книги / Сварка в машиностроении. Т. 2

30 А на 1 мм диаметра электрода) электродами диаметром не более 4 мм. Ток по­ стоянный, полярность обратная. Заварку рекомендуется вести с облицовкой кро­ мок электродами ЦЧ-4 не более чем в два слоя с последующим заполнением объема дефекта стальными электродами типа Э42, Э42А. Предел прочности наплавлен­ ного металла ав =• 49,6 -f- 51,2 кгс/мм2, a твердость НВ 170—180.

Сварку стальными электродами мелких и крупных деталей производят в тех случаях, когда не требуется механическая обработка соединений и не оговари­ вается их прочность. Процесс осуществляют элек­

можно производить электродами ЦЧ-4 или электродами со стержнем из сплавов на основе никеля. Сварку ведут с минимально возможной глубиной проплав­ ления, участками 48—50 мм с перерывами для охлаждения. После заполнения разделки заваренный участок усиливают приваркой стальных прутков. По по­ верхности наплавки укладывают слой «отжигающих» валиков.

Полуавтоматическая сварка проволоками из цветных металлов основана на тех же особенностях, что и сварка покрытыми электродами со стержнем из цвет­ ных металлов. Применяют проволоку МРЗКМцТ (ТУ 48-21-80 — 72), следующего состава: 0,2—0,4% РЗЭ; 0,2—0,4% Si; 0,8—1,2% Мп; 0,2—0,4% Ti; Си — осталь­ ное. Полуавтоматическая дуговая сварка указанной проволокой обеспечивает повышение производительности по сравнению с ручной сваркой и значительно снижает количество выделяющихся аэрозолей, содержащих медь. Сварку осуще­ ствляют полуавтоматами А-765, А-825 и т. п. в среде защитного газа (углекислый газ, азот) или без дополнительной защиты проволоками диаметром 1,6—2,0 мм на постоянном токе обратной полярности при следующих режимах: сила тока 180—250 А; напряжение дуги 25—35 В; скорость подачи проволоки 170—250 м/ч; скорость сварки 25—36 м/ч; расход защитного газа 5—10 л/мин. Длина валика, выполняемого за один проход, 200—300 мм. Сварка ведется с перерывами для охлаждения с проковкой каждого шва. Прочность сварного соединения, выпол­ ненного в среде защитного газа, 23—28 кгс/мм2, а без дополнительной защиты 16—18 кгс/мм2.

Полуавтоматическая сварка проволокой на основе никеля предназначена для ремонта тонкостенных чугунных деталей автотракторного оборудования, а также для устранения мелких дефектов, вскрывшихся в процессе механической обработки

излом с явно выраженными крупными включениями графита. Такие чугуны от­ личаются повышенной вязкостью, так как в расплаве имеется большое количество нерастворившихся блоков графита. Их растворение зависит от скорости диффу­ зии углерода, которая интенсивней в расплаве, полученном из отбеленного чугуна.

При сварке чугуна применяют преимущественно кислые флюсы, состоящие из борсодержащих веществ. Одной из основных задач флюса является перевод образующегося Si02 в более легкоплавкие соединения, например Na20S i02. В связи с этим при выборе состава флюса из бористых соединений предпочтение отдают буре Na2B40 7, которая при разложении выделяет Na20 и В20 3. Отшлако­ вание Si02 возможно также и с помощью углекислых солей натрия или калия. Например, при ремонте тонкостенных отливок углекислый натрий успешно при­ меняют в качестве флюса, так как имеются условия для удаления из ванны С02. Составы наиболее распространенных флюсов для сварки чугуна приведены в

втабл. 13.

13.Состав флюсов для газовой сварки, %

~

П р и м е ч а н и е . Флюсы, содержащие соду, рекомендуются для заварки тонкостенных отливос (мелких дефектов). Флюсы на основе плавленой или прокаленной буры не подлежат длительному хранению.

Все порошковые флюсы, применяемые для газовой сварки, обладают неко­ торыми технологическими недостатками. Подача флюса в ванну производится обычно на конце присадочного прутка. Например, в результате недостаточной подачи его возникает пористость, а при избытке — шлаковые включения. Равно­ мерный шлаковый покров на поверхности сварочной ванны может быть достигнут при применении газообразного флюса, например БМ-1, или флюса в виде обмазки. Так как для использования газообразного флюса необходимы специальная ап­ паратура и обезвоженные горючие газы, предпочтительнее второй способ. Флюспокрытие имеет следующий состав (в частях по массе): прокаленная бура 22, борная кислота 10, глицерин 5, вода 15—20. Такое покрытие изготовляют из тща­ тельно смешанных компонентов, которые подвергают кипячению в водном растворе глицерина. Раствор доводят до кипения и наносят на прутки методом окунания или кистью. Толщина слоя покрытия составляет 0,5—1,0 мм на сторону. Обма­ занные прутки просушивают при 90—110 °С в течение 10—12 ч.

Процесс сварки начинается с прогрева основного металла вокруг участка дефекта пламенем горелки до светло-красного цвета (~850 °С). Затем пламя сосредоточивается на поверхности разделки, которая доводится до плавления. Расплавление производится восстановительной частью нормального пламени. Стенки места дефекта расплавляются и с помощью чугунного присадочного прутка очищаются от неметаллических включений. Сварку следует вести ванным спосо­ бом. При заварке краевых дефектов (бобышек, платиков, бортиков-, уголков)

сварщик, маневрируя пламенем горелки и прутком, не должен допускать стекания жидкого металла. Наплавленный металл должен возвышаться над основным металлом не менее чем на 3 мм.

Для обеспечения нормальной твердости сварного соединения после сварки необходимо замедлить скорость охлаждения металла в интервале температур, отвечающих перлитным превращениям. Горелку медленно отводят от поверхности ванны на расстояние 50—60 мм и наплавленный металл выдерживают под дей­ ствием пламени в течение 0,5—1,5 мин. Заваренную таким образом деталь для замедленного охлаждения засыпают сухой землей или покрывают листовым ас­ бестом. Отливки сложной конфигурации и большой толщины после сварки реко­ мендуется подвергать отжигу. Сварное соединение и наплавленный металл при сварке деталей из серого перлитного чугуна обладают теми жё свойствами, что и основной металл.

Сварку без предварительного нагрева (холодную сварку) применяют в тех случаях, когда детали (кронштейны, рычаги и т. д.) при нагреве и охлаждении способны свободно деформироваться, не вызывая значительных остаточных на­ пряжений. Мощность пламени горелки в этих случаях должна быть достаточной, чтобы обеспечить замедленную скорость охлаждения в процессе кристаллизации в интервале перлитных превращений сварного соединения. При газовой сварке этот процесс лишь условно можно отнести к холодной сварке, так как фактически имеет место местный нагрев основного металла в области дефекта и прилегающих зон пламенем горелки. Технологический процесс сварки без предварительного нагрева аналогичен сварке с предварительным нагревом, но отличается некото­ рыми особенностями. Допускается как механическая предварительная разделка, так и разделка в процессе сварки воздействием на расплавленный металл приса­ дочного прутка и газового пламени. Последний способ разделки дефекта обуслов­ ливает некоторый предварительный нагрев чугуна и способствует снижению скорости охлаждения сварного соединения. При холодной сварке применяют те же сварочные материалы, что и при горячей. После окончания заварки места дефекта следует медленно отводить горелку в течение 2—3 мин, воздействуя пламенем на прилегающие участки. Деталь или часть детали, на которой расположен за­ варенный участок, для замедленного охлаждения рекомендуется засыпать песком или укрыть листовым асбестом. Твердость наплавленного металла на 20—30 еди­ ниц ИВ выше твердости основного металла. При этом наплавленный металл имеет хорошую обрабатываемость и высокую плотность.

Газовую сварку с целью ремонта выполняют теми же присадочными мате­ риалами, флюсами и приемами, которые были приведены выше. Однако техноло­ гия ремонтной сварки имеет некоторые особенности. Чугунные детали часто эксплуатируют в условиях воздействия высоких температур. При этом образуются участки с резко измененными свойствами — «горелый чугун». Последний иногда совершенно не поддается сварке, и поэтому такую деталь бракуют. Если при тех­ нологической пробе обнаруживается неполное изменение свойств чугуна, то можно получить сварное соединение, достаточно надежное по прочности. Особенность техники газовой сварки таких дефектных участков заключается в расчистке сва­ риваемой поверхности. Для этого основной металл на отдельных участках оплав­ ляют и с помощью стального скребка (при обильном введении флюса) с кромок разделки удаляют землистые пленки до появления качественного металла. На очищенный участок наносят присадочный металл. Таким же образом расчищают и наплавляют следующие участки до полной облицовки места разделки дефекта слоем наплавленного чугуна. После этого шов заполняют по всему сечению.

При ремонтной сварке часто разделку кромок под сварку (особенно при сварке трещин) производят пламенем горелки, совмещая эту операцию с процессом сварки. С помощью прутка и пламени вдоль трещины создают фаску, глубина которой оп­ ределяется толщиной стенок. Сварочную ванну наводят таких размеров, чтобы был обеспечен провар трещины больше, чем наполовину. Затем операцию повторяют с другой стороны детали. При невозможности выполнения двусторонней сварки, процесс ведут с проваром на всю толщину при использовании подкладок (из

асбеста, графитовых пластинок, огнеупорного кирпича, глины и т. п.). Такой способ прост и удобен в исполнении. В процессе устранения дефекта происходит подогрев кромок, замедляющий последующее охлаждение чугуна и уменьшающий возможность образования отбела.

ПАЙКОСВАРКА

Дефекты, вскрывшиеся в отливках на последних стадиях механической об­ работки, сваркой плавлением исправлять невозможно, так как высокий нагрев основного металла приводит к необратимому «росту» чугуна и к значительным де­ формациям изделия. Поэтому дефекты, выявленные на финишных операциях об­ работки резанием, устраняют методами пайкосварки. Процесс в этом случае осу­ ществляют без расплавления основного металла; соединение, как и при пайне, получается за счет более легкоплавкого металла припоя. Исключением является пайкосварка чугуна чугунными припоями, когда соединение образуется за счет поверхностно-активных флюсов и особых технологических приемов, позволяющих нагревать основной металл до температуры ниже температуры солидуса металла припоя. Такими же приемами осуществляют низкотемпературную пайкосварку латунными припоями. Для осуществления этого процесса с поверхности основного металла должны быть удалены окислы, жир и другие загрязнения; дефекты необ­ ходимо разделывать механическими способами (вырубкой, фрезерованием, свер­ лением, строганием). При разделке сквозных трещин притупление кромок должно быть не более 1,5 мм. Кромки разделывают, как и при сварке. При низкотемпера­ турной сварке в начале процесса жидкая ванна не образуется, и металл наплав­ ляют отдельными каплями. Капли жидкого присадочного металла, попадая на основной металл, нагретый до температуры ниже температуры солидуса металла припоя, и соприкасаясь с ним, отдают ему часть своей теплоты, вследствие чего повышается температура поверхностного слоя основного металла. Капля жидкого припоя под воздействием флюса и давления пламени легко растекается тонким слоем по основному металлу. Часть жидкого металла под действием капиллярных сил заполняет пустоты, образующиеся в чугуне в результате поверхностного вы­ крашивания или окисления графита.

При низкотемпературной пайкосварке влияние свободного графита на про­ цесс смачивания устраняют активными добавками, вводимыми во флюс. Флюс, взаимодействуя со свободным углеродом, разрыхляет последний, что, в свою оче­ редь, снижает межфазную поверхностную энергию и улучшает условия смачи­ вания. Кристаллизация наплавленного металла в несплошностях основного ме­ талла, а также взаимная диффузия атомов на границе сплавления обусловливает прочное паяносварное соединение.

Низкотемпературную пайкосварку чугунным припоем применяют для исправ­ ления мелких дефектов на поверхности чугунных деталей, имеющих незначи­ тельный припуск на обработку, при необходимости получения структур чугуна в наплавленном металле. Она не исключает применения предварительного нагрева детали. Предварительный нагрев до 300—400 °С облегчает выполнение работы при исправлении дефектов на толстостенных изделиях. При массовом поступлении отливок на исправление он увеличивает производительность труда и улучшает качество. В качестве присадочного материала используют чугунные прутки диа­ метром 6 мм, состав которых указан в табл. 7. Лучшие результаты обеспечиваются при применении прутков УНЧ-2 и СТФЧ-2. Флюс МАФ-1 состава, %: бура плав­ ленная 33; сода кальцинированная 12; селитра натриевая 27; окись кобальта 7; фтористый натрий 12,5; фторцирконат калия 8,5; флюс наносят на поверхность разделки после ее нагрева до 300—400 °С. Расплавление флюса является индика­ тором для начала плавления припоя. Флюс МАФ-1 и прутки УНЧ-2 позволяют вести процесс при более низкой температуре нагрева основного металла (порядка 700—800 °С). Твердость наплавленного металла НВ 230—260; прочность на рас­ тяжение 16—20 кгс/мм2.

Пайкосварку латунными припоями применяют при сварке с целью ремонта, когда разность в цвете и твердости основного и наплавленного металла не яв­ ляется браком и деталь может быть подвергнута механической обработке для устра­ нения коробления, изменения размеров и т. п. Графит из металла поверхности кромок удаляют выжиганием его на глубину 0,2—1,5 мм. Для этого кромки де­ тали,, подлежащие соединению, покрывают пастой, состоящей из железных опи­ лок и борной кислоты, и нагревают пламенем горелки или окислительным пламе­ нем приблизительно до 900 °С. В качестве присадочного материала можно исполь­ зовать латунь Л63 или ЛОК59-1-03 (ГОСТ 16130—72). Припой ЛОК59-1-03 обеспечивает получение более плотного паяносварного шва и бездымный процесс. Пайкосварку указанными припоями осуществляют с помощью флюсов следующих составов: 1) бура 100% ; 2) бура 50%, борная кислота 50%. Однако часто возникает потребность в исправлении дефектов на поверхности чугунных деталей с припус­ ком на обработку в несколько микрометров, причем в некоторых случаях требуется обеспечить цвет и твердость шва, близкие к цвету и твердости основного металла. Для исправления дефектов на подобных поверхностях используют низкотемпера­ турную пайкосварку латунными припоями, которая по технологическим приемам близка к описанному выше процессу низкотемпературной пайкосварки чугунным присадочным материалом. Температура пайкосварки латунными припоями, т. е. местный нагрев поверхности металла в зоне наплавки, 650—750 °С. Снижение температуры указанного процесса по сравнению с обычными способами пайко­ сварки латунными припоями стало возможным за счет использования специальных флюсов (табл. 14).

14. Составы флюсов для низкотемпературной пайкосварки латунными припоями, %

В качестве припоя в зависимости от требований, предъявляемых к поверхно­ сти, на которой расположен дефект, можно применять припой ЛОК59-1-03 или ЛОМНА 49-05-10-4-04 (ТУ 48-21-305—74). Припой ЛОК59-1-03 используют в тех случаях, когда к наплавленному металлу не предъявляются требования одноцвет­ ности и одинаковой твердости с основным металлом. Предел прочности паяно­ сварных соединений при растяжении в среднем 24 кге/мм2. Твердость наплавлен­ ного металла НВ ^ 100, т. е. значительно ниже твердости чугуна. Металл, на­ плавленный припоем ЛОМНА, имеет твердость НВ 170—200, что близко к твердости серого чугуна. Прочность паяносварного соединения на разрыв достигает 30 кге/мм2.

Газопорошковая сварка предназначена для исправления мелких дефектов чугунных отливок, вскрывшихся на последних операциях механической обра­ ботки. Для наплавки на чугун разработаны порошки на никелевой основе, обла­ дающие самофлюсующими свойствами (табл. 15).

Этот процесс выполняют в две стадии — напыление и последующее расплав­ ление напыленного слоя. Процесс осуществляют при подаче порошковых мате­ риалов в ванну через пламя горелки. Наплавка осуществляется по следующей схеме: г)^ поверхность, подлежащую наплавке, нагревают пламенем ацетилено-кис­ лородной горелки ГАЛ-2 до 300—400 СС; б) на подогретую поверхность этой же горелкой напыляют слой порошкообразного сплава, не доведенного до расплав­

Диффузионную сварку применяют прежде всего для соединения чугуна с цвет­ ными металлами, а также с неметаллами (графит, керамика и т. п.). Процесс осу­ ществляют при 700—800 °С в вакуумной камере. Структурных изменений в ре­ зультате сварки не наблюдается. Надежное сварное соединение образуется при разрежении до 10_3 мм рт. ст. Температура процесса может быть снижена при уменьшении шероховатости свариваемых поверхностей, увеличении разрежения, давления и времени сварки.

Электрошлаковая сварка чугунных изделий по технике выполнения мало отличается от сварки стальных изделий. Свариваемые чугунные изделия собирают с зазором несколько большим, чем при сборке стальных изделий. Применяют мед­ ные охлаждаемые или остающиеся стальные подкладки. В качестве электрода используют пластины, состав которых аналогичен составу основного металла. При заварке крупных дефектов сварку выполняют неплавящимися графитовыми электродами с подачей в ванну расплавленного металла со стороны. Применяют флюс АН-348А с добавкой мела. Механические свойства и структура сварного соединения удовлетворительные. Этот способ не получил широкого распростра­ нения вследствие трудоемкости подготовительных работ, сложности и малой маневренности оборудования.