книги из ГПНТБ / Технология ремонта танков [учебник]

От амплитуды вибрации электрода зависит формирование на­ плавленного металла. Амплитуда вибрации конца электрода опре­ деляет длину, а следовательно, и напряжение электрического раз­ ряда. От длины и напряжения разряда зависит интенсивность про­ плавления проволоки. При малой амплитуде колебания электрода повышается шероховатость наплавленного металла и образуются наплывы. При увеличении амплитуды колебания электрода повы­ шается интенсивность проплавления и разбрызгивания металла. Оптимальную величину амплитуды колебания электрода устанав­ ливают в пределах 1,04-1,2 от диаметра электрода.

Охлаждение детали. Для предохранения от перегрева и коробле­ ния деталь в процессе виброконтактпой наплавки охлаждают 3 5%-ным раствором кальцинированной соды. От интенсивности ох­ лаждения и от места подачи жидкости зависит усталостная проч­ ность детали. При интенсивном охлаждении нагретого металла в зо­ не сварки образуются микротрещины. Основную массу охлаждаю­ щей жидкости рекомендуется подавать на некотором удалении от зоны наплавки; около 25—30% раствора направляют па наконечник и электродную проволоку, что предохраняет наконечник от перегре­ ва. Общий расход жидкости рекомендуется 0.2- -0,8 л/мин.

Учитывая металлургические и технологические особенности впброконтактной наплавки при ремонте танков, ее применяют для вос­ становления посадочных поверхностей гильз дизеля типа В-2, ста­ канов подшипников агрегатов трансмиссии и валиков малого диа­ метра при износе рабочих поверхностей не более 1.5 мм.

АЦЕТИЛЕНО-КИСЛОРОДНАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ

При газовой сварке металл нагревают за счет тепла, выделяю­ щегося при сгорании в кислороде горючих газов; ацетилена, паров бензина, паров бензола, водорода или светильного газа. Наиболь­ шая температура (3000—3300°С) выделяется при сгорании ацети­ лена в струе кислорода. Достаточно высокая (2500—2700°С) тем­ пература развивается при сгорании паров бензина и паров бензола.

Вследствие высокой температуры пламени и сравнительной лег­ кости получения ацетилена широкое применение получила ацетиле­ но-кислородная сварка.

Ацетилен (С2Н2) обладает следующими свойствами. При нагре­ вании до 400—500°С и давлении 1,5 кг/см2 ацетилен распадается ил составные части. В процессе распада ацетилена на углерод и во­ дород выделяется большое количество тепла.

238

С воздухом ацетилен образует взрывоопасные смеси. Поэтому требуется надежная герметизация аппаратуры для получения аце­ тилена и хорошая вентиляция рабочих помещений.

Это свойство ацетилена необходимо учитывать при обращении

с ним.

Исходным продуктом для получения ацетилена является карбид кальция (СаСз). Его получают путем сплавления извести с коксом в дуговых электрических печах при температуре 2000--2500°С. Рас­ плавленную массу охлаждают в изложницах, дробят до определен­ ной грануляции и упаковывают в герметизированные металличе­ ские барабаны.

Ацетилен получают из карбида кальция путем воздействия ил него водой

CaC2+ 2 H20 = C,HH-Ca (ОН),.

Теоретически при нормальной температуре и нормальном дав­ лении из 1 кг карбида можно получить 344,4 л ацетилена. Практи­ чески получают от 230 до 300 л ацетилена. Это объясняется тем, что карбид содержит примеси; кроме того, на поверхности кусков карбида всегда имеется гашеная известь—-продукт разложения карбида под влиянием влаги, содержащейся в воздухе.

Для получения ацетилена из карбида кальция применяют спе­ циальные ацетиленовые генераторы, которые по принципу действия подразделяются на пять систем: «карбид в воду», «вода на кар­ бид», «вытеснение воды», «погружение карбида» и «с получением сухой извести».

По давлению получаемого ацетилена генераторы разделяются

Производительность генераторов колеблется в широких преде­ лах. Производительность одпопостовых подвижных генераторов, которые применяются в ремонтных частях, равна 0,8—1,25 мЛ аце­

тилена в час.

Конструктивно различают: генераторы передвижные и стацио­ нарные.

В ремонтных частях применяют преимущественно передвижные генераторы низкого и среднего давления малой производительно­ сти.

Наиболее совершенным и малогабаритным является генератор МГВ-08 (рис. 137), которым комплектуют танкоремонтную мастер­ скую ЭГСМ-60. Этот генератор работает по системе погружения карбида в воду. Общая емкость генератора равна 35,5 л; произво­ дительность—-0,8 м3 ацетилена в час; предельно допустимое дав­ ление — 1,5 кг]см2.

Кислород, необходимый для газовой сварки и резки, достав­ ляется в баллонах с водяной емкостью 40 или 50 л.

Для смешивания горючего газа с кислородом в нужной пропор­ ции и образования концентрированного устойчивого пламени при­ меняют сварочные горелки.

239

В ремонтных частях наиболее широко используют горелки низ­ кого давления марки СУ.

Процесс газовой сварки может протекать нормально в том слу­ чае, если мощность сварочной горелки соответствует толщине сва­ риваемого металла и правильно отрегулировано пламя.

Свойства сварочного пламени. В зависимости от количественного соотношения поступающих в горелку ацетилена и кислорода разли­ чают три вида пламени: нормальное, науглероживающее (восстано­ вительное) и окислительное.

Для получения нормального пламени в горелку подают 1,15 объ­ емных частей кислорода и 1 объемную часть ацетилена. Для полно­ го сгорания 1 объема ацетилена требуется 2,5 объема кислорода. Не­ достающие 1,35 объема кислорода в зону пламени поступают из воз­ духа.

Рис. 137. Ацетиленовый генератор МГЧ-0,8:

1 — к о р п у с ; 2 — в о д я н о й з а т в о р ; 3 и 6 - т р у б к и ; 4 — в е н т и л ь ; 5 — к о р ­ з и н а ; 7 — г а з о о б р а з о в а т е л ь ( ш а х т а ) ; 8 — п р о м ы в а т е л ь

В нормальном ацетилено-кислородном пламени различают три зоны (рис. 138) соответствующие трем фазам сгорания ацетилена.

П е р в а я з о н а прилегает к наконечнику горелки, имеет ци­

240

линдрическую форму и называется ядром пламени. В этой зоне про­ исходит распад молекул ацетилена на углерод и водород

С2Н3-> 2С + Нг.

Благодаря наличию свободных частиц углерода, нагретых до температуры около 1000°С, ядро имеет ярко-белую окраску.

В процессе сварки не рекомендуется деталь нагревать ядром пламени, потому что оно имеет низкую температуру. Кроме того, наличие в ядре пламени свободного кислорода вызывает окисление металла.

В т о р а я з о н а пламени окружает ядро и называется свароч­ ной зоной. Длина этой зоны равна 5—10 мм. Во второй зоне про­ исходит процесс неполного сгорания углерода за счет кислорода, поступающего из горелки

2С- f 0 2-> 2СО.

2СО + Н2 + 1 ,5 0 , -»■ 2С 02 + Н20 .

Третья зона пламени защищает расплавленный металл от воз­ действия кислорода и азота воздуха, но производить сварку этой зоной пламени нельзя, так как температура ее низкая.

Науглероживающее пламя получают при избытке ацетилена, когда 0 2: С2Н2<1. По внешнему виду это пламя отличается удли­ ненным ядром. Вследствие недостатка кислорода в науглерожи­ вающем пламени распад ацетилена наблюдается во всех трех зо­

нах. Свободный углерод сварочной зоны в процессе сварки наугле­ роживает металл и поэтому последний приобретает хрупкость.

Температура науглероживающего пламени значительно ниже температуры нормального пламени.

Окислительное пламя получают при избытке кислорода, когда отношение Ог: СгН9> 1,15.

В окислительном пламени, содержащем избыток кислорода, про­ цесс неполного сгорания ацетилена происходит не только в свароч­ ной зоне, но и частично в ядре. Наличие свободного кислорода в сварочной зоне вызывает окисление металла в процессе сварки.

По наружному виду окислительное пламя характеризуется ко­ ротким ядром и фиолетовым оттенком. Общая длина окислительно­ го пламени значительно меньше длины нейтрального пламени.

Металлургические особенности процесса газовой наплавки. Осо­ бенность металлургического процесса газовой наплавки заключает­ ся в том, что металл подвергается воздействию продуктов сгорания газов сварочного, пламени. Состав продуктов сгорания газов, опре­ деляемый видом пламени, оказывает большое влияние на химиче-

Рнс. 139. Зависимость механических свойств наплавленного металла от вида пламени

ский состав, структуру и механические свойства наплавленного ме­ талла (рис. 139). Наилучшими механическими свойствами обладает металл, наплавленный нормальным пламенем.

При сварке нормальным пламенем ванночка расплавленного ме­ талла имеет чистую и плотную поверхность. В структуре стали, на­ плавленной науглероживающим пламенем, наблюдаются включения цементита (Fe3C), которые увеличивают твердость и хрупкость ме­ талла.

Наплавка окислительным пламенем сопровождается образова­ нием окислов, которые располагаются по границам зерен металла, и поэтому резко уменьшается предел его прочности и твердость.

Учитывая эти особенности, для сварки и наплавки стальных де­ талей применяют нормальное пламя. Науглероживающее пламя с небольшим избытком ацетилена применяют при сварке легко оки­ сляющихся металлов (чугун, марганцовистая сталь, алюминий и его сплавы). Окислительное пламя применяют лишь только при сварке латуни.

242

При газовой наплавке металл подвергается менее сосредоточен­ ному нагреву, чем при электродуговой наплавке, и поэтому зона термического влияния больше. В металле возникают значительные термические и усадочные деформации и коробления. Кроме того, увеличивается возможность перегрева и пережога металла. Учиты­ вая эти особенности процесса, большое внимание уделяют выбору мощности сварочной горелки.

На танкоремонтных предприятиях .газовую сварку применяют при ремонте деталей боевой укладки, баков, радиаторов и трубопрово­ дов. В ряде случаев она применяется при наплавке изношенных по­ верхностей деталей малого диаметра, а также для наплавки дета­ лей твердыми сплавами.

Выбор присадочного материала и флюса. При выборе присадоч­ ной проволоки руководствуются такими же требованиями, как и при выборе электрода при электродуговой наплавке.

При газовой сварке для защиты металла от окисления и для уда­ ления уже образовавшихся окислов применяют флюсы, которые вво­ дят в сварочную ванну в виде порошков или пасты.

Флюсы, применяющиеся при газовой сварке сталей и других ме­ таллов, можно разделить на две основные группы: флюсы, действую­ щие химически, и флюсы, действующие как физические раствори­ тели.

Химически действующие флюсы образуют с окислами легкоплав­ кие химические соединения.

Эти соединения обладают меньшим удельным весом, чем расплав­ ленный металл, и всплывают на поверхность ванны в виде шлака.

По характеру взаимодействия с окислами и по составу химически действующие флюсы подразделяют на кислые и основные.

В состав кислых флюсов входят: кварцевый песок (SiOa); борная

(К2С 03).

При выборе флюса в основном руководствуются следующим по­ ложением. Если окислы получаются кислые, то применяют основ­ ные флюсы. Если окислы металла основные (FeO, CuO и др.), то используют кислые флюсы.

Для сварки и наплавки стали применяют следующие кислые флюсы:

—борная кислота — 70% и углекислый натр — 30%;

—борная кислота — 50% и бура — 50%.

Если окислы не образуют химические соединения с флюсами, то применяют флюсы — физические растворители (фтористые и хло­ ристые соединения). Последние растворяют окислы и образуют шла­ ки, которые всплывают на поверхность расплавленной ванны. Флю­ сы — физические растворители применяют при сварке алюминие­ вых сплавов, так как окислы алюминиевых сплавов не вступают с кислыми флюсами в химические соединения.

Выбор мощности горелки. При газовой сварке выбор мощности горелки является столь же важным вопросом, как и выбор величи­ ны тока при электродуговой сварке.

От мощности горелки зависят скорость процесса сварки, величи­ на зоны термического влияния и прочность сварки.

Под мощностью горелки понимают ее пропускную способность в отношении ацетилена.

Необходимая мощность сварочной горелки определяется: толщи­ ной материала детали; температурой плавления и теплопроводностью металла.

Для определения мощности сварочной горелки пользуются фор­ мулой, учитывающей свойство металла,

G = Л5 л]ч,

где

G — расход ацетилена в л/<£;

5 — толщина свариваемого металла в мм; А — опытный коэффициент, определяющий потребное количе­

ство ацетилена в час для сварки определенного металла толщиной в 1 мм. Коэффициент А учитывает температуру плавления и тепло­ проводность металла; его принимают равным (в л/ч мм): для угле­ родистой стали— 100—120, для высоколегированной стали — 75, для чугуна — 150, для алюминиевого сплава 100 и для меди — 200.

ОСОБЕННОСТИ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ

Большинство деталей танков изготавливают из высокоуглеро­ дистых, легированных и высоколегированных сталей типа 18ХНВА, 40Х и др.

Высокоуглеродистые и высоколегированные стали относятся к группе сталей с ограниченной и плохой свариваемостью. Известно, что при повышенном содержании углерода понижается темпера­ тура плавления стали, поэтому возможен перегрев детали.

Повышенное содержание углерода и хрома уменьшает тепло­ проводность, вследствие чего растут внутренние напряжения в ме­ талле. Кроме того, высокое содержание хрома замедляет структур­ ные превращения.

При электродуговой сварке легированных сталей, получивших закалку и средний отпуск, в зоне термического влияния образуют­ ся слои закаленного металла. Это может привести к образованию продольных или поперечных трещин в такой зоне.

В процессе сварки легированных сталей выгорают легирующие элементы и образуются тугоплавкие окислы, что снижает механи­ ческую прочность наплавленного металла. Образование тугоплав­ ких окислов затрудняет соединение наплавленного металла с ос­ новным.

Склонность высокоуглеродистой и легированной стали к обра­ зованию горячих трещин объясняется наличием в них элементов,

244

увеличивающих устойчивость аустенита и замедляющих его распад в определенных температурных интервалах.

Из диаграммы распада аустенита (рис. 140) видно, что при бы­ стром охлаждении закаливающейся легированной стали, предва­ рительно нагретой до температуры Лс3, превращение аустенита за­ держивается. Например, при скорости охлаждения, соответствую­ щей кривым 1 и 2, распад аустенита начнется в точках а и в и за­ кончится в точках б и г. В результате превращений получим пер­ лит, сорбит или троостит, обладающие большей плотностью, чем мартенсит. Благодаря высокой температуре металла и малого из­ менения объема кристаллов при изотермическом превращении аустенита в перлит или сорбит в детали не возникают опасные внут­

ренние напряжения. При большей скорости охлаждения (кривая 3) превращение аустенита задерживается. Распад аустенита происхо­ дит в интервале е — д (около 200°С) и завершается образованием мартенсита, обладающего меньшей плотностью, чем аустенит, пер­ лит или сорбит. Вследствие того, что превращения аустенита в мартенсит происходят при низких температурах, когда сталь имеет) малую пластичность, в околошов.ной зоне возникают большие внутренние напряжения, вызывающие микроскопические трещины в основном металле.

При медленном охлаждении наплавленной детали уменьшается содержание мартенсита в зоне термического влияния; в металле не возникают значительные структурные внутренние напряжения.

?45

Зная характеристику данной стали, оптимальную скорость ох­ лаждения можно определить, пользуясь диаграммой изотермиче­ ского распада аустенита.

Требуемая скорость охлаждения околошовной зоны достигается путем: предварительного нагрева детали; медленного охлаждения детали в процессе и после наплавки; подбора оптимального режи­ ма наплавки и наложения многослойного шва с отжигающим вали­ ком.

Предварительный подогрев деталей из закаливающихся сталей до 250—300°С обеспечивает их медленное охлаждение после свар­ ки и поэтому в околошовной зоне получают металл с высокой пла­ стичностью, не подвергающийся закалке.

Для уменьшения зоны термического влияния, предупреждения образования больших внутренних напряжений в металле и пони­ жения интенсивности выгорания легирующих элементов, входящих в состав стали, сварку и наплавку легированных сталей произво­ дят постоянным током обратной полярности. Величину сварочного тока или мощность горелки уменьшают на 10—15% по сравнению с расчетной. Кроме того, сварку рекомендуется вести в быстром темпе. При быстром темпе сварки меньше нагревается деталь и по­ этому меньше зона термического влияния; исключается возмож­ ность образования больших внутренних напряжений.

Чтобы уменьшить закалку в зоне термического влияния при сварке специальных сталей прибегают также к многослойной свар­ ке с отжигающим валиком (рис. 141). При наплавке первого вали-

Отжигающий балик

Рис. 141. Схема многослойной сварки с отжигающим валиком:

а , б , в, г — п о с л е д о в а т е л ь н о с т ь н а л о ж е н и я в а л и к о в ; 1, 2, 3, 4 — в а л и к и ; п — р а с с т о я н и е м е ж д у к р о м к о й о с н о в н о г о м е т а л л а и о т ж и г а ю щ и м в а л и к о м

ка металл под ним нагревается и образуется закаленный слой. Второй валик вызывает образование нового закаленного слоя под ним. Тепловая волна от второго валика доходит до закаленного слоя под первым валиком и вызывает его отпуск. Подобные изме­ нения наблюдаются при наплавке третьего валика. Последний — отжигающий валик — заполняет сечение шва и производит отпуск закаленных слоев. Расстояние между кромками основного металла и краями отжигающего валика п имеет существенное значение. Обычно его берут равным 2—2,5 мм. Если это расстояние будет мало, то образуется новый закаленный слой; если оно будет вели­ ко, то не произойдет отпуска в закаленном слое.

246