книги из ГПНТБ / Ремонт машин инженерного вооружения учебник

порциями без образования постоянно существующей ванны рас­ плавленного металла.

В зону расплавленного металла через канал 4 насосом 11 по­ дается охлаждающая жидкость, благодаря чему уменьшается зона термического влияния до 0,5—0,8 мм и обеспечивается закалка рабочих поверхностей детали при наплавке высокоуглеродистыми проволоками. Невысокий нагрев детали (до 60—70°) уменьшает

еедеформацию.

Вкачестве охлаждающей жидкости применяют 4—6-процент­ ный раствор кальцинированной соды и 0,5% минерального масла или 15—20-процентный раствор технического глицерина. Эти при­ меси способствуют стабильности процесса наплавки и повышению

качества наплавленного металла.

Стабильность процесса и качество наплавленного металла зави­ сят от напряжения сварочного тока, индуктивности цепи 2 и по­ лярности тока. Хотя вибродуговую наплавку можно производить при напряжении от 4 до 30 в, восстановление деталей обычно ведут при напряжении 14—20 в и токе 80—300 а.

Установлено, что повышение напряжения увеличивает произво­ дительность процесса и термическое воздействие дуги на металл детали. Однако с увеличением напряжения возрастает выгорание углерода, марганца и других легирующих примесей, снижается твердость наплавленного металла, увеличивается разбрызгивание металла.

От величины индуктивности сварочной цепи зависит длитель­ ность горения сварочной дуги, устойчивость процесса и толщина наплавленного слоя.

В каждом цикле вибрации электрода различают периоды ко­ роткого замыкания, размыкания цепи и холостого хода. Длитель­ ность периодов не одинакова. При малой индуктивности свароч­ ной цепи из всего периода вибрации проволоки продолжитель­ ностью в 0,01 сек холостой ход занимает 60—70% времени, пе­ риод короткого замыкания 2,5—3 • 10-3 сек и период размыкания 1• 10~3 сек. В момент короткого замыкания сварочной цепи на­ пряжение источника тока резко падает почти до нуля, а ток на­ растает до 1100—1300 а (при среднем значении его в цепи 180 а). Плотность тока достигает 3 • 103 а!мм2.

В момент отрыва электрода от детали, (размыкание цепи) ток уменьшается, а напряжение увеличивается. При этом возникают кратковременные дуговые разряды и выделяется большое количе­ ство тепла (до 70%). Конец электродной проволоки в результате быстрого нагрева оплавляется и взрывается. При малой индуктив­ ности потери электродного материала на разбрызгивание дости­ гают 30—35%, а максимальная толщина наплавленного слоя не превышает 0,7—0,8 мм. Невелика при такой наплавке и прочность сцепления наплавленного слоя с основным из-за повышенной их окисляемости.

204

Для устранения этих недостатков в сварочную цепь вводят до­ полнительную индуктивность 2, представляющую собой включен­ ный последовательно в сварочную цепь сварочный регулятор (дроссель) РСТЭ-34 или РСТЭ-24. Включением в цепь перемен­ ного количества витков сварочного регулятора можно обеспечить переменную величину индуктивности цепи и тем самым регулиро­ вать режим наплавки.

При включении индуктивности процесс наплавки из прерыви­ стого контактно-искрового превращается в непрерывный контакт­ но-дуговой, при котором длительность периода разряда за счет токов самоиндукции увеличивается в 4—5 раз, а потери электрод­ ного материала снижаются до 6—8%. При наплавке с высокой индуктивностью производительность процесса и толщина слоя на­ плавки значительно повышаются и улучшается качество наплав­ ленного металла.

При вибродуговой наплавке в качестве источников сварочного тока чаще всего используют низковольтные генераторы постоян­ ного тока типа НД 1500/750, НД 1000/500 или НД 500/150, обычно применяемые на гальванических участках, или селеновые выпря­ мители ВСГ-ЗМ, ВСГ-ЗА.

Наплавочная головка, как и при наплавке под слоем флюса, ус­ танавливается на суппорте токарного станка. Для уменьшения ско­ рости вращения детали при круговой наплавке применяют редук­ тор, снижающий скорость вращения детали до 2—3 об/мин.

На ремонтных предприятиях большое распространение получи­ ла наплавочная головка ГМВК-1ВИМ с механическим вибратором, характеристики которой приведены в табл. 43.

В последнее время разработаны новые конструкции головок (ГМВК-2ВИМ, универсальная головка А. М. Балабанова, КУМА5М, ВГ-5 и др.), которые допускают наплавку не только наруж­ ных, но и внутренних и торцовых поверхностей деталей.

Вибродуговой наплавкой целесообразно восстанавливать ци­ линдрические (диаметром более 15 мм) как термически обрабо­ танные, так и термически не обработанные детали, например, шейки валов редукторов, коробок передач и распределительных коробок, посадочные места подшипников качения, крестовины дифференциала и др.

К недостаткам этого способа следует отнести весьма неравно­ мерную твердость наплавленного металла, обусловленную неодно­ родностью его структуры (от мартенсита до сорбита) из-за тер­ мического воздействия последующих валиков на предыдущие. В наплавленном металле по границам сплавления отдельных вали­ ков встречаются поры и окислы. Большие внутренние растягиваю­ щие напряжения, возникающие в покрытии, и дефекты структуры в виде трещин, пор и окислов резко снижают усталостную проч­ ность восстановленных деталей. Прочность сцепления наплавлен­ ного металла с основным несколько ниже, чем при других спосо­ бах наплавки.

205

Т а б л и ц а 43

Технические характеристики установки ГМВК-1ВИМ

поперечное

Технология автоматической и полуавтоматической наплавки деталей

Технологический процесс автоматической наплавки деталей включает подготовительные операции, наплавку и заключительные операции.

При выполнении подготовительных работ производится механи­ ческая обработка детали для придания ей соответствующей гео­ метрической формы, очистка от грязи, ржавчины и масла. Наличие на наплавляемых поверхностях масла, влаги или ржавчины вле­ чет появление большого количества прр и худшее формирование шва.

206

Кроме того, при подготовке устанавливают соответствующую скорость подачи электродной проволоки, окружную скорость, по­ ложение электрода относительно наплавляемой поверхности, его вылет, амплитуду вибрации и т. д. Закрепляют деталь в патроне, устанавливают соответствующие защитные и флюсоудерживающие устройства, подготавливают к наплавке электродную проволоку и материалы, обеспечивающие защиту дуги (флюс, газы).

При наплавке детали постоянно контролируется качество на­ плавки, наплавленный металл очищается от шлаковой корки. При всех отклонениях от режима наплавки установка останавливается и производится ее перенастройка с целью получения оптимального режима и высокого качества наплавленного валика.

При выполнении заключительных операций производят меха­ ническую обработку восстановленных деталей на номинальный размер, термическую обработку (при необходимости) и контроли­ руют качество наплавленных поверхностей.

Для получения наплавленного металла, отвечающего условиям работы восстанавливаемой детали по механической прочности, из­ носостойкости, твердости и другим характеристикам, имеет значе­ ние правильный выбор электродного материала.

При автоматической наплавке под флюсом деталей, изготовлен­ ных из сталей 20, 30 и 35, а также незакаленных сталей 45 и 40Х, можно применять сварочные проволоки марок Св-18ХГСА, Св-ЗОХГСА, Св-18ХМА, Св-12Г2Х или проволоку из стали 45.

Закаленные детали (ТВЧ) наплавляют этими же марками про­ волок, подвергая их затем закалке и отпуску. При использовании этих электродных материалов может быть получен наплавленный металл твердостью 180—220 НВ без термической обработки и 400—450 НВ после термообработки.

При наплавке под флюсом деталей проволокой Р-1 или ОВС (0,5—0,8% С) получают наплавленный металл твердостью 250— 350 НВ.

При необходимости получить наплавленный металл с более высокой степенью легирования применяют либо серийную порош­ ковую проволоку (табл. 39), либо состав порошковой проволоки рассчитывается по методике, изложенной в специальной литера­ туре. При расчете состава шихты порошковой проволоки необхо­ димо учитывать коэффициент выгорания легирующих добавок при наплавке (для углерода 0,4—0,5, для хрома — 0,8—0,9, для бора —

0,5—0,6 и т. д.).

В последнее время в качестве электродного материала для на­ несения износостойких покрытий на ножи, зубья и катки при на­ плавке под флюсом стала использоваться чугунная лента толщи­ ной 0,8—1 мм и шириной 60—80 мм, изготовленная способом жид­ кого проката.

При наплавке неответственных деталей широко применяется низкоуглеродистая проволока Св-08А, обеспечивающая твердость наплавленного металла 120-130НВ.

207

При автоматической наплавке чаще всего используются флюсы АН-348А и ОСЦ-45, выпускаемые нашей промышленностью серий­ но. Другие составы флюсов могут быть получены лишь по спе­ циальным заказам, либо изготавливаются заводами для собствен­ ных нужд.

Для восстановления термически обработанных деталей вибродуговой наплавкой применяют проволоку с достаточно высоким содержанием углерода (0,7—0,8%) — Р-1, ПК или ОВС, обеспечи­ вающие высокую поверхностную твердость при наплавке с охлаж­ дающей жидкостью (до 40—50 HRC).

Твердость 20—40 HRC обеспечивается при применении проволо­ ки с содержанием углерода 0,4—0,5% (45Г, 50Г, Св-ЗОХГСА). При наплавке деталей из серого и ковкого чугуна используются прово­ локи марки Св-08, Св-ЮГ и др.

Расчет режимов механизированных способов наплавки

При разработке технологического процесса наплавки деталей механизированным способом необходимо определить ряд геомет­ рических, электрических и кинематических параметров, обеспечи­ вающих устойчивый процесс наплавки и высокое качество наплав­ ленного металла.

К геометрическим параметрам относятся: размеры детали или площадь ее наплавки, толщина слоя наплавки, диаметр электрод­ ной проволоки и положение электрода относительно детали (углы установки электрода).

Толщину слоя наплавляемого металла можно определить из выражения

h =5' + о" мм,

где 8' — износ детали на сторону (с учетом механической обра­ ботки для придания детали правильной геометрической формы при подготовке ее к наплавке), мм;

о" — припуск на механическую обработку, мм (при автомати­ ческой наплавке 6"=1-~1,5 мм).

Диаметр электродной проволоки d3 регламентируется возмож­ ностями наплавочной головки и источника тока, габаритами детали и способностью ее воспринимать нагрев при наплавке. Чаще всего при наплавке под слоем флюса применяется проволока диаметром 1,8—2,5 мм, а при вибродуговой наплавке— 1,2—2,0 мм. С целью повышения производительности целесообразно стремиться к уве­ личению диаметра проволоки, если отсутствует возможность про­ жога наплавляемой детали.

При наплавке порошковой проволокой открытой дугой приме­ няют проволоку диаметром 3,0—3,5 мм.

Качество наплавки в значительной степени зависит от поло­ жения электрода относительно детали, определяемого углами ус­ тановки, вылетом и смещением.

208

При автоматической наплавке под слоем флюса цилиндриче­ ских и плоских поверхностей электрод подводится к детали сверху вертикально так, чтобы расплавленный металл и шлак не стекали с детали. При наплавке деталей диаметром 80—300 мм необхо­ димо смещение электрода на 10—20 мм в сторону, противополож­ ную вращению детали для предотвращения стекания наплавленно­ го металла (см. рис. 84).

При наплавке галтелей про­ изводится поперечная коррекция мундштука наплавочной уста­ новки при помощи корректора на угол, равный 15—20°.

Вылет электрода а (расстоя­ ние от конца токоведущего нако­ нечника до детали) устанавлива­ ется в зависимости от диаметра электродной проволоки

Малая амплитуда колебания влечет образование шероховатой поверхности наплавленного металла и наплывов, а излишне боль­ шая— интенсивное разбрызгивание металла. Оптимальная величи­ на амплитуды А — 1,0-;-1,2 da.

Вертикальный угол а принимается равным 35—45°, горизон­ тальный р—70—90°. От величины р зависит свариваемость наплав­ ленных валиков между собой и с основным металлом. С увеличе­

нием р свариваемость наплавленных валиков с основным метал­ лом увеличивается, а свариваемость между валиками ухудшается, а при уменьшении р — наоборот.

При полуавтоматических способах наплавки (в углекислоте, порошковой проволокой или с применением намагничивающего флюса) относительное положение электрода и наплавляемой де­ тали рекомендуется такое же, как и при ручной электродуговой наплавке.

При расчете электрических параметров процесса наплавки не­ обходимо определить величину сварочного тока, напряжение и полярность.

При большом сварочном токе возрастает общий объем расплав­ ленного металла и увеличивается глубина проплавления, металл перегревается, его твердость уменьшается, ухудшается отделяемость шлаковой корки при наплавке под флюсам и формирование валика. При малом сварочном токе наблюдается обрыв дуги и поэтому не обеспечивается достаточная плотность наплавленного металла.

С повышением напряжения дуги при постоянной величине сва­ рочного тока и скорости сварки увеличивается количество тепла, выделяемого на единице длины валика, и ширина валика.

Оптимальную величину силы тока I при наплавке под флюсом

Напряжение при автоматической наплавке под флюсом выби­ рают равным 28—32 с тем, чтобы уменьшить выгорание легирую­ щих примесей.

Наплавку деталей механизированными способами (автоматиче­ скими и полуавтоматическими) для уменьшения глубины проплав­ ления основного металла и температурного воздействия на деталь производят током обратной полярности.

При расчете кинематических параметров процесса автоматиче­ ской наплавки определяют скорость подачи электродной проволо­ ки уэ, окружную скорость наплавки vH, шаг наплавки за один оборот и число оборотов шпинделя станка наплавочной, уста­ новки п.

210

При механизированной наплавке скорость подачи электродной проволоки определяется из условия ее расплавления установлен­ ным сварочным током

(2.27)

По этой же формуле определяется скорость подачи электродной проволоки при всех способах механизированной наплавки.

Коэффициент наплавки в этих расчетах можно принимать в соответствии с табл. 44. При автоматической наплавке под слоем флюса коэффициент наплавки, кроме того, может быть найден из следующей эмпирической зависимости:

Вычисленную по этим зависимостям скорость подачи электрод­ ной проволоки сравнивают с возможностями механизма подачи наплавочной головки и устанавливают значение, ближайшее к рас­ четному.

Окружная скорость наплавки. При большой скорости наплавки может нарушаться сплошность наплавленного валика, а при ма­ лой наплавленный валик плохо формируется и, кроме того, тол­ щина слоя наплавки будет больше требуемой.

Скорость наплавки может быть найдена из сравнения объемов металла, поданного механизмом подачи и наплавленного на деталь в единицу времени

^ П О Д ж наши

Выразив объемы через скорость подачи проволоки и окружную скорость наплавки, с учетом угара металла электродной проволо­ ки получим

(2.29)

211

тической наплавке определяется по эмпирическим зависимостям. При наплавке под флюсом sCT= (2 --3)da; при вибродуговон на­

плавке sCT=(l,6-;-2)cf3.

Кроме определения указанных выше параметров иногда произ­ водят нормирование процесса наплавки детали, т. е. определение основного времени наплавки, расхода проволоки, флюса, электро­ энергии и производительности процесса наплавки.

Основное время наплавки Т0 может быть определено из выра­

подачи электрода. Общая длина проволоки, поданной механизмом подачи за время Т0, составляет

212

Рис . 96. График выбора режима полуавтоматической наплавки

Расход электроэнергии W можно определить из следующего выражения:

Для ускорения расчета параметров технологического процесса иногда применяются номограммы (рис. 96), таблицы и графики, значительно упрощающие выполнение этой работы.

213