5, сварочных горелок, работающих на газах - заменителях ацетилена,- в табл. 10.6.
Кроме, того практикуется использование специальных комплектов для сварочных и резательных работ (табл. 10.7).
10.3 Универсальные ацетилено – кислородные горелки
Тип горелки* |
Модель горелки* |
Номера наконечников |
Масса, кг, не более |
Внутренний диаметр присоединительного рукава, мм |
Г1 (микромощности) |
ГС – 1 |
000; 00;0 |
0,4 |
4 |
Г2 (малой мощности) |
Г2 – 04 |
0;1;2;3;4 |
0,7 |
6 |
Г3 (средней мощности) |
Г3 – 03 |
1;2;3;4;5;6;7 |
1,2 |
9 |
Г4 (большой мощности) |
ГС - 4 |
8;9 |
2,5 |
9 |
* - Горелка типа Г1 – безинжекторные, остальных типов – инжекторные.
* - Горелка ГС – 4 предназначена для подогрева. Горелка Г2 – 04 по конструкции подобрана ранее выпускающимся горелкам Г2-02, «Звёздочка», «Малютка».
10.4 Техническая характеристика безинжекторных горелок типа Г1
Номер наконечника |
000 |
00 |
0 |
Толщина свариваемой низкоуглеродистой стали, мм |
До 0,1 |
0,1-0,2 |
0,2-0,6 |
Расход, л/час |
|||
Ацетилена |
5-10 |
10-25 |
25-60 |
Кислорода |
6-11 |
11-28 |
28-65 |
Давление на входе в горелку, МПа |
|||
Ацетилена |
0,01-0,1 |
||
Кислорода |
0,01-0,1 |
||
10.5 Технические характеристики инжекторных горелок
Параметр |
Номер наконечника |
|||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Толщина свариваемой низко-углеродистой стали, мм |
0,2-0,5 |
0,5-1 |
1-2 |
2-4 |
4-7 |
7-11 |
11-17 |
17-30 |
30-50 |
Свыше50 |
Расход, л/час |
||||||||||
Ацетилена |
40-50 |
65-90 |
130-180 |
250-350 |
420-600 |
700-950 |
1130-1500 |
1800-2500 |
2500-4500 |
4500-7000 |
Кислорода |
40-55 |
70-100 |
140-200 |
270-380 |
450-650 |
750-1000 |
1200-1650 |
2000-2800 |
3000-5600 |
4700-9300 |
Давление на входе в горелку, МПа |
||||||||||
Ацетилена |
0,001-0,1 |
0,01-0,1 |
0,03-1 |
|||||||
Кислорода |
0,15-0,3 |
0,2-0,3 |
0,2-0,35 |
0,25-0,5 |
||||||
10.6 Горелки сварочные на газах – заменителях ацетилена
Марка * |
Номер наконечника |
Расход, дм3/ч |
Давление, МПа |
Толщина сваривае-мого металла, мм |
|||
пропан- бутана |
природного газа |
кислорода |
горючего газа |
кислорода |
|||
ГЗУ - 3 |
1 |
25-60 |
70-170 |
105-260 |
0,003 |
0,1-0,4 |
0,5-1,5 |
2 |
60-125 |
170-360 |
260-540 |
0,003 |
0,15-0,4 |
1,5-2,5 |
|
3 |
125-200 |
360-560 |
540-840 |
0,003 |
0,2-0,4 |
2,5-4 |
|
4 |
200-335 |
560-940 |
840-1400 |
0,003 |
0,2-0,4 |
4-7 |
|
ГЗУ - 4 |
5 |
400-650 |
1020-1650 |
1350-2200 |
0,02 |
0,2-0,4 |
- |
6 |
650-1050 |
1650-2700 |
200-3600 |
0,02 |
0,2-0,4 |
- |
|
7 |
1050-1700 |
2700-4500 |
3600-5800 |
0,02 |
0,2-0,4 |
- |
|
ГД-Д1 |
- |
1100-1300 |
- |
- |
0,1-0,15 |
- |
- |
* - горелка ГЗУ – 3 универсальная, ГЗУ – 4 – для сварки чугуна и цветных металлов (кроме меди), а также наплавки, пайки, нагрева. ГД – Д1 - газовоздушная горелка с максимальной температурой нагрева до 700 оС, массой 0.35 кг.
10.7 Газосварочные комплекты
Марка |
Толщина стали, мм |
Габаритные размеры, мм |
Масса, кг |
|
свариваемой |
разрезаемой |
|||
КГС – 1-72 |
0,5-7 |
3-50 |
326*240*78 |
3,45 |
КГС – 2А |
2-17 |
3-70 |
426*275*75 |
4,85 |
Примечание. В состав комплекта КГС-1-72 входят горелка Г2-04 и резак вставной РГМ-70, комплекта КГС-2А – горелка Г3-03 и резак вставной РГС-70. В оба комплекта входят сменные наконечники, мундштуки и футляр.
Для питания горелок ацетиленом кроме баллонного газа используют передвижные генераторы (табл.10.8). В зависимости от размеров кусков карбида кальция выход ацетилена составляет 210 – 375 л/ час при времени разложения 5-13 мин.
10.8 Технические характеристики передвижных генераторов ацетилена
Марка |
Наибольшее давление, МПа |
Одновременна загрузка карбидом кальция, кг |
Габариты, мм |
Масса пустого генератора, кг |
АСП – 1,25-7 |
0,15 |
3,5 |
420х350х960 |
20 |
АСП -10 |
0,15 |
3,2 |
400х500х1000 |
16,5 |
АСК – 1-67 |
0,07 |
22 |
1525х900х1500 |
200 |
АСК-3-74 |
0,15 |
50 |
1850х1350х1715 |
570 |
АСК-4-74 |
0,07 |
50 |
2350х1350х570 |
570 |
В стационарных условиях пользуются специальными газоразборными постами (табл. 10.9)
10.9 Технические характеристики газоразборных постов.
Подаваемый газ |
Марка |
Пропускная способность, м3/час |
Давление газа, МПа |
Масса, кг |
|
На входе |
На выходе |
||||
Кислород |
ПГК- 10-73 |
10 |
0,2-1,6 |
0,01-0,5 |
8 |
ПГК- 40-73 |
40 |
0,3-15 |
0,1-0,5 |
8,4 |
|
ПГК- 90-72 |
90 |
1-3,5 |
0,3-1,6 |
38 |
|
Ацетилен |
ПГА – 3,2-70 |
3,2 |
До 0,07 |
- |
14,2 |
Ацетилен и его заменители |
ПГУ - 5 |
5 |
0,03-0,15 |
- |
- |
Сварка с использованием флюса выполняется с помощью специального поста УФП-1, который осуществляет подачу в пламя горелки паров флюса БМ-1, при сгорании которых образуется флюсовое вещество - оксид бора
Пост УФП-1 включает газораздаточные посты ПГУ-5 и ПГК-10, флюсопитатель ФГФ-3, осушитель ацетилена ОАФ-3, экономизатор и рукава. Наибольший расход кислорода и ацетилена - 3,2 м3/час, флюса - (30-100) г на 1м3 горючего газа, емкость резервуара флюсопитателя - 5,2 л., масса силикагеля в осушителе - 5,3 кг.
Для мелких работ используют переносные установки, например ПГУ-3 (табл. 10.10).
10.10 Переносная установка ПГУ-3 для сварки, пайки и резки металлов
Наибольшая толщина стали, мм |
||
Свариваемой |
4 |
|
Разрезаемой |
12 |
|
Расход, м3/час |
||
Кислорода при сварке |
0,05-0,84 |
|
Кислорода при резке |
2-3 |
|
Пропан - бутана |
0,025-0,2 |
|
Давление, МПа |
||
Кислорода при сварке |
0,05-0,4 |
|
Кислорода при резке |
0,3-0,4 |
|
Пропан - бутана |
До 0,003 |
|
Вместимость баллонов, л |
||
Кислородного |
5 |
|
Пропан - бутанового |
4 |
|
Габаритные размеры |
420*280*560 |
|
Масса, кг |
22 |
|
К баллону присоединяется редуктор для снижения давления газа до рабочего значения; его тип выбирается в зависимости от заданного расхода газа (табл. 10.11, 10.12).
10.11 Редукторы на малые расходы газа (для сварки горелки ГС – 1 с наконечником 000,00,0)
Марка редуктора |
ДКП-1-70 |
ДАП-1-70 |
Редуцируемый газ |
Кислород |
Ацетилен |
Давление газа, МПа |
|
|
наибольшее на входе |
20 |
3 |
рабочее наибольшее |
0,3 |
0,1 |
рабочее наименьшее |
0,02 |
0,02 |
Расход газа, м3/час |
0,01-1 |
0,01-0,5 |
Масса редуктора, кг |
2,3 |
2,6 |
10.12 Редукторы для газопламенной обработки
Типоразмер редуктора |
Наибольшее давление газа, МПа |
Рабочее давление, МПа |
Масса редуктора, кг, не более |
Основные марки редукторов |
|
наибольшее |
наименьшее |
||||
БКО-3 |
20 |
0,5 |
0,1 |
2 |
|
БКО-25 |
0,8 |
2,5 |
БКО-25-1 |
||
БКО-50 |
1,2 |
2,8 |
ДКП-1-65 |
||
БКО-100 |
1,2 |
3,5 |
- |
||
БКО-200 |
1,2 |
4,5 |
- |
||
БКД-25 |
20 |
0,8 |
0,5 |
4 |
ДКД-8-65 |
БКД-50 |
1,2 |
0,1 |
4 |
ДКД-15-65 |
|
БАО-2 |
2,5 |
0,12 |
0,01 |
2 |
- |
БАО-5 |
0,12 |
3 |
ДАП-1-65 |
||
БАД-5 |
0,12 |
4 |
ДАП-1-65 |
||
БПО-5 |
0,3 |
2,6 |
ДАП-1-65 |
||
СКО-10 |
1,6 |
0,5 |
0,01 |
2 |
ДКС-66 |
СКО-200 |
1,2 |
0,2 |
4,5 |
ДКС-200 |
|
САО-10 |
0,12 |
0,1 |
0,01 |
2 |
ДАС-66 |
САО-20 |
4,5 |
ДАС-20 |
|||
СПО-6 |
0,3 |
0,15 |
0,02 |
2 |
ДПС-66 |
СПО-15 |
0,6 |
0,3 |
4,5 |
ДПС-15 |
|
СМО-35 |
0,3 |
0,15 |
2 |
ДМС-66 |
|
РКЗ-250 |
20 |
1,6 |
0,3 |
18 |
ДКР-250 |
РКЗ-500 |
1,6 |
18 |
ДКР-500 |
||
РКЗ-1000 |
2,5 |
100 |
- |
||
РКЗ-6000 |
2,5 |
350 |
ДКР-6000У |
||
РАД-30 |
3,5
|
1,6
|
0,3 |
400 |
- |
РАД-50 |
500 |
- |
|||
РПД-25 |
650 |
- |
|||
ЦКЗ |
500 |
- |
|||
УВН-70 |
25 |
7,0 |
1,0 |
4 |
РС-250-58 |
Цифра в обозначении типоразмера — наибольшая пропускная способность (м3/ ч) при наибольшем рабочем давлении. Первая буква — назначение редуктора: Б — баллонный, С — сетевой, Р — рамповый, Ц — центральный (магистральный). У — универсальный высокого давления. Вторая буква - редуцируемый газ. К — кислород, А — ацетилен. П — пропан, В — воздух, М-метан. Третья буква — код числа ступеней редуцирования и способа задачи рабочего давления: О — одноступенчатый с пружинным заданием. З – одноступенчатый со специальным задатчиком. Н — одноступенчатый с заданием рабочего давления от специальных пневмокамер, Д – двухступенчатый.
Газы из баллона подаются к резаку по специальным рукавам (табл. 10.13.), на их пути после редуктора устанавливают предохранительные устройства для зашиты сварочных постов - постовые затворы (наиболее компактным и надежным из них является ЗСУ-1) и обратные клапаны (табл. 10.14). Последние используют при работе на газах - заменителях ацетилена АЗС-1, АЗС-3 и для горючих жидкостей ЛКО-1.
Обратные клапаны типа ЛЗС и жидкостные предохранительные затворы - защитные устройства гравитационного действия, и должны устанавливаться строго вертикально, а обратный клапан ЛКО присоединяется к рукоятке керосинореза.
10.13 Рукава для газовой сварки и резки (ГОСТ 9356-75)
Класс рукава |
І |
ІІ |
ІІІ |
Подаваемое вещество |
Ацетилен, городской газ, пропан, бутан |
Жидкое топливо |
Кислород |
Рабочее давление, МПа |
0,63 |
0,63 |
2 |
Цвет наружного слоя |
Красный |
Жёлтый |
Синий |
Пламегасители (табл. 10.14) устанавливаются на входных штуцерах рычагов, горелок, напыляющих устройств стационарных машин и установок для газопламенной обработки и служат препятствием для попадания обратного удара пламени в рукав, соединяющий огневую аппаратуру с предохранительным устройством (основным затвором или газовым коллектором газопотребляющего агрегата).
10.14 Технические характеристики предохранительных устройств
Наименование и тип |
Наибольшая пропускная способность, м3/час |
Наиболь-шее давление, МПа |
Наибольшее сопротивле-ние потоку газа, МПа |
Габариты, мм |
Масса, кг |
Постовые затворы |
|||||
Затвор жидкостный ЗСП-8 |
3,2 |
0,07 |
0,006 |
210*165*690 |
5,7 |
Затвор сухой среднего типа с пламегасящей системой ЗСУ-1 |
50 |
0,15 |
0,02 |
85*80*180 |
1,9 |
Затвор сухой среднего типа с пламеотсекающим устройством ЗСГ-3,2 |
3,2 |
0,15 |
0,01 |
80*80*180 |
1,1 |
Обратные клапаны |
|||||
Обратные клапаны для газов – заменителей ацетилена ЛЗС-3 |
40 |
0,3 |
0,025 |
160*160*180 |
7,9 |
ЛЗС-1 |
10 |
0,15 |
0,025 |
45*45*160 |
0,755 |
Обратные клапаны для горючих жидкостей ЛКО-1 |
36 |
1 |
0,1 |
28*28*63 |
0,14 |
Пламегасители |
|||||
Ацетиленовый ПГа |
2 |
0,135 |
0,01 |
29*90 |
0,2 |
Кислородный ПГк |
2 |
1,0 |
0,03 |
25*90 |
0,2 |
10.3 Материалы и технология сварки сталей.
Основными параметрами режима газовой сварки являются:
1. Тепловая мощность сварочного пламени, определяется расходом ацетилена, который проходит через горелку за один час и регулируется сменными наконечниками горелки; мощность можно подсчитать по формуле:
QА = А • S, где
QА - расход ацетилена, л/час
S - толщина металла, мм.
А - эмпирический коэффициент: для углеродистых сталей А = 100-130, для меди А = 150-200, для алюминия А = 100-150.
Мощность горелки при правом способе сварки выбирают из расчета 120-150 л/час ацетилена, а при левом -100-130 л/час на 1 мм толщины свариваемого металла.
2. Способ сварки - правый и левый.
При правом способе сварку ведут слева направо, пламя направляют на сваренный участок шва, а присадочную проволоку перемещают вслед за горелкой. Этот способ обеспечивает лучшую защиту сварочной ванны от кислорода и азота воздуха, большую глубину провара, замедленное охлаждение металла шва; производительность выше на 20-25%, а расход газа на 15-20% меньше.
При левом способе сварку ведут справа налево, пламя направляют на еще незаваренные кромки металла, а присадочную проволоку перемещают впереди пламени. При этом сварщик лучше видит свариваемый металл: предварительный подогрев кромок способствует хорошему перемешиванию сварочной ванны. Применяется для сварки тонколистовых и легкоплавких металлов.
3. Вид пламени зависит от соотношения
β = V
: V
Для нормального пламени β = 1-1,3
Для окислительного пламени β > 1,3
Для науглероживающего пламени β < 1,1
Газосварщик устанавливает и регулирует вид пламени на глаз. Нормальным пламенем сваривают большинство сталей, окислительным пользуются при сварке латуни, науглероживающим сваривают чугун.
4. Марка и диаметр присадочной проволоки.
Марка проволоки должна соответствовать составу свариваемого металла; диаметр ее выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла и способа сварки. При правом способе d = S/2, но не более 6 мм, при левом способе d = S/2 + 1, где S – толщина металла.
5. Скорость нагрева - регулируется сменой угла наклона мундштука к поверхности металла Чем толще, металл и больше его теплопроводность, тем больше угол наклона.
Манипулирование концом мундштука горелки - поперечное и продольное; основным является продольное, поперечное движение служит для прогрева кромок основного металла и получения шва необходимой ширины.
Флюс - применяется для защиты расплавленного металла от окисления и удаления из него оксидов и вводится различными способами: подсыпают совком, приготавливают пасты и наносят на кромки деталей и присадочную проволоку, вводят непосредственно в сварочное пламя через горелку в порошкообразном или газообразном виде. В качестве флюсов использую борную кислоту, оксиды и соли бария, калия, лития и др.
Газовой сваркой можно выполнять все виды сварных швов во всех пространственных положениях. Параметры подготовки кромок стыковых швов приведены в табл. 10.15. Технологические рекомендации относительно сварки сталей приведены в табл. 10.16.
10.15 Подготовка кромок при сварке стыковых швов
Тип шва и форма кромок |
Толщина металла, мм |
Разделка кромок |
Зазор, мм |
|
Притупление, мм |
Угол скоса кромки, градус |
|||
Односторонний |
||||
С отбортовкой кромок |
0,5-1 |
- |
- |
0,1 |
Без скоса кромок |
1-5 |
- |
- |
0,5-2 |
Тоже, на подкладке |
3-5 |
- |
- |
2-3 |
Со скосом одной кромки (К – образная разделка) |
5-10 |
1-2 |
60-70 |
1,5-3 |
Со скосом двух кромок (V – образная разделка) |
6-15 |
1,5-3 |
35-45 |
2-4 |
Двусторонний |
||||
Без скоса кромок |
3-6 |
- |
- |
1-2 |
С двумя скосами двух кромок (X – образная разделка) |
15-25 |
2-4 |
35-45 |
2-4 |
10.16 Технологические параметры сварки сталей
Свариваемые стали |
Расход ацетилена л/час на 1 мм толщины свариваемого металла |
Сварочная проволока |
Особенности технологии |
1 |
2 |
3 |
4 |
Низкоуглеродистые (до 0.25% С) |
Левый способ 100-300 Правый способ 120-150 |
Св-08, Св-08А, Св-08ГА, Св-10Г2, Св-10ГА |
Флюс не требуется. Желательна проковка шва в горячем состоянии. При сварке заменителями ацетилена нужны проволоки Св-12ГС, Св-08Г2С, Св-15ГЮ |
Среднеуглеродистые |
Левый способ 70-100 |
Св-18XС, Св-06Н3 |
Флюс не требуется. При толщине стали свыше 3 мм нужен подогрев: или общий до 250-350 0С, или местный до 650- 700 °С |
Высокоуглеродистые (0.6% С и более) |
Левый способ 75 |
То же |
Качественную сварку получают при толщине стали до 5-6 мм. Необходим общий подогрев до 250-300 °С в сочетании с местным до 650-700 0С При содержании 0,7 % С и более требуется флюс — бура |
Низколегированные конструкционные: Типа 10XСНД, 15XСНД, типа 25XГСА |
Левый способ 75-100 Правый способ 100-130
|
Св-08, Св-08А, Св-10Г2 Св-18XГС, Св-18XМА |
Флюс не требуется |
Теплоустойчивые стали с 0.4 – 0.6% Мо (15М, 25МЛ, 15XМ, 20XМЛ, 12X1МФ, 15X1М1Ф) |
Левый способ 100 |
Св-08XНМ, Св-10НМА, Св-18XМА, Св-08XМ, Св-08МX |
Флюс не требуется
|
Продолжение табл.10.16 |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
Высоколегированные (хромистые и хромоникелевые) |
Левый способ 70 |
Св-04X18Н9, Св-06X18Н9Т, Св-08X18Н10Б и другие подобные |
Необходим флюс. Его разводят в воде и в виде пасты наносят на кромки и обратную сторону шва за 15 - 20 мин до сварки. Аустенитные хромоникелевые стали сваривают быстро, без подогрева, околошовную зону защищают мокрым асбестом. Сразу после сварки необходимо охлаждение водой или сжатым воздухом. Качество соединений удовлетворительное при толщине стали до 2 мм. Стали типа Х13 сваривают с местным подогревом до 200 - 250 °С. Тонкий лист - левым способом более толстый - только правым. Составы флюсов: а) 80% плавикового шпата, 20 % ферротитана; б) 50 % буры, 50 % борной кислоты; в) 80 % буры, 20 % оксида кремния |
Примечание. 1. Высокоуглеродистые стали сваривают нормальным или слабо науглероживающим пламенем, остальные стали — нормальным пламенем. 2. Диаметр проволоки при сварке сталей толщиной до 15 мм равен половине толщины стали для правого способа и половине толщины плюс 1 мм — для левого. Сталь толщиной более 15 мм сваривают проволокой диаметром 6 — 8 мм.
10.4 Технология сварки чугуна и цветных металлов и сплавов
Несмотря за высокую трудоемкость, низкую производительность и тяжелые условия труда, это весьма эффективный способ сварки чугуна благодаря «мягкому» введению тепловой мощности в основной металл. Области применения этого способа зависят от характера дефектов и требований к качеству наплавленного металла (табл. 10.17). Присадочным металлом служат чугунные прутки (табл. 2.15, 10.18) в сочетании с флюсами разных марок (табл. 10.19). Сварка выполняется нормальным пламенем с предварительным подогревом детали до температуры 650° С на режиме, приведенном в табл. 10.20.
10.17 Области применения различных способов сварки чугуна
Способ сварки |
Характеристика дефекта |
Характеристики наплавленого металла |
1 |
2 |
3 |
Горячая сварка чугунной присадкой |
Различные дефекты небольших и средних размеров на обрабатываемых, обработанных и ответственных необрабатываемых поверхностях |
Хорошая обрабатываемость и плотность, близкое совпадение с основным металлом по микроструктуре, твёрдости прочности и оттенку цвета |
Низкотемпературная пайко-сварка чугунной присадкой |
Несквозные дефекты небольших размеров на обработанных рабочих поверхностях |
То же |
Продолжение табл.10.17 |
||
1 |
2 |
3 |
То же, присадочными материалами типа латуни |
Несквозные дефекты небольших размеров на обрабатываемых поверхностях |
Плотный, имеет стабильные показатели твёрдости НВ 170-190 |
Газопорошковая наплавка самофлюсующимися сплавами типа НПЧ |
Несквозные дефекты небольших и средних размеров, выявленные на отделочных операциях механической обработки |
Хорошая обрабатываемость, прочность и плотность. Твёрдость, износостойкость и цвет такие же, как у основного металла |
Примечание. При пайко-сварке основной металл не доводится до расплавления
10.18 Марки и назначение чугунных прутков
Марка |
Содержание элементов (по массе), % |
Назначение |
||||||
C |
Si |
Mn |
Cr |
Ti |
S |
P |
||
НЧ-1 |
3-3,5 |
3-3,4 |
0,5-0,8 |
- |
0,03-0,06 |
0,05 |
0,2-0,4 |
Сварка тонко-стенных отливок |
НЧ-2 |
3-3,5 |
3,5-4 |
0,5-0,8 |
1,2-2 |
0,03-0,06 |
0,05 |
0,2-0,4 |
Сварка толстостенных отливок |
Размеры прутков всех марок, мм
-
Диаметр
6
8-16
Длина
350
450
10.19 Составы флюсов для сварки и пайко-сварки чугуна %
Компонент |
Марки флюса |
|||||
ФСЧ – 1 |
ФСЧ-2 |
ФПСН-1 |
ФПСН-2 |
МАФ-1 |
БМ-1 |
|
Литий углекислый |
- |
0,5 |
25 |
22,5 |
- |
- |
Кальций углекислый |
30 |
26,5 |
25 |
22,5 |
12 |
- |
Кислота борная |
- |
- |
50 |
45 |
- |
- |
Бура обезвоженная |
50 |
23 |
- |
- |
33 |
- |
Натрий азотнокислый |
20 |
50 |
- |
- |
27 |
- |
Окись кобальта |
- |
- |
- |
- |
7 |
- |
Натрий фтористый |
- |
- |
- |
- |
12,5 |
- |
Фторцирконат калия |
- |
- |
- |
- |
8,5 |
- |
Лигатура солевая |
- |
- |
- |
10 |
- |
- |
Метилборат |
- |
- |
- |
- |
- |
70-75 |
Метанол |
- |
- |
- |
- |
- |
25-30 |
Примечание. Назначение флюсов: ФСЧ-1 -газовая сварка, ФСЧ-2 -пайко-сварка чугуном, ФСПН-1 -пайко-сварка бескремнистыми латунями, ФПСН-2 -пайко-сварка кремнистыми латунями и сплавом ЛОМНА, МАФ-1 -пайко-сварка чугуном и сплавами на медной основе, БМ-1 - газообразный флюс для газовой сварки.
10.20 Технологические параметры горячей газовой сварки чугуна
Наконечник ацетиленовой горелки |
|||
площадь дефекта, см2 |
До 5 |
5-25 |
Свыше 25 |
номер наконечника |
5 |
6 |
7 и 8 |
Присадочный пруток |
|||
площадь дефекта, см2 |
До 20 |
20-60 |
Свыше 60 |
диаметр прутка, мм |
6-8 |
10-12 |
14-16 |
Пламя |
нормальное |
||
Температура предварительного подогрева, общего или частичного |
650 оС |
||
Сначала подогревают основной металл вокруг дефекта до светло-красного цвета, затем оплавляют поверхность разделки и ванным способом заполняют ее присадочным металлом, погружая его во флюс.
Охлаждение замедленное: отвести горелку на 50-100 мм, задержать 1-2 мин. потом закрыть деталь асбестом и горячим песком или загрузить ее в печь, нагретую до 650-750° С и вместе с ней охладить.
При пайке - сварке процесс ведут нормальным пламенем на 4 и 5 номере наконечника горелки, не расплавляя основного металла. Присадочным материалом служат стандартные латунные прутки (табл.4.6), а в качестве флюса применяют марки ФПСН-1, ФПСН-2, МНФ-1. При этом максимальная температура нагрева основного металла не более 850-950° С, индикатором ее достижения является расплавление флюса. Кромки засыпают флюсом и облуживают участками, натирая прутком латуни. Затем в горячей зоне пламени расплавляют присадочный металл и заполняют разделку, а горячий металл проковывают.
Медь и ее сплавы сваривают, в основном, ацетилено-кнслородным пламенем, газы - заменители используют только для сварки металла малых толщин.
Мощность пламени увеличивают почти вдвое по сравнению со сваркой стали, большие толщины сваривают двумя или тремя горелками одновременно (две из них служат для подогрева) одним слоем с максимальной скоростью во избежание роста зерна и образования пор. Медь и бронзу сваривают нормальным пламенем, а латунь – окислительным для снижения растворения водорода в жидком металле и уменьшения интенсивности испарения цинка.
В качестве присадки используют медную проволоку с 0,2% фосфора, иногда с 0,15-0,3% кремния, выступающих в роли раскислителей. При сварке медных сплавов, в состав которых входят активные раскислители (А1, Si, Мn), можно использовать присадку того же состава. В качестве флюса применяют составы на основе буры и борной кислоты. Диаметр присадки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла:
Толщина, мм 1,5 1,5-2,5 2,5-4 4-8 8-15 15
Диаметр присадки, мм 1,5 2 3 4-5 6 8
Медь толщиной до 3 мм сваривают без разделки кромок с зазором до 1 мм При больших толщинах выполняют V-образную разделку с углом 60-70°, притуплением 1,5 мм и зазором не более 1,5 мм Пламя горелки направляют под прямым углом к свариваемым деталям, расстояние от ядра до поверхности не более 5-6 мм. Сварку ведут левым способом без остановок. После окончания для получения мелкозернистой пластичной структуры рекомендуется проковка. Изделие из латуни и бронзы рекомендуют после сварки подвергнуть отжигу при температуре 600-700˚С и 500-600˚С соответственно.
Никель и его сплавы сваривают, используя нормальное или слегка восстановительное пламя при расходе ацетилена 120-130 л/мин на 1 мм толщины.
В качестве присадки применяют никелевую проволоку, легированную 3% марганца. Флюсом служит как чистая бура, так и многокомпонентный флюс (30% буры, 50% борной кислоты, 10% NaCl, 10%KCl). Сварку нихрома выполняют быстро, без перерывов, мощность пламени 50-70 л/час на 1 мм толщины в сочетании с многокомпонентным флюсом, приведенным выше. После сварки для увеличения пластичности и вязкости сварного соединения рекомендуется проводить нормализацию при температуре 825-900˚C.
Свинец сваривают нормальным пламенем при расходе ацетилена 50-100 л/час. В качестве присадки используют круглые свинцовые прутки или «лапшу», нарезанную из листов длиной не более 400 мм. Диаметр присадки зависит от толщины свариваемого металла.
Толщина, мм 3 6 8 10-12
Диаметр присадки, мм 0,8-1,2 1,5-2 2,5-3 4-8
Металл толщиной до 4 мм сваривают без разделки и зазора, большие толщины разделывают под углом 60-90° без зазора. В качестве флюса используют смесь стеарина с канифолью, им натирают кромки листов и поверхность присадочных прутков. При толщине листов более 2 мм сварку ведут несколькими слоями левым способом. В многопроходных швах первый шов выполняют без присадки.
Сварка алюминия и его сплавов выполняется после сложной предварительной подготовки (см. в разделе 1.4). Сварку ведут нормальным пламенем с расходом ацетилена 100 л/час на 1 мм толщины металла Номер наконечника и диаметр присадки выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла.
Толщина, мм 1-1,5 2-4 4-6 7-9 10-12 14-16
Номер наконечника 1 2 3 4 5 6
Диаметр присадки, мм 1,5-2 2-3 3-4 4-4,5 4,5-5,5 5-5,5
Сварку чистого алюминия ведут проволокой марки Св-АВ00, сплавов AMг, АМц - проволокой АМг3. АМг5, литейных сплавов - проволоками марок СвАК3, СвАК5. В качестве флюса применяют марку АФ-4а, состоящего из хлористых и фтористых солей калия, натрия и лития. Сварку ведут левым способом, металл толщиной до 4 мм сваривают за один проход, более толстый - несколькими проходами с общим или местным предварительным подогревом до 250-300°С. После сварки остатки флюса удаляют, промывая швы и околошовную зону теплой пли слегка подкисленной водой (2% раствором хромовой кислоты). При заварке дефектов силуминового литья нужен предварительный подогрев до 300° С и последующий отжиг изделия.
10.5 Газопламенные процессы нагрева и пайки
Газопламенный нагрев используется при поверхностной закалке, правке и очищении металлов. При поверхностной закалке глубина закаленного слоя составляет 1,5-3 мм, что достаточно для повышения износостойкости и усталостной прочности детали. В зависимости от конфигурации и размеров детали, требований к свойствам поверхностного слоя используют прерывистый или непрерывный способ. Критерием восприимчивости материалов к этому виду термообработки является содержание углерода и легирующих элементов: для углеродистых сталей в пределах 0,35-0,75% С; для серого чугуна: общее содержание 3,3 % С, связанного не менее 0,4% С, кремния - не более 2%; для легированного чугуна содержание никеля 1-2 % ,хрома, молибдена, ванадия не более 0,75%. Режим поверхностной закалки приведен в табл. 10.21.
10.21 Параметры режима непрерывно-последовательной поверхностной закалки
Вид термической обработки |
На 1 см ширины закалки |
Расстояние между, мм |
Скорость закалки, мм/мин |
|||
Мощность пламени, л/час |
Расход воды, л/мин |
Расход воздуха, м3/час |
Пламенем и струёй воздуха |
Струёй воздуха и воды |
||
Закалка на мартенсит |
500 |
0,4-0,8 |
- |
- |
- |
70-150 |
Закалка на троостит и сорбит* |
500 |
0,4 |
1,5 |
12-15 |
10-20 |
70-150 |
* Глубина закаливаемого слоя 2,4-4мм, твёрдость НВ 350-400
Закалка выполняется только механизированным способом горелками типа ГЗ, форма наконечников мундштуков должна соответствовать конфигурации закаливаемой поверхности детали; ширина активной зоны должна быть в пределах 45-110 мм, сами горелки комплектуются сменными устройствами для получения закаленного слоя различной глубины и твердости.
Газопламенную обработку металла применяют для его правки после сварки путём локального концентрированного нагрева и быстрого его охлаждения, за счет чего в изделии возникают усилия, достаточные для уменьшения или исправления дефекта. Нагрев ведут с выгнутой стороны деформированной поверхности с использованием универсальных или специализированных горелок, (табл. 10.22). Сначала выбирают участки и определяют ширину зоны нагрева, составляющую 0,5 - 2 толщины листа, а в случае правки валов - 0,2 - 0,5 диаметра и нагревают до температуры 250 - 650° С в зависимости от величины прогиба, однако, во всех случаях температура не должна превышать этот показатель начала структурных превращений в металле. Конкретные типичные примеры термической правки часто встречающихся деформационных дефектов металлоконструкций приведены табл. 10.23.
10.22 Технические характеристики и назначение специализированных горелок инжекторного типа для пайки, нагрева и поверхностной обработки
Тип и назначение |
Рабочие газы |
Давление газа, МПа |
Расход газа, л/час |
Номера наконечников в комплекте |
Особенности и области применения |
ГВП-5, пайка, нагрев |
Пропан, бутан, Природный газ, Воздух |
Не менее 0,001 Не менее 0,001 Не более 0,5 |
30-600
75-1200
850-6000 |
1,2,3 |
Подача воздуха – принудительная от компрессора или магистрали. Наконечники с цилиндрической стабилизацией горения пламени с температурой до 1600°С. Ручная пайка стальных деталей с толщиной стенки до 2мм припоями с температурой плавления до 600°С, а также деталей толщиной до 20мм припоями с температурой плавления до 400°С. Механизированная очистка деталей, нагрев пластмассовых изделий, сушка литейных форм. |
ГВ-1, нагрев |
Пропан, бутан |
Не менее 0,1-0,15 |
670-1700 |
1,2,3 |
Подача воздуха из атмосферы за счет подсоса. Корпус – одновентильный, наконечники с цилиндрической стабилизацией пламени. Нагрев металлических и неметаллических материалов до 300°С. Нагрев трубопроводов, тюбингов, других элементов при их покрытии битумом, рубероида при его приклеивании к бетонным поверхностям, нанесения гидроизоляции. |
ГАО-3 пламенная очистка поверхности |
Ацетилен Кислород |
Не менее 0,01 0,4 |
2000
2200 |
1 |
Ствол горелки – ГЗ-03, наконечник с линейным многосопловым мундштуком шириной 110 мм. Очистка ржавчины, окалины, старой краски с поверхности металлоконструкций. |
10.23 Примеры термической правки различных деталей
Выпрямляемые элементы |
Эскиз |
Характер выполняемых работ |
Листы, имеющие общий прогиб по всей длине |
|
Правка листов, деформированных при транспортировке, механической обработке, газовой резке и при изготовлении конструкций |
Листы, имеющие местные деформации в средней части |
|
Устранение местных прогибов, вмятин, выпуклостей, образовавшихся от механических воздействий или местного нагрева |
Листы, имеющие местные деформации |
|
Правка местных вмятин, выпуклостей, волнистости кромок листов, образовавшихся от механического воздействия, резки, местного нагрева |
Плоские днища и круглые задвижки из листа различной толщины |
|
Правка заготовок плоских днищ и различных заготовок круглой и овальной форм, вырезанных из листов, от деформаций, возникших при кислородной резке, нагреве, механических воздействиях |
Фланцы, вырезанные из листа |
|
Устранение деформаций фланцев и заготовок под фланцы, возникших при кислородной резке, штамповке или механической обработке |
Двутавровые балки я швеллеры, изогнутые в горизонтальной плоскости |
|
Правка местных прогибов в двутавровых балках и швеллерах, возникших в результате механических воздействий, нагрева, сварки |
Двутавровые балки и швеллеры, изогнутые в вертикальной плоскости |
|
Устранение местных прогибов в двутавровых балках и швеллерах, возникших в результате механического воздействия, нагрева, сварки |
Сварные двутавровые балки |
|
Устранение прогибов верхних и нижних горизонтальных листов в сварных балках, образовавшихся в процессе сварки |
Угольники разных размеров |
|
Устранение местных прогибов в угольниках |
Шатун эксцентрикового пресса |
|
Устранение поводки сварного шатуна эксцентрикового пресса |
Коленчатый вал |
|
Устранение поводки вала путем нагрева части щеки |
При газопламенной очистке вследствие быстрого нагрева поверхностного слоя окалина отслаивается, ржавчина обезвоживается, а краска сгорает без особого перегрева основного металла. Процесс ведут горелками особого типа ГАО (табл. 10.22) с использованием жесткого окислительного пламени, угол наклона горелки к поверхности - 40 - 60°, скорость перемещения - 0,5 - 1 м/мин, которое выполняется '"на себя". Мундштук горелки располагается под углом 30° в направлении движения для перекрытия каждого предыдущего слоя последующим на 15-20 мм. Производительность труда составляет 20 м2/час при расходе ацетилена от 0,1 до 0,4 м3 на 1м2 обрабатываемой поверхности.
При газопламенной пайке в соответствии с ГОСТ 17325-79 при высокотемпературной пайке применяют припой с температурой пайки выше 550° С, а при низкотемпературной - ниже 550° С. Для низкотемпературной пайки и лужения жести и стали используют припой ПОСС 4-6 с флюсами состава, хлористый цинк - 25 - 30%, хлористый аммоний - 5 - 20%, вода - 50 - 70% или насыщенный раствор хлористого цинка в соляной кислоте: хлористый цинк - 85%, хлористый аммоний -10%, хлористый натрий - 5%. Высокотемпературную пайку сталей и цветных металлов осуществляют с использованием припоев и флюсов согласно табл. 10.24 и 10.25. При пайке в основном применяют соединения внахлестку. Прочность паяных швов зависит от площади спая и величины зазора между деталями, который выбирается минимальным.
10.24 Припои для высокотемпературной пайки
Марка или состав |
Область применения |
Примечание |
Серебряные |
||
ПСр-10 |
Пайка деталей, подвергающихся последующему нагреву до 800 °С |
- |
ПСр-12 |
Пайка меди и латуни с содержанием 58 % меди |
- |
ПСр-25 |
Пайка мелких деталей |
Для деталей, требующих чистоты места спая и высоких пластических свойств |
ПСр-45 |
Пайка ответственных медных и бронзовых деталей |
Для деталей, требующих сохранения высокой электропроводности и пластичности спая |
ПСр-65 |
Пайка ленточных пил |
- |
ПСр-70 |
Пайка токоведущих частей |
- |
Медно-цинковые |
||
ПМц-36 |
Пайка латуни Л59 и ЛС58-1; легированных латуней |
- |
ПМц-48 |
Пайка латуни Л62 |
- |
ПМц-54, Л62 |
Пайка меди, бронзы, стали |
- |
ЛОК62-06-04 |
Пайка деталей из стали и чугуна |
- |
Л63, Л68 |
Пайка углеродистых сталей и меди |
- |
МЦН 48-10, ЛК62-50, ЛОК59-1-03 |
Пайка серого чугуна |
- |
Медно-фосфористые |
||
ПМФОПр6-4-0,03 |
Пайка меди и ее сплавов |
Заменитель припоев на основе серебра типа ПСр-40 и др. |
Кремне-медно-алюминиевые |
||
Кремний 6 % Медь 28 % Алюминий 66 % №34 |
Для пайки алюминия и его сплавов |
Паяные швы обладают удовлетворительной стойкостью против коррозии |
10.25 Флюсы для высокотемпературной пайки
Состав (%) или марка |
Область применения |
Примечание |
1 |
2 |
3 |
Бура 100 (кристаллическая или плавленая) |
Пайка меди, латуни, бронзы, стали, чугуна |
Припои медноцинковые и серебряные |
№7 |
То же |
То же |
№209 |
Пайка конструкционных нержавеющих и жаропрочных сталей |
- |
№284 |
Пайка стали, никелевых и медных сплавов |
Припои серебряные |
Бура 40, борная кислота 40, сода 20 |
Пайка латуни и меди |
- |
Борная кислота 50-60, углекислый литий 20-25, углекислый натрий 20-25 |
Пайка чугуна |
Припои латунные |
Калий фтористо-водородный 45-55, борная кислота 55-45 |
Пайка сверхтвердых сплавов и высокоуглеродистой инструментальной стали |
- |
Борная кислота 60-80, бура 5,25, фтористый калий 4-10, фторборат калия 2-8, фтористый литий 1,5 |
Пайка меди с нержавеющей сталью |
Флюс в виде пасты при нагреве и растворении солей в воде в отношении 4 : 1 |
Бура 15-20, хлористое олово 5-15, фтористый кальций 10-50, жидкое стекло 5-50, борная кислота 10, вода 525 |
Пайка меди и ее сплавов |
Флюс в виде пасты при смешении смеси с порошком припоя |
Бура плавленая 50, борная кислота 50 |
Пайка нержавеющей стали |
Флюс в виде пасты на растворе хлористого цинка |
№34 |
Пайка алюминия |
- |
Фтористый натрий 8-10, хлористый барий 10-15, хлористый натрий - 15-20, хлористый цинк 30-40, хлористый кальций - остальное |
Пайка алюминиевого литья |
Для заделки трещин |
Так, при использовании серебряного припоя величина зазора составляет 0,03 -0,12 мм, медно-цинкового – 0,12 мм, оловянно-свинцового – 0,05 – 0,12 мм. Процесс высокотемпературной пайки выполняется нормальным пламенем с помощью горелок согласно табл. 10.22. Мощность пламени по ацетилену составляет не более 70 л/час на 1 мм нержавеющей стали. Детали нагревают факелом пламени, при пайке разнородных или разнотолщинных металлов его направляют на деталь с большей толщиной или теплопроводностью. Выбирают диаметр или толщину припоя из расчета, чтобы его толщина была равной 1-3 толщинам более тонкой из соединяемых деталей.
10.6 Технология и оборудование для газопламенной наплавки и напыления покрытий
По своей природе процессы наплавки и напыления подобны пайке, когда соединения осуществляются на грани жидкого и твердого металла. Эти процессы требуют хорошего смачивания поверхностей основного металла, что достигается подбором соответствующего состава присадочных материалов и флюсов в сочетании с тщательной подготовкой поверхности.
В табл. 10.26 приведены сведения относительно наплавочных материалов для газопламенной наплавки. В качестве флюса при наплавке стеллита применяют буру или смесь буры (20%), борной кислоты (68%) и плавикового шпата (2%), а при наплавке сормайта смесь буры (50%), двууглекислой соды (47%) и кремнезёма (3%).
Мощность пламени составляет 100-120 л/час на 1 мм толщины металла, состав его с небольшим избытком ацетилена. Максимальная глубина проплавления не должна превышать 0,3 -0,5 мм, толщина наплавленного слоя регулируется углом наклона детали к горизонту. Горелку (ось мундштука) нужно располагать под углом 30-35°. Наплавку можно выполнять как левым, так и правым способами непрерывными или обратноступенчатыми валиками.
Предварительный подогрев составляет 500-700°С, иногда процесс ведут и с таким же сопутствующим подогревом.
Мелкие и среднегабаритные детали достаточно нагревать до 300-500° С. Наплавку выполняют в один слой 2-3 мм, если деталь работает при ударном нагружении и в несколько слоев обшей толщиной 4-8 мм, если деталь работает в условиях трения металла о металл.
10.26 Материалы для газопламенной наплавки твердых сплавов
Наплавочный материал |
Марка |
Характеристика состава |
Твердость по Роквеллу наплавленного слоя |
Область применения |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Литые твердые сплавы в виде прутков |
Стеллит В2К СтеллитВ3К
Сормайт 2 СормайтС27* |
Сплав вольфрама и хрома, связанных кобальтом и железом Сплав карбида хрома с железом и никелем (до 5%) |
46-48 42-43
40-45 59-64 |
Для наплавки на детали, работающие при высоких температурах Для наплавки на детали, работающие при нормальных и несколько повышенных температурах |
Твердый сплав в виде трубчатого стержня |
Релит ТЗ |
Трубка (Ø 6х0,5 мм) из низкоуглеродистой стали, заполненная крупкой карбидов вольфрама (ослитом) |
85 |
Для наплавки бурового инструмента в нефтяной промышленности и других деталей, работающих в условиях сильного абразивного износа |
Металлокерамические твердые сплавы в виде пластин |
Победит |
Карбиды вольфрама и титана, связанные кобальтом и железом |
86-91 |
Для оснащения металлорежущего инструмента |
При газопорошковой наплавке присадочный материал подается в виде порошкового сплава (табл. 10.27) через газокислородное пламя в место наплавки, для чего используются специальные горелки. Порошки, как правило, самофлюсующиеся со сферической формой 40-100 мкм и не требуют дополнительного применения флюсов.
Наплавка ведется с предварительным подогревом детали до температуры 300-400°С. На поверхности напыляют слой (0,2 мм) и пламенем нагревают участок до температуры смачивания основного металла. Затем горелку отводят на расстояние 1,5-2 длины ядра пламени и, плавно подавая порошок в него, наплавляют слой материала толщиной до 1 мм. В случае необходимости наплавки слоя большей ширины пламенем горелки переплавляют нанесенный слой и затем наплавляют новый слой. Этот способ обеспечивает получение тонкослойного наплавленного металла в труднодоступных местах и в любом пространственном положении.
10.27 Порошковые наплавочные материалы для газопорошковой наплавки
Марка |
Характеристика состава |
Твердость наплавленного слоя |
Область применения |
1 |
2 |
3 |
4 |
СНГН-50 |
Самофлюсующийся порошковый сплав, содержащий хром, бор, никель и кремний |
HRC 50-60 |
Для упрочнения и восстановления деталей, работающих в условиях абразивного износа |
ВСНГН-88 |
То же, с добавкой вольфрама (30-37%) |
HRC 60-62 |
|
НПЧ-1 |
Твердые сплавы на основе никеля с добавкой меди, бора и кремния (для наплавки на чугун) |
НВ 220 |
Для исправления дефектов площадью не более 20 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных изделий, не подвергающихся поверхностной закалке. Температура плавления сплава 1280°С |
НПЧ-2 |
То же |
НВ 360 |
Для исправления дефектов площадью не более 10-12 см2 на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергающихся высокочастотной закалке. Температура плавления сплава 1170°С |
НПЧ-3 |
» |
НВ 180-210 |
Для исправления дефектов на окончательно обработанных, не подвергавшихся поверхностной закалке рабочих поверхностях чугунных деталей. Температура плавления сплава 960°С. |
НПЧ-4 |
» |
НВ 450-500 |
Для исправления дефектов на обработанных рабочих поверхностях чугунных деталей, подвергнутых поверхностной закалке |
Газотермическое напыление используют для защиты металлоконструкций от коррозии, повышения износостойких, антикоррозионных и жаростойких свойств поверхностей, восстановления размеров и декоративной отделки деталей. Нагрев распыляемого материала осуществляется ацетилено-кислородным пламенем, а распыление частиц – динамическим напором газового пламени, поскольку частицы инжектируются в него струей кислорода и подсасываются из атмосферы воздуха. Осуществляют его с помощью материалов в виде стандартных сварочных проволок или специальных порошков - металлических (табл.10.28) или полимерных (табл.10.29).
Для повышения стабильности качества напыляемого материала и механизации процесса нанесения покрытия разработаны специальные гибкие шнуровые материалы (ГШМ). Они представляют собой получаемый экструзией композиционный материал шнурового типа, состоящий из порошкового наполнителя и органического связующего, сгорающего в пламени и не оставляющего на поверхности изделия продуктов разложения. ГШМ изготавливают диаметром 1,5-6,35 мм и длиной 15 м, они намотаны на бобину, что позволяет получить высокий коэффициент использования материала и автоматизировать процесс напыления.
Разработано несколько серий ГШМ: «Сфекорд - ЭКЗО» на основе сплавов с компонентами, обладающими экзотермическим эффектом, «Сфекорд – керамика» на основе оксидов алюминия, титана, хрома, циркония, «Сфекорд – Рок-Дюр» на основе самофлюсующихся сплавов системы Ni(Co)-Cr-B-Si и их смесей с карбидом вольфрама и т.д. Перспективно применение материалов для создания аморфных металлических покрытий на основе железа, кобальта и никеля, особенно в узлах трения, при абразивном и коррозионном воздействии; они могут быть в виде порошковой проволоки, порошка или ГШМ (табл.10.30).
10.28 Порошки для газотермического напыления
Марка |
Тип сплава |
Твердость покрытия, HRC |
Область применения |
ПР-Н77Х15С3Р2 ПН-70Х17С4Р4 ПГ-АН4 ПР-Н67Х18С5Р6 ПГ-АН5 ПГ-АН6 ПГ-12Н-01 ПГ-12Н-02 ПГ-10Н-01 ПГ-19Н-01 |
Самофлюсующиеся сплавы на никелевой основе, легированные бором и кремнием, типа Cr-Ni-B-Si |
33-35 55-60 35-45 60-62 45-55 54-65 35-45 45-54 55-62 28-42 |
Упрочнение деталей, подверженных абразивному и абразивно - коррозионному воздействию, сухому трению, истиранию металла нитками, лентами, в условиях фреттинг-коррозии |
ПГ-19М01 ПГ-АН10 ПГ-АН12 |
Бронза БрАЖ10-4 Бронза БрОФ8-0,3 Бронза БрА10 |
65-72 HRВ - - |
Антифрикционное покрытие узлов трения |
ПТ-НА-01 ПН70Ю30 ПН85Ю15 ПН55Т45 |
Композиционные плакирующие термореагирующие порошки |
38-42 35-42 20-22 50-55 |
Нанесение подслоя с высокой прочностью сцепления с основой износостойких слоев, стойких при трении, фреттинг-коррозии, против окисления при нормальных и повышенных температурах. |
10.29 Полимерные материалы для газотермического нанесения покрытия
Материал |
Температура, ˚С |
Область применения |
||
размягчения |
растекания |
эксплуатации |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Полиэтилены |
110-120 |
190-200 |
-20 до +50 |
Защита от коррозии в растворах кислот, щелочей, электроизоляционные, вакуумно-плотные покрытия |
Продолжение табл.10.29 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Полиэтилен 50% Полистирол 35% Графит 15% |
- |
- |
-10 до +50 |
Защита химического оборудования от влажных газов |
Полиэтилен 60% Полистирол 30% Сурик железный 10% |
- |
- |
-10 до +50 |
Защита химической аппаратуры от сухих газов |
Поливинил-бутираль |
160-170 |
200 |
-50 до +50 |
Защита от коррозии в слабых растворах кислот и щелочей. Защитно-декоративные и электроизоляционные покрытия. |
Полиамидные смолы |
190-240 |
200-250 |
до 90-120 |
Защита от кавитационной эрозии |
Битумный сплав В1 90% Алюминиевая пудра 10% |
125-140 |
- |
- |
Защита от атмосферной коррозии, гидроизоляция |
Эпоксидные смолы |
- |
- |
- |
Химически стойкие покрытия |
Полиамид П68 |
- |
250 |
- |
Износостойкие антифрикционные покрытия |
10.30 Материалы для газотермического нанесения аморфного покрытия
Марка и вид |
Основа |
Условия работы, область применения |
||
Порошок |
Порошковая проволока |
ГШМ |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
АМОТЕК 1 АМОТЕК 2 |
АМОТЕК 101 АМОТЕК 102 |
АМОТЕК 201 АМОТЕК 202 |
Fe-B Fe-B-C |
Изнашивание при трении скольжения без интенсивной коррозии (коленчатые валы, втулки, колесные пары, тормозные барабаны, фрикционные рейки) |
АМОТЕК 3 АМОТЕК 4 |
АМОТЕК 103-1 - |
АМОТЕК 203 АМОТЕК 204 |
Fe-Cr-B Fe-Cr-B-C |
То же в условиях интенсивной коррозии (золотники, штоки, шпиндели, коллекторы и крестовины электродвигателей) |
АМОТЕК 5 |
АМОТЕК 103-2 АМОТЕК 104 |
- АМОТЕК 205 |
Fe-Cr-B-C Fe-Cr-Al-B |
Газоабразивное изнашивание при Т до 800˚C (трубы и поверхности нагрева котловых агрегатов, лопасти дымососов, золотники, шпиндели) |
АМОТЕК 6 |
АМОТЕК 105 АМОТЕК 106 |
- АМОТЕК 206 |
Fe-Cr-Ti-B Fe-Cr-B-Si |
Интенсивное газоабразивное изнашивание (плунжеры, штоки, штанги нефтяных насосов, валы и втулки буровых насосов, узлы гидравлических задвижек) |
Продолжение табл.10.30 |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
АМОТЕК 7 АМОТЕК 11 АМОТЕК 12 |
АМОТЕК 107 - - |
АМОТЕК 207 АМОТЕК 211 АМОТЕК 212 |
Fe-Cr-Mo-B Ni-Cr-Mo-B Ni-Cr-Mo- -Ti-V-B |
Интенсивное гидроабразивное изнашивание в агрессивных средах (насосы для подачи кислот, детали реакторов для синтеза азотных удобрений, устройства для переработки пищевых смесей) |
АМОТЕК 9 |
- |
АМОТЕК 209 |
Ni-B |
Интенсивное абразивное изнашивание (посадочные места фрикционных узлов) |
Для газопламенного напыления покрытий используется аппаратура и установки проволочного и порошкового типов. Первые предназначены для нанесения покрытий из алюминия, цинка, стали и других металлов (табл.10.31). напыление порошкообразных материалов выполняют с помощью аппаратов, приведенных в табл.10.32.
10.31 Технические характеристики аппаратов для напыления проволокой
Марка |
Напыляемая проволока |
Расход газа, м3/час |
Давление газа, МПа |
Производительность, кг/час * |
Габариты, мм |
Масса, кг |
||||||||
Диаметр, мм |
Скорость подачи, м/час |
Сжатого воздуха |
Ацетилена |
Пропана - бутана |
Кислорода |
Сжатого воздуха |
Ацетилена |
Пропана - бутана |
Кислорода |
Установки |
Горелки |
|||
УГМ-1 |
2-4 |
- |
6-10 |
1,3 |
- |
2,5 |
0,4-0,5 |
0,06-0,1 |
- |
0,2-0,4 |
23/4,8 |
- |
25 |
2,2 |
МГИ-4А |
2-4 |
58-720 |
60 |
1,2 |
- |
3,5 |
0,4-0,5 |
0,06-0,1 |
- |
0,2-0,5 |
23/5,7 |
220х 110х 208 |
- |
2,2 |
МГИ-4П |
2-4 |
58-720 |
60 |
- |
0,9 |
5,5 |
0,4-0,5 |
- |
0,06-0,1 |
0,2-0,5 |
23/7 |
220х 110х 208 |
- |
2,2 |
Мги-5 |
5-6 |
- |
150 |
- |
3 |
13,7 |
0,5 |
- |
0,2 |
0,5 |
50/14 |
550х 310х 275 |
- |
- |
Могул КО |
1,2 3,2 |
90-480 |
72 |
0,7 |
- |
1,38 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
2,5 |
* В числителе – для цинка, в знаменателе – для алюминия
10.32 Технические характеристики аппаратов для напыления порошковых материалов
Марка |
Производительность, кг/час, по материалу |
Коэффициент расхода материала |
Расход газа, м3/час |
Давление газа, МПа |
Емкость питателя, дм3 |
Масса, кг |
|||||||||
Полимер ПНФ-12 |
Порошок ПГ-10Н-01 |
Керамика |
Сжатого воздуха |
Ацетилена |
Пропана - бутана |
Кислорода |
Сжатого воздуха |
Ацетилена |
Пропана - бутана |
Кислорода |
Установки |
Горелки |
|||
УГПЛ-П |
11 |
- |
- |
0,85 |
25 |
- |
1,2 |
- |
0,3-0,6 |
- |
0,5-1,5 |
0,3-1,0 |
10 |
14,5 |
1,3 |
УГПТ-П |
- |
5 |
- |
0,9 |
6 |
- |
1,2 |
- |
0,2-0,6 |
- |
1 |
- |
2 |
21 |
1,0 |
УГПУ |
- |
6-18 |
2,2 |
0,9 |
- |
1,2-2,1 |
1,2 |
2,2-6 |
- |
0,11 |
1,1 |
0,1-0,6 |
- |
30 |
1,0 |
УПТР-86 |
- |
10,5 |
1,1 |
0,96 |
6-10 |
0,7-1,2 |
0,6-1,2 |
1-2,5 |
0,3-0,6 |
0,07-0,11 |
0,7-3,0 |
0,1-0,4 |
0,6 |
17 |
1,6 |
Могул-9 |
- |
2,5 |
1,2 |
0,9 |
- |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
Л5405 |
- |
- |
- |
- |
0,1-8 |
0,9-1,8 |
0,2-3 |
0,1-10 |
0,07-0,35 |
0,07-0,1 |
0,22-0,25 |
0,2-0,8 |
2,5 |
25 |
- |
УН-134 |
- |
- |
- |
- |
0,2-4 |
0,2-1 |
0,2-3 |
0,2-6 |
0,5 |
0,1 |
0,15 |
0,8 |
3 |
75 |
- |
Аппараты МГИ применяют для ручного напыления, другие – для ручного и механизированного. Наряду с подбором оптимальных параметров режима напыления очень важной является операция по подготовке поверхности детали, которая выполняется дробеструйной обработкой или путем нанесения рельефа типа рваной резьбы. Недостатком способа является повышенная шумность в ходе работы до 85 дБ, что вынуждает оператора работать а наушниках.
Основным инструментом для напыления является специальная горелка, тип которой зависит от условий проведения работы (табл.10.33).
10.33 Технические данные горелок для газопорошковой наплавки
Тип |
Давление ацетилена, МПа |
Расход ацетилена, л/ч |
Расход порошка, кг/час |
Вид напыляемого порошка |
Способ наплавки |
Назначение |
Масса горелки, кг |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Малой мощности ГН-1 |
Не менее 0,01 |
140-300 |
До 0,9 |
Хром – бор -никелевые сплавы |
Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением |
Наплавка на поверхности мелких деталей и механизмов для их упрочнения и исправления дефектов литья или механических повреждений |
0,75 |
Средней мощности ГН-2 |
Не менее 0,01 |
350-600 |
До 2,0 |
То же |
То же |
То же, на детали средних размеров |
0,77 |
Большой мощности ГН-3 |
Не менее 0,02 |
150-1750 |
Не менее 5,0 |
» |
Ручной, с подачей порошка через пламя с последующим оплавлением |
Восстановление изношенных и упрочнение новых крупногабаритных деталей, исправление литья
|
1,1 |
Продолжение табл.10.33 |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
ГН-4 |
Не менее 0,03 |
800-1100 |
До 3,6 |
Никель - алюминиевые порошки с экзотермическими свойствами |
Механизированный с внешней подачей порошка без последующего оплавления |
Упрочнение новых и восстановление изношенных деталей, имеющих форму тел вращения |
1,3 |
Евроджет XS-8 |
- |
860 |
2-4 |
Хром, бор - никелевые сплавы, ПГН-10Н-01 |
Ручная и механизированная |
Детали любой конфигурации |
1,5 |
При детонационном напылении в специальной камере в результате взрыва формируется высокоскоростная струя продуктов взрыва и порошка. Вследствие взаимодействия напыляемого порошка с продуктами детонации создается достаточная тепловая и кинетическая энергия для получения прочного слоя необходимой толщины на поверхности обрабатываемой детали.
Этот способ напыления позволяет:
- получать покрытие с мелкой пористостью (0,5-1,5%) и высокой (до 100МПа) прочностью сцепления с основой;
- наносить покрытия на различные материалы (металлы, стекло, керамику, пластмассы) без деформации поверхности;
- управлять химическим составом продуктов детонации, создавая восстановительную, нейтральную или окислительную атмосферу.
Недостатком является повышенная шумность (до 140 дБ) процесса и вредные выделения продуктов сгорания и частиц порошка.
Основным элементом детонационно-газовой установки (ДГУ) для распыления является камера в виде ствола постоянного или переменного сечения в виде трубы с отверстиями для введения рабочей газовой смеси, порошка и запального устройства. При автоматическом режиме требуется водяное охлаждение камеры. Технические характеристики ДГУ приведены в табл.10.34.
10.34 Технические характеристики установок для детонационного напыления
Марка |
Давление газа, МПа |
Расход газа, м3/час |
Ствол |
Скорострельность, Гц |
Мощность, Вт |
Масса, кг |
|||||||||
АЦ |
ПБ |
К |
А |
ВЗ |
АЦ |
ПБ |
К |
А |
ВЗ |
Диаметр, мм |
Расположение |
||||
Молния |
0,15 |
- |
0,2 |
0,36 |
- |
0,7-0,9 |
- |
1,5-10,8 |
0,7-6,5 |
- |
20 |
Г |
2-6 |
250 |
200 |
Гамма |
0,15 |
- |
0,2 |
0,36 |
- |
0,7-0,9 |
- |
1,5-10,8 |
0,7-6,5 |
- |
20 |
В |
2-6 |
250 |
350 |
Днепр 1 |
0,02-0,09 |
0,02-0,2 |
0,02-0,2 |
0,06-0,6 |
0,06-0,6 |
- |
- |
- |
- |
- |
22 |
Г, В |
2-5 |
300 |
- |
Днепр 2 |
0,14 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
- |
- |
- |
- |
- |
22 |
Г |
2-10 |
200 |
- |
АДК-1 |
0,15 |
- |
0,5 |
0,8 |
0,4 |
1,2-2,2- |
- |
1,2-2,3 |
5,0-8,0 |
20-25 |
21,5 |
Г |
2-4 |
350 |
170 |
АДК-1М |
0,12-0,14 |
- |
0,3-0,5 |
0,7-0,8 |
0,4-0,6 |
1,8-3,2 |
- |
1,8-3,2 |
5,8-8,0 |
20-25 |
21,5 |
Г |
3-6 |
1500 |
170 |
ДНП-5 |
0,15 |
0,02-0,2 |
0,02-0,2 |
0,02-0,2 |
0,06-0,2 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
20 |
Г |
1,5-4 |
250 |
50 |
ДНП-8 |
- |
0,02-0,2 |
0,02-0,2 |
0,02-0,2 |
0,06-0,4 |
- |
1,5 |
5 |
0,9 |
0,9 |
25, 20, 10 |
Г, В |
4-6 |
360 |
36 |
УДК-2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
24 |
Г |
1-7 |
- |
- |
УН-102 |
0,12 |
- |
- |
0,02-0,4 |
- |
- |
- |
- |
- |
7,0-8,0 |
12 |
Г |
4 |
3000 |
835 |
Примечание: АЦ – ацетилен
ПБ – пропан-бутан
К – кислород
А – азот
ВЗ – воздух
В – вертикальное положение ствола
Г – горизонтальное положение ствола