Сборник лабораторных работ по дисциплине «Технологические процессы реновации (способы сварки и наплавки)» (120

Наплавку ведут непрерывной электродной проволокой, на которую специальным устройством подается магнитная шихта и за счет собственного магнитного поля сварочной цепи налипает на нее, образуя покрытие, аналогичное электродному.

Для обеспечения налипания шихты на электродную проволоку в состав шихты вводятся ферромагнитные элементы: железный порошок и феррохром.

Технологические возможности

иобласть применения дуговой наплавки

сиспользованием ферромагнитной шихты

Данный способ применяется для восстановления изношенных деталей из чугуна и легированных сталей повышенной прочности, позволяет производить широкослойную и винтовую наплавку, при этом высота наплавленного слоя составляет 1…7 мм.

Кроме того, способ обеспечивает устойчивое горение дуги при малых сварочных токах (120…190 А) и минимальную глубину проплавления без значительных деформаций восстанавливаемых деталей, а также требуемую твердость наплавленного слоя в пределах HRC 48…54 без последующей термообработки.

Дуговая наплавка позволяет получать наплавленный слой высокого качества без пор, трещин, несплавлений и шлаковых включений.

При этом способе наплавки можно использовать сварочные источники как постоянного, так и переменного тока.

Дуговая наплавка применяется для восстановления и упрочнения деталей металлургического производства (валки прокатных станов, штанги манипуляторов, плунжеры прессов), а также для восстановления опорных катков и натяжных колес гусеничных машин, деталей автомобилей (шкивы, диски сцеплений, коленчатые валы), деталей и узлов эскалаторов метрополитена (приводные звездочки, тормозные барабаны).

Наплавочные материалы

Материалами, используемыми при дуговой наплавке, являются сварочная проволока и шихта.

21

В качестве электродной проволоки применяется обычная сварочная проволока марок Св-08, Св-08А, Св-08ГС и других диамет-

ром 1,2…1,6 мм.

Например, маркировка Св-08ГС означает: сварочная проволока, содержащая 0,08 % углерода, около 1,5 % марганца и около 1 % кремния.

Защита дуги и сварочной ванны осуществляется ферромагнитной шихтой, в состав которой входят компоненты, используемые при изготовлении защитно-легирующего покрытия сварочных электродов.

Ферромагнитная шихта — это гранулированная спеченная смесь замешанных на жидком стекле тонкомолотых материалов с размером частиц не более 0,4 мм. В состав шихты входят следующие компоненты: углерод, ферротитан, феррохром, феррованадий, мрамор электродный, плавиковый шпат, силикат щелочного металла, порошок железа.

Варьируя процентное содержание входящих в шихту компонентов, можно в широком диапазоне изменять свойства наплавленного слоя в зависимости от требуемых механических и эксплуатационных характеристик.

Феррохром, ферротитан, феррованадий и углерод в совокупности позволяют получить наплавленный слой повышенной прочности и износостойкости без последующей термообработки в результате образования структуры мартенсита или перлита с карбидами хрома, ванадия, титана, обладающей более высокой по сравнению с карбидами железа твердостью.

Сравнительная характеристика твердости карбидов, входящих в состав наплавленного слоя, приведена в табл. 3.1.

22

Кроме того, ферротитан, феррохром и феррованадий способствуют раскислению расплавленного металла и измельчению структурных составляющих наплавленного слоя, что снижает вероятность образования трещин в процессе восстановления поверхности детали.

Электродный мрамор и плавиковый шпат, входящие в состав шихты, обеспечивают защиту расплавленного металла от воздействия атмосферы и способствуют связыванию и удалению в шлак серы, фосфора и водорода.

Материалы, оборудование и инструменты, необходимые для выполнения лабораторной работы

Материалы:

1)заготовка типа «вал»;

2)сварочная проволока диаметром 1,6 мм;

3)ферромагнитная шихта;

4)шлифовальная шкурка. Оборудование и инструменты:

1)установка марки УД-209УХЛЧ;

2)сварочный источник постоянного тока — выпрямитель

ВДУ-506 с крутопадающей характеристикой;

3)технологическая оснастка;

4)штангенциркуль, микрометр;

5)молоток слесарный, молоток сварщика, зубило, металлическая щетка, напильник;

6)лупа с четырехкратным увеличением.

Схема установки для дуговой наплавки с применением ферромагнитной шихты приведена на рис. 3.1.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.Закрепить заготовку 8 во вращателе 1 с помощью планшайбы 2 и задней бабки 9 (см. рис. 3.1).

2.Засыпать в бункер 4 ферромагнитную шихту и проверить ее расход, для чего открыть кран-дозатор 5 и в течение 10 с набирать

вспециальную емкость высыпающуюся шихту.

23

Рис. 3.1. Схема установки для дуговой наплавки с применением ферромагнитной шихты:

1 — вращатель; 2 — планшайба; 3 — барабан с проволокой; 4 — бункер; 5 — кран-дозатор; 6 — опорный столик; 7 — механизм колебаний сварочной головки; 8 — заготовка; 9 — задняя бабка

3.Взвесить массу шихты. Требуемый расход шихты составляет 70 г/мин. Отрегулировать расход шихты краном-дозатором.

4.Включить установку.

5.Проверить наличие сварочной проволоки в барабане 3 и установить с помощью реостата скорость подачи 3 м/мин.

6.Установить вылет электродной проволоки 35…37 мм с помощью толчковой кнопки.

7.Установить смещение сварочной головки от зенита деталей

типа тел вращения равным 0,2dзаг (dзаг — диаметр заготовки, мм) с помощью перемещения опорного столика 6.

8.Включить механизм колебаний сварочной головки 7.

9.Установить с помощью реостата амплитуду колебаний в

пределах aк = 15…30 мм и частоту колебаний сварочной головки 100 колебаний в минуту.

10.Установить с помощью реостата начальную скорость вращенияVвращ детали в зависимости от еедиаметра (0,5…1,0 об/мин).

11.Включить источник тока и установить требуемое напряжение холостого хода Uх.х.

24

12.Включить установку в рабочий режим: открыть крандозатор, запустить подачу сварочной проволоки и выполнить наплавку по всему диаметру детали. Зафиксировать параметры режима: сварочный ток Iсв и напряжение на дуге Uд.

13.Закончить наплавку: отключить подачу проволоки, закрыть кран-дозатор, отключить источник сварочного тока, отключить механизм колебаний сварочной головки, отключить вращатель.

14.Отбить шлак, зачистить наплавленный валик металлической щеткой и визуально оценить качество наплавки. Замерить ширину bн и высоту hн наплавленного слоя.

15.Скорректировать в случае неудовлетворительного качества наплавленного слоя (непровары, чешуйчатость, бугристость поверхности и т. п.) режимы наплавки и повторить наплавку до получения наплавленного слоя требуемого качества.

16.Записать результаты эксперимента в табл. 3.2.

Таблица 3.2

dзаг, мм Ux.x, В ICB, А Uд, В Vвращ, об/мин aк, мм bн, мм hн, мм

Содержание отчета

Отчет о работе должен включать:

1)описание физической сущности и схему процесса электродуговой наплавки с применением ферромагнитной защитнолегирующей шихты;

2)свойства наплавочных материалов;

3)технологическиевозможности и область примененияспособа;

4)таблицу результатов эксперимента;

5)выводы.

25

Работа № 4 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФЕРРОМАГНИТНОЙ ШИХТЫ

ДЛЯ ДУГОВОЙ НАПЛАВКИ ИЗНОСОСТОЙКОГО СЛОЯ

Цель работы — ознакомиться с условиями подбора состава ферромагнитной шихты, получить практическое представление о технологии изготовления шихты.

Особенности изготовления шихты

Состав ферромагнитной шихты подбирается исходя из следующих требований:

1)придание шихте магнитных свойств с целью обеспечения ее притягивания к сварочной проволоке под действием электромагнитных сил;

2)обеспечение стабильного горения дуги при малых значениях

тока наплавки (Iн = 140…220 А), что способствует уменьшению сварочных деформаций и напряжений;

3)получение бездефектного наплавленного слоя (без пор, трещин, шлаковых включений);

4)обеспечение необходимой износостойкости наплавленного слоя без дополнительных последующих технологических мероприятий (термообработка, упрочнение поверхностного слоя);

5)использование при изготовлении шихты дешевых и доступных материалов.

При наплавке для более полного протекания металлургических процессов в сварочной ванне необходимо обеспечить:

1)определенную грануляцию шихты и ее компонентов;

2)заданное процентное соотношение элементов, входящих в состав шихты;

3)спекание магнитных и немагнитных материалов. Материалы шихты с целью обеспечения налипания немагнит-

ных компонентов на магнитные компоненты просеиваются:

• магнитные — через сито № 315 (размер ячейки 0,315 мм);

• немагнитные — через сито № 18 (размер ячейки 0,180 мм). После просеивания компоненты взвешиваются в определенной пропорции и замешиваются на жидком натриевом стекле до полу-

26

чения влажной однородной массы. Для спекания магнитных и немагнитных материалов полученную влажную массу прокаливают в печи при температуре 400 °С до полного ее просыхания, после чего смесь подвергают дроблению и просеивают через сито № 4 (размер ячейки 0,4 мм).

Состав шихты

В состав шихты входят рудоминеральные материалы, ферросплавы, чистые металлы, химические продукты, силикаты.

Рудоминеральные материалы:

•мрамор — СаСО3 (СаСО3 — 92 %; остальные элементы —

MgO; SiO2; P; S);

•плавиковый шпат CaF2 (CaF2 — 95 %; остальные элементы —

SiO2; СаСО3; P; S).

Ферросплавы:

•феррохром FeCr (Сr — 65 %; остальные элементы — Fe; С; Si; P; S);

•феррованадий FeV (V — 35 %; остальные элементы — Fe; Mn; Si; C; Cu; Al; P; S);

•ферротитан FeTi (Ti — 28 %; остальные элементы — Fe; Al; Si; C; P; S).

Чистые металлы:

•порошок железный Fe (Fe — 98,5 %; остальные элементы — С; P; S).

Химические продукты:

•силикокальций (SiCa) (Ca — 20 %; Fe — 10 %; остальные элементы — Si; Al; C).

Силикаты:

•стекло натриевое жидкое (SiO2 — 32 %; Nа2O — 11 %; остальные элементы — Fe 2О3; AI2О3; CaO; SO3).

Элементы, указанные в скобках как остальные, расположены в порядке убывания их процентного содержания.

Магнитные свойства шихты обеспечиваются наличием в ее составе ферромагнитных материалов (Fe; FeCr; FeV).

Получение бездефектного наплавленного слоя обеспечивает-

ся наличием в шихте шлакообразующих (SiCa; СаСО3; CaF2) и раскисляющих (FeTi; FeV; SiCa) компонентов. В совокупности

27

SiCa; СаСО3; CaF2 обеспечивают защиту расплавленного металла от вредного влияния атмосферы (снижение вероятности порообразования и окисления) и способствуют связыванию и удалению в шлак ответственных за образование трещин таких элементов, как S, Р и Н. Являясь по сути раскислителями, SiCa также способствует легкому удалению шлаковой корки с поверхности наплавленного слоя, а FeTi и FeV — измельчению структурных составляющих наплавленного слоя, что, в свою очередь, снижает вероятность трещинообразования.

Компоненты FeCr; FeTi; FeV и С в совокупности позволяют получить наплавленный металл повышенной прочности и износостойкости без последующей термообработки в результате образования структуры мартенсита с карбидами хрома, ванадия, титана, обладающими более высокой по сравнению с карбидами железа твердостью.

Жидкое натриевое стекло выполняет функцию связующего компонента при изготовлении шихты и обеспечивает стабильное горение дуги на малых значениях токов.

При изготовлении шихты следует придерживаться строго определенного процентного соотношения составляющих компонентов.

Оборудование и инструменты, необходимые для выполнения лабораторной работы

Для изготовления ферромагнитной шихты используются:

1)муфельная печь для прокалки шихты;

2)весы для взвешивания компонентов шихты;

3)чаша и ступка для измельчения шихты и ее компонентов;

4)набор сит для просеивания шихты и ее компонентов;

5)лоток для замешивания и прокаливания шихты;

6)твердомер;

7)шлифовальный круг.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Просеять ферромагнитные компоненты (Fe; FeCr; FeV; FeTi) через сито № 315.

28

2.Измельчить и просеять немагнитные материалы (SiCa; СаСО3; CaF2) через сито № 18.

3.Определить массы компонентов шихты из расчета на 500 г готовой смеси по формуле

mк = Aк 500 / 100 %,

где mк — масса компонента шихты; Aк — процентное содержание компонента в шихте.

4.Замешать компоненты на жидком стекле до получения влажной однородной массы.

5.Прокалить полученную смесь в муфельной печи.

6.Раздробить полученную спеченную массу.

7.Просеять смесь через сито № 4.

8.Полученнуюшихтузасыпать в бункер наплавочной установки.

9.Выполнить наплавку контрольных образцов (лабораторная работа № 3).

10.Зачистить образцы шлифовальной машиной.

11.Определить значение твердости по HB.

12.Записать значения твердости шва в табл. 4.1.

Шихта № 1 (с расшифровкой состава)

Шихта № 2 (с расшифровкой состава)

Шихта № 3 (с расшифровкой состава)

Содержание отчета

Отчет о работе должен включать:

1) описание назначения и особенностей изготовления ферромагнитной шихты;

29

2)характеристики компонентов шихтовых материалов;

3)описание методики получения ферромагнитной шихты;

4)таблицу результатов экспериментов;

5)выводы.

30