книги из ГПНТБ / Технология ремонта танков [учебник]

Для компенсаций выгорающих легирующих компонентов ме­ талла при ручной электродуговой наплавке применяют электроды с толстой качественной обмазкой. При автоматической наплавке под слоем флюса металл легируют через флюс или проволоку.

Образование горячих трещин предупреждают путем использо­ вания электродов из стали аустенитного класса.

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ И НАПЛАВКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления корпусных деталей танковых агрегатов при­ меняют литейные и деформируемые алюминиевые сплавы.

Деформируемые алюминиевые сплавы Ак-1, Ак-2 и другие со­ держат до 1 0 % кремния. Содержание кремния в литейных алюми­ ниевых сплавах типа Ал-1; Ал-2 и Ал-9 значительно меньше.

Сварка и наплавка алюминиевых сплавов имеет следующие осо­ бенности. Алюминиевые сплавы отличаются высокой химической активностью и поэтому при нагревании сварочной дугой или пла­ менем горелки интенсивно окисляются. На поверхности детали об­ разуется тугоплавкая (£пл~ 2050°С) пленка окислов алюминия. По­ следняя затрудняет процесс сплавления присадочного материала с основным.

Кроме того, пленка окислов, образующаяся на поверхности рас­ плавленной ванны металла препятствует выходу газов. Окись алю­ миния нерастворима в металле. Попадая в металл шва, она остает­ ся в нем в виде включений.

Для удаления пленки окислов при сварке и наплавке применяют флюсы и электродные покрытия, растворяющие или связывающие окись алюминия. Кроме того, флюсы и обмазки обеспечивают на­ дежную защиту расплавленного металла от воздействия кислорода воздуха.

В расплавленном алюминиевом сплаве интенсивно растворяется водород, образующийся в результате взаимодействия влаги с рас­ плавленным сплавом,

2А1'+ЗН20 = А120 3+ 6Н.

Водород не растворим в твердом алюминиевом сплаве и в момент затвердевания наплавленного слоя выделяется в виде пузырьков. Исследованиями, проводившимися в Военной академии бронетан­ ковых войск, установлено, что причиной образования пор в наплав­ ленном слое, кроме водорода, является фтористый кремний (S1F4), который в процессе наплавки образуется по реакции

4N aP+Si = SiF4+ 4Na.

Вследствие того, что пузырьки газа, выделяющиеся из кристал­ лизирующегося металла, не успевают выйти на поверхность ванны, в наплавленном слое образуются поры.

Активность поглощения газов алюминиевым сплавом зависит от содержания кремния. Большей активностью обладают алюминие­ вые сплавы с повышенным содержанием кремния. Поэтому при

247

сварке и наплавке деформируемых алюминиевых сплавов, содержа­ щих до 10% кремния, больше образуется пор и раковин.

Учитывая, что поры и раковины ухудшают механические свой­ ства наплавленного металла, принимают меры, предупреждающие поглощение расплавленным сплавом водорода и обеспечивающие интенсивное выделение пузырьков газа при кристаллизации сплава. Поскольку основным источником образования водорода в процессе сварки является влага, то для получения качественных швов реко­ мендуется перед сваркой прокаливать электроды и подогревать де­ таль.

Алюминиевые сплавы обладают большим коэффициентом усад­ ки, поэтому при охлаждении детали возникают значительные внут­ ренние напряжения, вызывающие появление трещин. Другой при­ чиной образования внутренних напряжений в алюминиевом сплаве является наличие между кристаллами металла некоторого количе­ ства эвтектики, которая затвердевает при более низких температу­ рах, чем твердый раствор. В результате происходит дендритная ликвация, вызывающая микротрещины по границам зерен твердо­ го раствора. Исследованиями установлено, что алюминиевый сплав

ссодержанием 1—2% кремния более склонен к образованию тре­ щин; при увеличении содержания кремния'в сплаве до 3—4% воз­ можность образования трещин уменьшается. Это объясняется тем, что при повышенном содержании кремния в сплаве коэффициенты линейного расширения кристаллов и эвтектики одинаковы.

Для предупреждения образования трещин в наплавленном ме­ талле, вызванных усадкой и дендритной ликвацией, при сварке и наплавке деталей применяют присадочный материал или электроды

ссодержанием кремния более 3%.

При высокой температуре расплавленного алюминиевого спла­ ва интенсивно испаряются цинк и магний. С уменьшением содер­ жания этих элементов ухудшаются механические свойства наплав­ ленного металла. Потери цинка и магния восполняют за счет по­ вышенного содержания этих компонентов в сварочных стержнях и электродах.

Следующая особенность сварки и наплавки алюминиевых спла­ вов обусловливается его высокой теплопроводностью. Из-за повы­ шенной теплопроводности глубина проплавления сплава при свар­ ке мала. Учитывая эту особенность, цри сварке деталей из алюми­ ниевых сплавов применяют многослойный шов.

При высокой температуре резко ухудшается механическая проч­ ность алюминиевого сплава, что объясняется слабой связью между кристаллами при его нагревании. Поэтому нельзя допускать пере­ грева детали и увеличения зоны термического влияния.

При ремонте корпусных деталей из алюминиевых сплавов при­ меняют следующие способы сварки:

—ацетилено-кислородную;

—электродуговую ручную металлическими электродами;

—аргоно-дуговую.

248

Ацетилено-кислородная сварка и наплавка деталей из алюминие­ вых сплавов. Технологический процесс сварки и наплавки включает следующие этапы: подготовку шва; предварительный подогрев дета­ ли; выбор присадочного материала; выбор флюса; выбор режима на­ плавки и наплавку (сварку).

При подготовке шва к сварке необходимо удалить с кромок жи­ ровые загрязнения и окислы, обработать кромки шва под углом 30— 45°. После этого поверхность, подлежащую сварке или наплавке, протравливают 10%-ным раствором едкого натра при температуре 70—75°С и 10%-ным раствором азотной кислоты. Подготовленный шов предварительно подогревают пламенем горелки до 300—350°С.

В качестве присадочного материала применяют стержни диамет­ ром 4—5 мм, отлитые из силумина с содержанием 5—5,5% кремния и 7—9% меди. Наружную поверхность присадочных стержней тща­ тельно очищают от окислов.

Флюс АФ-4, состоящий из 28% NaCl, 50% КС1-, 14% ЫС1 и 8% NaF, готовят в виде пасты, разведенной на воде. Этой пастой по­ крывают свариваемые кромки или наплавляемую поверхность. Для обеспечения непрерывности процесса сварки (наплавки) рекомен­ дуется также покрывать пастой флюса стержень. Мощность горелки принимают из расчета 100 л/ч ацетилена на 1 мм толщины де­ тали. Пламя должно быть нормальное или с небольшим избытком ацетилена. При большом избытке ацетилена в металл будет прони­ кать водород, вызывая пористость шва. Ядро пламени должно на­ ходиться на расстоянии 6—10 мм от сварочной ванночки. Сварку (наплавку) ведут в нижнем положении, левым способом. После сварки поверхности детали тщательно промывают водой и проти­ рают щеткой, чтобы удалить остатки флюса, которые могут разъ­ едать металл. Затем деталь обрабатывают 10%-ным раствором сер­ ной или азотной кислоты и промывают горячей водой.

Ручная злектродуговая сварка и наплавка деталей из алюминие­ вых сплавов. Электродуговая сварка металлическими электродами является наиболее производительной и качественной по сравнению с ацетилено-кислородной. При этом способе значительно уменьшает­ ся зона термического влияния и в металле не возникают значитель­ ные внутренние напряжения.

Электроды из сплава Ал-4 или Ак-1 рекомендуется покрывать обмазкой МАТИ-2 или С-1 (табл. 17), которая обеспечивает получе­ ние плотного и прочного шва.

Толщина обмазки рекомендуется: для электродов диаметром 6 мм — 0,7—1,0 мм на сторону и для электродов диаметром 8 мм—

1,0—2,2 мм.

Наплавка алюминиевых сплавов производится постоянным то­ ком при обратной полярности. Режим наплавки рекомендуется сле­ дующий: напряжение дуги 20—24 в, ток 30—35 а на 1 мм диаметра электрода. Диаметр электрода принимают равным толщине слоя сварки или наплавки.

249

Аргоно-дуговая сварка алюминиевых сплавов. Сущность этого способа сварки заключается в том, что электрическая дуга горит между вольфрамовым электродом и основным металлом в струе ней­ трального газа — аргона. В зону электрической дуги вводят приса­ дочный стержень (рис. 142).

1 — сварочный генератор; 2 и 3 —контрольные приборы; 4 — рео­

Аргон надежно защищает расплавленный металл от кислорода воздуха. Поэтому исключается возможность окисления расплавлен­ ного металла; шов получается плотный, без пор и раковин.

Кроме того, вследствие блокады зоны нагрева аргоном зона тер­ мического влияния меньше, чем при обычной сварке. Это способст­ вует уменьшению внутренних напряжений в металле.

250

ТЕХНОЛОГИЯ СВАРКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЧУГУНА

Сварка чугуна имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при разработке технологического процесса сварки. Ос­ новные из этих особенностей следующие: при быстром охлаждении в металле возникают большие внутренние напряжения и наблю­ дается отбеливание сплава; в нагретом состоянии чугун не пласти­ чен и имеет повышенную жидкотекучесть.

Образование больших внутренних напряжений в металле объяс­ няется значительной усадкой чугуна в процессе охлаждения. Ве­ личина усадки различна для разных чугунов и определяется изме­ нением общего объема сплава за весь период охлаждения. Для серого чугуна величина усадки составляет 1,2—1,3%, Для белого— 1,5—2,0%. Когда напряжения, вызванные усадкой сплава, дости­ гают предела прочности, в наплавленном слое и в металле детали возникают трещины. Наиболее часто микроскопические трещины образуются при сварке чугуна холодным способом.

Отбеливание серого чугуна наблюдается при быстром его ох­ лаждении после нагрева до температуры 800—900°С. Это объяс­ няется тем, что при быстром охлаждении чугуна углерод не успе­ вает выделиться в виде графита и образуется карбид железа (БезС). Интенсивность выделения графита зависит также и от химическо­ го состава металла. Углерод и кремний способствуют выделению графита и получению серого чугуна. При содержании 3,8—4,0% кремния практически весь цементит распадается и выделяется гра­ фит. При содержании кремния меньше 0,8% распад цементита на графит и феррит затрудняется или не происходит.

Марганец препятствует выделению графита и способствует от­ беливанию чугуна. Учитывая, что марганец необходим для связы­ вания серы, его вводят в состав чугунных присадочных стержней в количестве до 0,8%.

Сера также способствует отбеливанию чугуна. Фосфор же не оказывает существенного влияния на графитизацию и отбеливание чугуна.

Сравнительно низкая температура (1100—1250°С) плавления и быстрая кристаллизация чугуна вызывают пористость шва. При быстром переходе чугуна из твердого состояния в жидкое газы, образовавшиеся в ванне металла, не успевают выделяться. Поэто­ му шов получается пористый.

При сварке чугуна на поверхностях кромок шва и наплавленно­ го слоя образуется пленка тугоплавких (1350°С) окислов кремния, которая также препятствует выделению газов.

В процессе сварки чугуна в результате восстановления железа углеродом интенсивно разбрызгивается металл. Это вызывает по­ тери металла и пористость наплавленного слоя.

Благодаря жидкотекучести чугуна расплавленная ванна метал­ ла быстро растекается по поверхности детали, что затрудняет про­ цесс формирования шва.

251

Чугун хорошо сваривается, если применяются соответствующие присадочный материал и флюс и обеспечивается медленное охлаж­ дение детали после сварки. Учитывая, что в процессе сварки чугу­ на выгорает значительное количество кремния, способствующего графитизации сплава, его желательно вводить в ванну через приса­ дочный материал или электрод. При введении кремния в зону свар­ ки уменьшается также разбрызгивание металла.

При медленном охлаждении чугуна цементит полностью распа­ дается на феррит и графит, благодаря чему предупреждается от­ беливание чугуна и уменьшаются внутренние напряжения в метал­ ле; кроме того, обеспечиваются условия для выхода газов из сва­ рочной ванны, и поэтому шов получается плотный. Для повышения плотности наплавленного металла применяют также флюсы, пони­ жающие температуру плавления тугоплавких окислов.

Сварку чугуна производят горячим или холодным способом. При сварке горячим способом деталь предварительно нагревают до 600—650°С. Холодная сварка производится без предварительного нагрева детали или с предварительным подогревом участка сварки до температуры не выше 250—300°С.

Сварка чугуна горячим способом. В ремонтных предприятиях тре­ щины и другие механические повреждения на ответственных дета­ лях сложной конфигурации из серого чугуна обычно заваривают го­ рячим способом с применением газовой сварки.

С металлургической точки зрения процесс горячей сварки чугуна характеризуется значительным объемом жидкого металла в свароч­ ной ванне. Это способствует уменьшению скорости охлаждения рас­ плавленного металла, вследствие чего уменьшается возможность отбеливания чугуна, предупреждается образование трещин и созда­ ются условия для получения плотного наплавленного металла.

После подготовки кромок трещины, деталь нагревают в двухка­ мерной муфельной печи. Сначала деталь в камере предварительно­ го нагрева подогревают до 250°С, а затем ее устанавливают в каме­ ру окончательного нагрева и нагревают до 650°С. Нагретую деталь помещают в ящик (шкаф) с термоизоляцией и приступают к свар­ ке. Ерли ящик с термоизоляцией отсутствует, то деталь накрывают листовым асбестом.

В качестве присадочного материала применяют прутки диаметром

углекислый натрий (ЫаНСОз) — 47 и кремнезем (Si02) — 3. Флюс предварительно прокаливают при температуре 750—800°С

и измельчают в порошок.

Мощность сварочной горелки устанавливают из расчета 150 л/ч ацетилена на 1 мм толщины детали. Сварочное пламя должно быть нормальное или с небольшим избытком ацетилена. Окислительное

252

пламя применять не следует, так как при этом интенсивно выгорает углерод и кремний.

Детали сложной конфигурации после сварки подвергают от­ пуску при температуре 600—650°С.

Горячая сварка чугуна с применением в качестве присадочного материала чугунных прутков является наиболее надежным и каче­ ственным способом восстановления деталей сложной конфигура­ ции. Однако этот способ сварки чугуна применяют ограничено. Это объясняется сложностью технологического процесса сварки. Кроме того, необходимо иметь специальные печь и,термошкаф.

Сварка чугуна холодным способом. При ремонте машин приме­ няют холодную сварку чугуна следующими способами: стальными малоуглеродистыми электродами; электродами из цветных метал­ лов, комбинированными электродами и пучком электродов (способ А. Г. Назарова).

С в а р к а с е р о г о ч у г у н а с т а л ь н ы м и э л е к т р о д а - м и обладает некоторыми особенностями. Сталь наплавленная на чугун обогащается углеродом, поэтому возможно повышение хруп­ кости шва и образование микротрещин в наплавленном слое. Дру­ гая особенность заключается в том, что при наплавке стали иа чу­ гун наблюдается плохое соединение наплавленного металла с ос­ новным. Это объясняется разной усадкой чугуна и стали. Для упрочнения связи между металлом детали и швом рекомендуется постановка шпилек на резьбе. Шпильки предварительно обвари­ вают кругом, а затем шов заполняют обычным способом. Несмотря на эти недостатки, за последние годы холодная сварка чугуна стальными электродами марки ЦЧ-4 получила широкое примене­ ние. Электрод ЦЧ-4 состоит из проволоки Св-08А, покрытой обмаз­

вают на жидком стекле в количестве 28—30% к его общему весу. Толщина обмазки рекомендуется 0,8 мм. Сварку производят по­ стоянным током обратной полярности. При диаметре проволоки 3 мм ток принимают ПО— 120 а.

При постановке шпилек и использовании таких электродов шов надежно соединяется с основным металлом. Твердость наплавлен­ ного металла равна ПЪНВ.

Расплавленная обмазка образует надежную шлаковую защиту, которая уменьшает выгорание кремния и замедляет остывание шва.

При правильном выборе режима сварки, когда глубина рас­ плавления основного металла не превышает 1,5—2,0 мм, умень­ шается хрупкость в переходной зоне; в сварном шве образуется меньше трещин; металл сварного шва хорошо механически обра­ батывается.

С в а р к а ч у г у н а м е д н о - н и к е л е в ы м и э л е к т р о д а - м и обеспечивает хорошие результаты и применяется тогда, когда наплавленный шов подлежит последующей механической обработ­ ке режущим инструментом. Медно-никелевые электроды имеют

253

следующий химический состав: медь — 25—30%; никель — 60— 70%; марганец— 1,5—2 ,0 % и железо — до 3%. Медно-никелевые стержни покрывают обмазкой, состоящей из 60% мела и 40% гра­ фита.

Вследствие низкой температуры плавления медно-никелевых электродов чугун при сварке не подвергается большому нагреву. Однако не всегда обеспечивается надежное сцепление наплавлен­ ного слоя с металлом детали.

Медно-никелевый сплав дает большую усадку, поэтому сварку ведут короткими (не более 50 мм) валиками с перерывами для ох­ лаждения во избежание повышенного нагрева детали. Учитывая, что при использовании медно-никелевого электрода получается по­ ристый шов, наплавленный металл в горячем состоянии подвер­ гают легкой проковке. При сварке этими электродами применяют постоянный ток обратной полярности. Для деталей с толщиной стенки от 4 до 20 мм применяют электрод диаметром 3—4 мм; ве­ личину тока устанавливают 90—120 а.

С в а р к а ч у г у н а к о м б и н и р о в а н н ы м и э л е к т р о ­ д а м и обеспечивает высокое качество ремонта деталей. Плотный, прочный и вязкий шов образуется при содержании в наплавленном металле 80—90% меди и 20—10% железа. Такое соотношение ме­ ди и железа обеспечивается при использовании медной проволоки диаметром 3-г4 мм, обернутой белой жестью. В состав белой жести входит марганец, который раскисляет металл и предупреждает об­ разование закиси меди. Наружную поверхность жести покрывают меловой или качественной обмазкой.

Склонность чугуна к отбеливанию заметно уменьшается при электродуговой холодной сварке медно-железными электродами за­ вода ЦНИИ МПС марки 034-1 с обмазкой состава: железный по­ рошок— 50% и обмазка УОНИИ 13/55—50%. При таком соотно­ шении компонентов обмазки в наплавленном металле получают

10—15% железа.

Перед сваркой для удаления влаги разделанные кромки трещи­ ны рекомендуется нагревать ацетилено-кислородным пламенем. Горелку регулируют так, чтобы пламя было нормальное или с не­ большим избытком ацетилена. Трещины большой протяженности нагревают участками длиной 100—150 мм; последующий участок начинают нагревать после охлаждения предыдущего до 50—60°С. К электродуговой сварке трещины приступают после полного ох­ лаждения подготовленных кромок.

Режим сварки комбинированными (железо-медными) электро­ дами рекомендуется следующий: диаметр электрода 3-г4 мм\ ток—

120—140 а.

Трещины заваривают продольными валиками обратно ступен­ чатым способом; длина ступеней рекомендуется 40—50 мм. Вали­ ки накладывают через ступень, смещая стыки каждой ступени. Ограничивающие трещины отверстия заваривают после заполнения кромок валиками.

254

В процессе сварки необходимо следить за тем, чтобы металл в зоне шва нагревался до температуры не более 50—60°С. Каждый валик рекомендуется проковывать легкими ударами молотка и ме­ таллической щеткой удалять шлак.

4 мм.

Латунный стержень в пучке предназначен для введения в сва­ рочную ванну цинка, раскисляющего металл. Поверхности медного и латунного стержней покрывают меловой обмазкой. Пучок связы­ вают в нескольких местах тонкой проволокой; концы стержней, устанавливаемые в электрододержателе, с торца сваривают газо­ вой сваркой.

В процессе сварки пучок электродов располагают под углом 40—45° к поверхности детали; стержни из меди и латуни обра­ щают к детали.

При сварке комбинированным пучком электродов дуга блуж­ дает (переходит с одного электрода на другой) и поэтому тепло распределяется на большую площадь детали. Расплавленный чу­ гун охлаждается медленно; уменьшается его склонность к отбели­ ванию. При правильном ведении процесса сварки можно получить прочный и достаточно плотный шов. Сварку ведут на постоянном токе прямой полярности. При использовании стержней диаметром 3 мм величину тока устанавливают в пределах 130—150 а.

Для лучшего перемешивания расплавленного металла конец пучка электродов перемещают вдоль швя по спирали.

Чтобы предупредить образование трещин в зоне сварки в ре­ зультате местного нагрева детали, сварку производят с перерывами на участках длиной не более 50 мм.

РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

При ремонте бронетанковой техники резку применяют для из­ готовления броневых вставок и накладок, для подготовки дефект­ ных сварочных швов к заварке, для разделки трещин под заварку и других работах.

Способы резки металлов подразделяются на две принципиально различные группы.

К первой группе относятся способы, основанные на химической реакции сжигания металлов в струе кислорода.

Вторую группу представляют способы, в которых тепловая энер­ гия используется на выплавление металла.

Более производительными и наиболее распространенными в на­ стоящее время являются способы резки, входящие в первую группу.

Из большого разнообразия существующих способов резки ме­ таллов при ремонте бронетанковой техники чаще применяются:

255

—газокислородная (ацетилено-кислородная и керосино-кисло­ родная);

—кислородно-флюсовая;

—электродуговая металлическим электродом;

—воздушно-дуговая.

Газокислородная резка металлов. Газокислородную резку широ­ ко применяют при ремонте броневых корпусов и детален танков. Способом газокислородной резки вырезают заплаты для броневого корпуса, разделывают кромки трещин для заварки и т. д.

Газокислородная резка основана на способности железа сгорать в струе кислорода с выделением значительного количества тепла по реакции

3Fe + 20 2= Fe3C>4.

При сгорании по этой реакции 1 кг железа выделяется 1580 ккал тепла. Установлено, что количество тепла от сгорания железа при

подогрев металла, сжигание металла в струе кислорода и выдува­ ние шлака (окислов) из полости реза.

Газокислородной резке подвергаются металлы, удовлетворяю­ щие следующим требованиям. Температура горения металла в ат­ мосфере кислорода должна быть ниже температуры его плавления. Если температура горения металла будет выше температуры плав­ ления, то он будет плавиться; при этом получается широкий раз­ рез; процесс плавления металла протекает медленно и расходуется много тепла.

256