книги из ГПНТБ / Ремонт машин инженерного вооружения учебник

Сварку металлов толщиной до 3 мм рекомендуют вести левым способом; а при большей толщине — правым способом.

При газовой наплавке металл подвергается менее сосредото­ ченному нагреву, чем при электродуговой наплавке, и поэтому зона термического влияния больше. В металле возникают значи­ тельные термические и усадочные деформации и коробления. Кроме того увеличивается возможность перегрева и пережога металла.

Учитывая эти особенности процесса, большое внимание уде­ ляют выбору мощности сварочной горелки. Для предотвращения коробления детали применяют предварительный общий нагрев де­ тали (особенно из легированной стали и чугуна) и медленное ох­ лаждение. После наплавки детали подвергают механической обра­ ботке на металлорежущих станках. После наплавки деталей изно­ состойкими наплавочными смесями детали обрабатывают абразив­ ными кругами или на шлифовальных станках.

Режим газовой сварки и наплавки зависит от скорости сварки и 1 еометрических параметров шва; исходя из этих параметров ус­ танавливают угол наклона наконечника горелки, мощность пламе­ ни и диаметр присадочной проволоки.

Положение мундштука по отношению к свариваемым поверх­ ностям определяется в основном толщиной свариваемых листов и теплофизическими свойствами металла. Мощность сварочного пла­ мени определяется часовым расходом горючего газа. Чем больше толщина металла, тем больше угол наклона мундштука и тем мощ­ нее должно быть сварочное пламя.

Часовой расход "ацетилена (л/час) определяют по формуле

для меди £а=150—200).

В зависимости от часового расхода ацетилена выбирается но­ мер наконечника сварочной горелки.

Диаметр присадочной проволоки при сварке стальных деталей выбирают на основании зависимостей:

— для левого способа сварки

(2.17)

— для правого способа сварки

(2.18)

Расход присадочного материала, г

ность широкого регулирования температуры нагрева детали и при­ садочного материала, обеспечивающая высококачественную свар­ ку и наплавку деталей, изготовленных из различных металлов (стали, чугуна, латуни, бронзы и др.).

К недостаткам этого способа следует отнести: применение отно­ сительно дорогих и иногда дефицитных газов — ацетилена и кис­ лорода, сравнительно большую зону термического влияния на де­ таль, громоздкость оборудования. Кроме того, газосварочные ра­ боты производятся сварщиками более высокой квалификации, а их выполнение на открытых площадках при низких температурах затруднительно.

164

Сварка деталей из серого чугуна

Для изготовления различных деталей широко применяют серый чугун. Из серого чугуна изготовляются многие сложные литые детали: блоки цилиндров, головки блоков, картеры, маховики, корпуса водяных и масляных насосов, картеры коробок передач и редукторов и др.

Наиболее распространенными дефектами указанных деталей являются различные трещины, отколы, пробоины, срыв или износ резьбы и т. п.

Заварка трещин в сложных по конфигурации деталях из серо­ го чугуна представляет определенные трудности из-за наличия гра­ фитовых включений, значительного содержания углерода и крем­

В процессе сварки чугуна в деталях возникают внутренние на­ пряжения вследствие высокого местного нагрева и быстрого ох­ лаждения. Результатом возникших напряжений может быть по­ явление трещин по шву, а иногда и в основном металле. Быстрое охлаждение ведет к отбеливанию чугуна, особенно в тонкостенных деталях. Чтобы избежать указанных явлений, сварку чугунных де­ талей ведут с подогревом и с последующим медленным охлажде­ нием.

Предва1рительный нагрев чугунных деталей производят в на­ гревательных печах,'специальных горнах, а иногда газовой горел­ кой.

Оптимальной температурой нагрева чугунных деталей является температура 600—650°. При таком нагреве и с последующим мед­ ленным охлаждением отбеливания и образования закаленных уча­ стков в чугуне не происходит и трещины не появляются.

Для заварки трещин в таких сложных деталях, как блоки ци­ линдров, целесообразно применять двухступенчатый нагрев блока до 200—250° С со скоростью до 600° С в час и окончательный нагрев до 600—650° С со скоростью до 1600° С в час. Исследования по­ казали, что двухступенчатый нагрев, проведенный при указанных скоростях, предупреждает появление трещин даже в наиболее на­ пряженных частях блока.

Нагретую деталь, подлежащую сварке, закрывают листовым асбестом (оставляя открытым место, подлежащее сварке) и уста­ навливают ее в горизонтальном положении во избежание растека­ ния расплавленного чугуна.

Газовую сварку чугуна ведут нейтральным пламенем или с не­ большим избытком ацетилена; сварочные горелки выбирают так, чтобы обеспечивалась мощность пламени из расчета расхода 1 0 0 — 120 л/час ацетилена на 1 мм толщины металла. В зависимости от объема сварочных работ можно применять горелки № 3, 4 или 5.

165

Температура детали к моменту окончания сварки не должна быть ниже 400° С. При более низкой температуре вследствие усад­

напряжений в чугунных деталях необходим отжиг. Установлено, что нагрев до 600—650° С при минимальной выдержке достаточен.

Расплавленный чугун усиленно поглощает кислород воздуха и покрывается пленкой окислов. Так как температура плавления чу­ гуна 1200° С, т. е. ниже температуры плавления его окислов (1400°С), то при сварке необходимо применять следующие флюсы: 1) бура (Na2B40 7); 2) смесь из 50% буры, 47% двууглекислого натрия (ЫаНСОз) и 3% окиси кремния (Si02); 3) смесь из 56% буры, 22% углекислого натрия (Na2C03) и 22% углекислого калия (К2СО3). Флюс вносят в ванну путем погружения в него нагретого конца присадочного прутка..

Наплавка твердых сплавов

При ремонте различной инженерной техники для повышения срока службы деталей могут использоваться различные твердые сплавы (,см. табл. 27), выпускаемые в виде литых прутков или трубчатых электродов ТЗ (карбид вольфрама в трубчатой обо­ лочке диаметром 6 мм при толщине стенки 0,5 мм). Наплавка ацетилено-кислородным пламенем порошкообразных сплавов за­ труднительна, так как при наплавке они сдуваются пламенем с наплавляемой поверхности.

Наплавка твердыми сплавами выполняется в следующем по­ рядке: подготавливается поверхность детали под наплавку, на­ плавляется слой твердого сплава нужных размеров и после этого производится обработка наплавленной детали (при необходимо­ сти).

Подготовка поверхности детали под наплавку заключается в очистке поверхности детали от ржавчины, масла и грязи и вос­ становлении размеров детали путем ее предварительной наплавки присадочным материалом, близким по химическому составу к ос­ новному материалу детали.

Наплавка твердых сплавов производится обычно на предвари­

плавлением основного металла. При этом необходимо применять флюсы.

При наплавке необходимо соблюдать следующие технологиче­ ские требования: расстояние от ядра пламени до поверхности на-

166

плавляемой детали должно быть 3— 6 мм; перегрев сварочной ванны не допускается; при перерывах в процессе наплавки горел­ ка должна отводиться плавно во избежание резкого охлаждения; толщина наплавленного слоя твердых сплавов не должна превы­ шать 2,5—3 мм для деталей, работающих при ударных нагрузках, и 4— 8 мм для деталей, работающих на истирание; по окончании наплавки детали должны медленно охлаждаться во избежание образования трещин. С этой целью детали сразу после наплавки помещают в нагретую печь и охлаждают вместе с печью или в песке.

Наплавка твердых сплавов на рабочие поверхности деталей производится в большинстве случаев вручную, газосварочными горелками.

В случае необходимости наплавленные детали обрабатываются обычно только шлифованием, кроме наплавки сормайт № 2 , кото­ рый хорошо обрабатывается механически после отжига при тем­ пературе 850—900° С.

Наплавка цветных металлов

Ацетилено-кислородное пламя очень часто применяют для на­ плавки цветных металлов и их сплавов: латуни, бронзы, антифрик­ ционных сплавов на детали, изготовленные из стали и чугуна. При наплавке цветных металлов необходимо учитывать следую­ щие их особенности: способность интенсивно окисляться в процес­ се наплавки с образованием тугоплавких окислов; интенсивное поглощение газов жидким металлом и интенсивное испарение металла, что приводит к образованию пор; значительный теплоот­ вод от места наплавки; большой коэффициент линейного расши­ рения и большую линейную усадку.

Наплавку цветных металлов возможно производить только с применением активных флюсов, раскисляющих сварочную ванну.

Наплавка латуни. Перед наплавкой поверхность наплавляемой детали должна быть обработана и тщательно очищена от ржав­ чины, грязи и масла. Основное затруднение при наплавке — испа­ рение цинка, что приводит к образованию пор в наплавленном металле. Для уменьшения испарения необходимо наплавку произ­ водить ацетилено-кислородным пламенем с избытком кислорода (окислительным пламенем) с отношением кислорода к ацетилену в горючей смеси 1,3—1,4. Конец ядра пламени должен находиться на расстоянии 7—10 мм от сварочной ванны. Для раскисления ванны и улучшения смачивания применяют флюсы на основе буры и борной кислоты. Флюс в зону сварки вносят путем погружения нагретого конца присадочной проволоки во флюс, а также допол­ нительной подачей флюса непосредственно в сварочную ванну. Присадочные проволоки по химическому составу должны соответ­ ствовать типу наплавляемого металла. Лучшие результаты дает дополнительное введение в присадочную проволоку кремния в

167

количестве до 0,5%, который является активным раскислителем при наплавке латуни. При наплавке слоя латуни на стальные де­ тали, содержащие свыше 0,4% углерода, последние перед наплав­ кой должны быть подогреты до 300—500° С. Наплавку желательно производить на всю толщину в один слой, избегая повторных под­ варок и многослойных валиков.

Наплавка бронзы. Основное затруднение — интенсивное выго­ рание легирующих элементов — цинка, олова и др. Поэтому на­ плавку необходимо вести восстановительным пламенем (с избыт­ ком ацетилена) с применением флюсов на основе буры и борной кислоты. При наплавке алюминиевых бронз используют флюсы, применяемые при сварке алюминия и его сплавов: смеси из фто­ ристых и хлористых солей натрия, калия и лития. При наплавке алюминиевых бронз на сталь можно рекомендовать флюс следую­

честве присадки используют бронзовые прутки диаметром 5— 8 мм, длиной 400—500 мм с химическим составом в соответствии с ти­ пом наплавляемого сплава. Лучшие результаты могут быть полу­ чены при введении в присадочную проволоку дополнительно до 0,5% кремния. Так же, как и латунь, бронзу наплавляют в один слой, без переплавлений.

Электродуговая ручная сварка и наплавка

Электродуговая сварка и наплавка применяются при ремонте элементов металлических конструкций, заварке трещин, для на­ плавки изношенных поверхностей деталей и т. д. Электросварку

производят угольным или металлическим электродом. При сварке угольным электродом (по способу Бенардоса) дуга возбуждается и горит между электродом и деталью (рис. 79,а), расплавляя'ме­ талл детали и присадочный пруток, за счет которого образуется сварной шов.

168

В отличие от предыдущего способа при сварке и наплавке ме­ таллическим электродом (по способу Славянова) дуга возбужда­ ется и горит между электродом и деталью.

В этом случае электрод является одновременно и присадочным материалом (рис. 79,6). Сварка и наплавка могут производиться как на постоянном, так и на переменном токе. Причем применение постоянного тока обеспечивает более устойчивую дугу, а наплав­ ленный металл более однороден и имеет лучшие прочностные ка­ чества.

Следует иметь в виду, что при этом способе сварки около 43% тепла выделяется на положительном полюсе и до 36% на отрица-

Р и с. 80. Схема присоединения проводов при _ сварке: а — присоединение на прямой полярности;

тельном полюсе, поэтому для лучшего прогрева ремонтируемых массивных деталей положительный полюс соединяют с телом де­ тали. Этот способ присоединения называют прямой полярностью, когда же к детали присоединяют отрицательный полюс, такой опособ называют обратной полярностью. Его применяют при восста­ новлении тонкостенных детален, деталей, изготовленных из леги­ рованных сталей, и при наплавке износостойких сплавов.

На рис. 80 приведены схемы соединения проводов при прямой и обратной полярности.

Для сварки и наплавки постоянным током используются пре­ образователи, состоящие из сварочного генератора постоянного тока и приводного электрического двигателя или двигателя внут­ реннего сгорания. Схема сварки постоянным током приведена на рис. 81.

Для лучшего возбуждения дуги и стабильного ее горения при меняющейся нагрузке сварочные генераторы должны иметь круто падающую характеристику (рис. 82,а).

169

Такие генераторы малочувствительны к коротким замыканиям и к изменениям длины дуги, которые весьма часты при ручной сварке и наплавке, кроме того они вырабатывают ток почти по­ стоянной величины.

На рис. 82,6 изображены характеристики генератора и дуги. По мере зажигания дуги напряжение от точки 1 падает до пересе­ чения с характеристикой генератора в точке 2, которая соответст­ вует началу отвода электрода от ванны.

Удаление электрода влечет удлинение дуги и возрастание на­ пряжения, характеризующееся кривой 2—3. Пересечение этой кри­ вой с характеристикой нормально горящей дуги (точка 3) соответ­ ствует напряжению устойчиво горящей дуги. Обычно генератор выбирается с такой характеристикой, чтобы ток короткого замы­ кания, возникший в нем, не превышал нормальный рабочий ток более чем в 1,5 раза.

Втабл. 29 приведены технические данные наиболее часто при­ меняемых сварочных преобразователей. В последнее время на ремонтных заводах наряду с преобразователями стали применять сварочные выпрямители, обеспечивающие высокую стабильность горения дуги, особенно при малом сварочном токе. Они более на­ дежны и просты в эксплуатации.

Сварочные выпрямители рекомендуется использовать при руч­ ной дуговой сварке изделий из тонкого металла, при сварке и на­ плавке в среде защитных газов и вибродуговой наплавке.

Технические данные выпрямителей приведены в табл. 30. Переменный ток для ручной сварки получают от внешней

электрической сети. Для понижения напряжения применяют сва­ рочные трансформаторы, характеристики которых приведены в табл. 31, а изменение сварочного тока осуществляют регулятором, обычно размещаемым в одном корпусе с трансформатором.

Для защиты от излучения сварочной дуги применяют маски или щитки.

Вщиток (или маску) вставляется светофильтр из цветного за­ щитного стекла ТС-3, прикрываемый снаружи обычным (оконным)

стеклом для защиты светофильтра от брызг металла. В Советском Союзе выпускаются светофильтры ТС-3 классов ЭС и ГС. Назна­ чение светофильтров дано в табл. 32.

Для повышения устойчивости сварочной дуги при применении источников переменного тока, особенно при сварке в струе аргона, иногда применяют осцилляторы, подключаемые параллельно со сварочным трансформатором. Осциллятор представляет собой ма­ ломощный искровой генератор высокочастотных затухающих ко­ лебаний. В нем напряжение промышленной частоты преобразуется в импульсы высокой частоты и напряжения, благодаря чему облег­ чается зажигание дуги и создаются лучшие условия повторного зажигания дуги при переходе значения сварочного тока через нуль.

Технические данные осцилляторов приведены в табл, 33.

171

Т а б л и ц а 29

Техническая характеристика сварочных преобразователей

Марка преобразователя

Параметры

ПСО-120 I ПС-300 | ПСО-ЗОО | ПС-500 I ПСО-500

Асинхронный короткозамкнутый двигатель

172