Metod_2542

Такое же состояние наплавленного металла достигается при сварке пучком электродов (способ А.А. Назарова). Пучок, состоящий из медных и стальных прутков, которые имеют газошлаковую обмазку, обвязывается медной или стальной проволокой. Для обеспечения надежного контакта прутки свариваются между собой по торцу точечной сваркой.

Отличительной особенностью процесса при заварке дефекта пучком электродов является блуждающий характер горения дуги, что позволяет рассредоточить тепло на большой площади и обеспечить минимальное проплавление. Такая технология становится пригодной для восстановления тонкостенных чугунных корпусов.

Применяется сварка медно-никелевыми электродами МНЧ-1,

МНЧ-2 (разработчик Московский опытный электродный завод МПС). Для изготовления таких электродов используются сплавы типа «Монель», содержащие 65–75 % Ni, 27–30 % Cu, 2–3 % Fe и

другие элементы. Никель, как и медь, не растворяет в себе углерод, поэтому структуры с повышенной твердостью в наплавленном металле не образуются.

Повышенное содержание никеля, а также близость температур плавления сплава «Монель» и чугуна обеспечивают хорошую их сплавляемость. Однако сплав «Монель» имеет повышенную усадку, что ведет к образованию трещин. После наплавки валики сразу же проковывают молотком.

Сварка хромоникелевыми электродами АНЧ-1 разработана Институтом электросварки им. Е.О. Патона. Наплавленный металл имеет пониженную твердость и повышенную пластичность. В структуре сплава наблюдаются мелкозернистые участки меди и феррита. По указанным выше причинам трещины в наплавленном металле не образуются. Электроды изготавливаются из проволоки марок Св-04Х18Н9 или Св-04Х18Н9Т, снабженной медной оболочкой. Электроды имеют обмазку УОНИ 13/55. Содержание меди в электроде достигает 75–80 %.

Повышению пластичности металла шва способствует принадлежность сталей 04Х18Н9 и 04Х18Н9Т к аустенитному классу.

Для сварки железоникелевыми электродами ЦЧ-3, ЦЧ-3а (разработчик ЦНИИТМАШ) стержень электрода изготавливается из высоконикелевой сварной проволоки Св-08Н50 состава: 40– 60 % Ni, 60–40 % Fe.

113

Электродный материал хорошо сплавляется с чугунной матрицей, образует высокопрочное соединение без трещин.

В литературе можно встретить рекомендации по ведению сварки чугунных деталей [2, 8, 12, 18], изготовленных из серого чугуна, стальными и чугунными электродами. Однако сварные соединения или наплавленные слои металла, имеющие в большом количестве участки отбеленного и закаленного чугуна, плохо обрабатываются резанием. В металле шва и околошовной зоне встречаются трещины. Таким образом, холодная сварка стальными и чугунными электродами не обеспечивает высокого качества сварного соединения и часто технологический процесс характеризуется большой трудоемкостью основных и вспомогательных операций.

Для получения сварного соединения или наплавленного слоя высокого качества важное значение имеет правильная подготовка поверхности дефектного участка детали. Некоторые рекомендации по подготовке детали к сварке (наплавке) содержатся в табл. 3.3.

Режимы сварки чугуна должны обеспечивать минимальную глубину проплавления подложки. Для этого необходимо рассредоточить тепло дуги по всей зоне сварки путем наложения швов в определенном порядке. На рис. 3.9 приведена схема заварки трещины длиной более 200 мм биметаллическим электродом.

Рис. 3.9. Схема ступенчатой заварки трещины

Если трещина имеет длину более 200 мм, ее условно делят на участки длиной 100–150 мм. В данном случае таких участков три: I, II и III. Валики накладываются по схеме 1–2–3–4–5–6–7–8–9, длина их достигает 10–100 мм. При этом необходимо обеспечить небольшое перекрытие валиков. Такую заварку трещины называют обратноступенчатой. Разделку трещины заполняют наплавляемым металлом в последовательности, обеспечивающей отжиг предыдущего валика теплом последующего, т.е. с перекрытием соседних валиков по ширине примерно на 30 % (рис. 3.10).

114

Таблица 3.3

Трещины, имеющие длину менее 100 мм, заваривают в одном направлении короткими валиками.

После наложения валика 1 на участке I (см. рис. 3.9) место сварки нужно охладить до температуры 60–70 °С, прежде чем приступить к заварке следующего участка II, и т.д. Сразу же после обрыва дуги и удаления шлака выполняется проковка шва ударами молотка.

115

Рис. 3.10. Последовательность наложения швов при заварке трещины биметаллическим электродом

Проковка размельчает зерно наплавленного металла, устраняет поры и раковины, частично снимает внутренние напряжения.

Ориентировочные режимы электродуговой сварки чугуна приведены в табл. 3.4.

Полуавтоматическая сварка чугуна самозащитной проволокой ПАНЧ-11 сплошного сечения разработана Институтом электросварки им. Е.О. Патона для сварки деталей, изготовленных из серого, ковкого и высокопрочного чугуна. Сварка ведется на сварочных полуавтоматах типа А-547-У. Проволока ПАНЧ-11 не требует защитного газа, так как ее химический состав предусматривает содержание элементов, защищающих жидкую ванну от кислорода и азота воздуха. Способ характеризуется хорошим формированием наплавленного валика. Режимы полуавтоматической сварки чугунных деталей проволокой ПАНЧ-11 представлены в табл. 3.5.

Из табл. 3.5 видно, что при полуавтоматической, как и при ручной электродуговой сварке, сохраняется необходимость равномерного прогрева чугуна в зоне сварки. Для этого с увеличением толщины стенки детали скорость сварки (наплавки) уменьшается.

Наряду с рассмотренными способами сварки серого чугуна научно-исследовательскими коллективами ВНИИАвтогенмаша, НИИАТа и другими разработаны технологические процессы устранения дефектов чугунных деталей низкотемпературной пайкой (сваркой), высокотемпературной пайкой, газопорошковой наплавкой и др.

3.2.5. Устранение дефектов деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов

Для изготовления деталей строительных, дорожных и путевых машин в моторостроении, в автомобильной и тракторной промышленности широкое распространение получили алюминиевые литейные сплавы-силумины, сплавы алюминия с кремнием.

Эти сплавы характеризуются высокими литейными свойствами, хорошо обрабатываются резанием, обладают высокой прочностью и коррозийной стойкостью.

Однако сварка алюминиевых сплавов сопряжена с определенными трудностями, обусловленными их физико-химическими свойствами.

Алюминий обладает высокой химической активностью при взаимодействии с кислородом, что приводит к образованию окисной пленки Al2O3. Эта пленка по своим теплофизическим свойствам сильно отличается от основного металла. Окисная пленка имеет температуру плавления около 2050 °С, в то время как чистый алюминий плавится при температуре 660 °С.

Плотность окисла Al2O3 равна 3,85 г/см3, а основного металла

— 2,70 г/см3. При сварке тугоплавкая и тяжелая окисная пленка может опуститься на дно сварочной ванны или закристаллизоваться в наплавленном металле в виде неметаллических включений, в результате будет нарушена сплошность наплавленного металла или не обеспечено сплавление основного и присадочного металлов.

Таким образом, при сварке или наплавке алюминиевых деталей удаление или разрушение пленки Al2O3 является обязательным.

117

Другим распространенным и трудноустранимым дефектом при сварке алюминиевых сплавов является наличие горячих и холодных трещин.

Горячие трещины (рыхлоты) появляются вследствие большой усадки при кристаллизации сплава, главным образом в зоне дендритных кристаллов.

Холодные трещины образуются при охлаждении сплава в твердом состоянии, т.е. после завершения процесса кристаллизации под действием напряжений растяжения. Причиной возникновения напряжений является большой коэффициент линейного

расширения (0,24 мм/(м град)) алюминиевых сплавов. Уменьшить величину усадки алюминиевого сплава и снизить степень напряженности можно за счет уменьшения скорости кристаллизации и охлаждения, т.е. за счет предварительного нагрева детали (объемного или местного), а также размельчением зерна проковкой шва при температуре 400–560 °С.

Пористость шва образуется за счет насыщения жидкой ванны

Теплопроводность алюминия равна 0,52 кал/(см2 с град), это почти в 3 раза больше, чем у малоуглеродистой стали.

Основными методами устранения дефектов в деталях, изготовленных из алюминиевых сплавов, являются следующие виды сварки: газовая, электродуговая и аргонно-дуговая.

Газовая сварка (наплавка). В качестве горючего газа используется ацетилен С2Н2. Возможно применение пропан-бутановой смеси.

118

Пламя при сварке алюминиевых сплавов должно быть нейтральным или слегка науглераживающим, т.е.

C2H2 1,0...1,1. O2

Для раскисления жидкого металла и удаления образовавшихся окислов применяются флюсы, представляющие собой смеси хлористых и фтористых солей щелочных металлов (Na, K, Li, Ba).

При этом пленка Al2O3 разрушается с образованием летучего соединения AlCl3, которое имеет температуру возгонки 183 °C и низкую плотность — 2,4 г/см3.

Химсостав флюсов, рекомендуемых для сварки и наплавки алюминиевых сплавов, приведен в табл. 3.6, по данным [25].

Таблица 3.6

Для магниево-алюминиевых сплавов присутствие во флюсе натрия недопустимо, поэтому применяются фтористые соединения щелочных элементов. Например, один из флюсов, рекомендуемых для сварки таких сплавов, имеет состав, %:

119

Флюс вводится двумя способами: путем обмазывания прутка флюсом на длину 200–250 мм (связующим может быть вода или спирт) или путем окунания разогретого присадочного прутка во флюс. При сварке флюс вместе с присадочным металлом плавится и вносится в жидкую ванну.

Присадочный материал должен иметь тот же химический состав, что и свариваемый сплав. Это главное правило выбора присадочного материала при газовой сварке алюминия.

Для сварки, устранения дефектов корпусных деталей, отлитых из силумина, широко применяется проволока из высококремнистого алюминиевого сплава Св-АК5, Св-АК10, Св-АК12, содержащая, соответственно, около 5, 10 и 12 % кремния. При выборе режимов сварки (табл. 3.7) необходимо предусмотреть снижение давления кислорода, что позволит предотвратить окислительные процессы в жидкой ванне.

Электродуговая сварка. Электросварку алюминия ведут неплавящимся (угольным) электродом на постоянном токе (по методу Н.Н. Бенардоса) и металлическим электродом (по методу Н.Г. Славянова) на переменном и постоянном токе.

Из перечисленных методов широкое распространение в ремонтном производстве получила сварка алюминия плавящимися электродами с покрытием на постоянном токе. Такая технология позволяет получить чистый, хорошо сформированный шов.

Электроды для сварки алюминиевых сплавов должны иметь стержень из алюминиевого сплава, близкого по химическому составу к свариваемому материалу. У стержня должна быть обмазка, компоненты которой обеспечивают раскисление алюминия и растворяют окисную пленку Al2O3.

Хорошее качество свариваемого шва обеспечивают электроды марки ОЗА-2 (разработчик — Московский опытный электродный

120

завод МПС). Эти электроды имеют стержень из проволоки марок Св-АК3 или Св-АК10 (ГОСТ 7871–75) и напрессованную тонкостенную обмазку. Состав обмазки электродов ОЗА-2 представлен в табл. 3.8.

Из табл. 3.8 видно, что в состав обмазки введены те же хлористые и фтористые соли щелочных элементов, которые составляют основу флюсов для газовой сварки. Поэтому разрушение окисной пленки имеет тот же механизм, что и при газовой сварке под слоем флюса.

Титан, входящий в состав обмазки, является раскислителем жидкого расплава, так как этот металл образует TiO.

Продукты облицовочной смеси (NаCl, KCl и др.) выпускаются в виде порошков. Криолит Na3AlF6 поставляется в виде мелкой грануляции.

В качестве связующего при изготовлении обмазок используются насыщенные растворы NaCl. Упрочняющей добавкой в связующем растворе является целлулоидный клей.

Жидкое стекло Na2SiO3 в качестве связующего использовать нельзя, так как происходит щелочная реакция его с алюминиевым стержнем.

Электроды перед сваркой прокаливают при температуре 200– 230 °С в течение 1,0–1,5 ч для удаления влаги из обмазки. Коэф-

фициент наплавки электродами ОЗА-2 составляет 6,25–6,50 г/(А ч), наплавленный металл по содержанию кремния (4,5–5,5 %) соответствует силуминам.

Режимы ручной электродуговой сварки электродами ОЗА-2 (табл. 3.9) выбираются в зависимости от толщины металла [25].

121

Данные табл. 3.9 свидетельствуют о том, что правила выбора величины тока остаются общими для электросварки, т.е. сварочный ток зависит главным образом от диаметра электрода.

Как отмечалось выше, для электродуговой сварки применяется постоянный ток обратной полярности. Это позволяет предохранить от перегрева свариваемый металл и предотвратить его прожоги в зоне сварки.

Сварка при обратной полярности обеспечивает стабилизацию дуги: в межэлектродном пространстве идет интенсивная ионизация газа. При обратной полярности не требуется очистка свариваемого металла от окислов, так как на катоде (детали) идет разрушение пленки Al2O3 за счет катодного распыления.

Напряжение дуги принимается примерно таким же, как при сварке стали, и составляет 20–28 В, хотя длина дуги несколько увеличена (см. табл. 3.10).

Скорость электродуговой сварки алюминиевых сплавов в несколько раз превышает скорость сварки стали и составляет 240–

360м/ч.

Аргонно-дуговая сварка алюминиевых сплавов. Эта техноло-

гия сварки имеет некоторые преимущества перед газовым и электродуговым методами, и основное из них — высокое качество сварных соединений и наплавленного металла, которое достигается за счет защиты жидкой ванны от кислорода воздуха инертным газом аргоном Ar.

Повышению качества сварочно-наплавочных работ с применением защитного газа способствует устойчивое горение дуги.

Электроды применяют как плавящиеся, так и неплавящиеся (вольфрамовые). Последние применяются чаще.

При аргонно-дуговой сварке применяют вольфрамовые прутки марки ВА-1, а также тарированные вольфрамовые прутки марки ВП1 (ТУ МРТП 0-012-612).

122