8.2. Ремонт с применением сварки, наплавки и пайки

Для ремонта деталей с изломами, трещинами, сколами применяют сварку и пайку, а с изношенной поверхностью – наплавку и металлизацию.

Под сваркой и наплавкой понимают соединение металлов путем воздействия источника теплоты в виде ацетиленокислородного пламени или вольтовой дуги. Расплавленные до жидкого состояния металлы соединяют с присадочным материалом, в результате чего обрабатываемое место заполняется металлом и после остывания образует монолитное соединение. Однако при сварке поверхность металлов довольно быстро окисляется, в результате чего присадочный материал плохо пристает и может даже отстать. Перед сваркой или наплавкой обрабатываемые поверхности деталей должны быть тщательно очищены от коррозии, окисной пленки и обезжирены.

Сварка стальных деталей. Ремонт стальных деталей, имеющих дефекты (трещины, разрывы, раковины, сколы, срывы резьбы, течь), производят с помощью газовой или электродуговой сварки. Перед сваркой детали тщательно очищают. У трещины, подлежащей заварке, обрубают кромки у места накладывания шва. При сварке двух деталей их плотно прижимают одну к другой для получения минимального зазора.

Для уменьшения окисления деталей и упрочнения сварочного стального шва применяют флюсы из смеси буры, борной кислоты и углекислого натрия. Смесью флюса и жидкого стекла обмазывают электроды, которые затем высушивают. Сварку нержавеющей стали осуществляют специальными электродами из стали того же состава, что и свариваемый металл.

Сварка чугунных деталей. Для торгово-технологического оборудования большое количество деталей изготовляют из чугуна. В основном это сложные по конструкции, дорогостоящие и дефицитные базовые корпусные детали. Ремонт их сводится не к восстановлению изношенных рабочих поверхностей, а к устранению повреждений – трещин, сколов, раковин.

Для ремонта чугунных деталей применяют газовую и электрическую сварку – в зависимости от размеров и назначения деталей, требований, предъявляемых к прочности шва, и возможности использования того или иного метода. При сварке чугунных деталей в них возникают внутренние напряжения, которые в процессе остывания и усадки шва могут привести к появлению в них трещин или разрушению деталей. Кроме того, быстрое остывание чугуна ведет к его отбеливанию, которое придаст шву и детали повышенную твердость и хрупкость.

Сварку чугунных деталей лучше производить с предварительным нагревом. Сварку с нагревом деталей до 500...700°С называют горячей, до 250...450°С полугорячей, без подогрева – холодной. По окончании сварки детали медленно охлаждают, для этого их оставляют в термопечи или покрывают листами асбеста, засыпают песком и золой. Продолжительность охлаждения 20...30 ч.

Холодную сварку выполняют только электродуговым способом – электродами из малоуглеродистой стали с обмазкой флюсом или электродами из красной меди с оболочкой из жести. Горячую сварку выполняют газовыми горелками или электродуговым способом с нагревом деталей в печах или горнах. Используют ее для деталей сложной формы и конфигурации,

В качестве присадочного материала применяют литые чугунные прутки марок А и Б, покрытые специальной обмазкой, замешанной на жидком стекле. Присадочным материалом может также служить латунная или бронзовая проволока диаметром 3...8 мм. Для предохранения шва от окисления сварку осуществляют под флюсом.

При сварке ответственных деталей (корпуса, станины, цилиндров и др.) для усиления связи основного и наплавленного металлов в кромки и на поверхность свариваемых деталей

155

Кафедра «Торговое и рекламное оборудование» БНТУ 2011

рекомендуется дополнительно устанавливать шпильки, косынки и т. п. Установка их препятствует отставанию шва.

Сварка деталей из цветных металлов. При газовой сварке деталей из латуни, меди и их сплавов пользуются горелками с большим пламенем. В качестве присадочных материалов используют прутки из латуни или раскисленной меди. Сварку ведут под флюсом из 70 % буры, 20 % хлористого натрия и 10 % борной кислоты.

Сварка деталей из алюминия и его сплавов – наиболее сложная и трудоемкая из-за имеющейся на их поверхности тугоплавкой пленки окиси алюминия. Присадочным материалом служат прутки или проволока из того же алюминиевого сплава, что и основной металл. Присадочную проволоку и свариваемую поверхность очищают от окисной пленки механическим путем или травлением в 5 % – ном растворе каустической соды с последующими промывкой водой и сушкой. Сварку ведут под флюсом из хлористого натрия, хлористого калия и фтористых солей ацетиленокислородным пламенем с небольшим избытком ацетилена

Наиболее качественную сварку алюминия получают при аргонно-дуговой сварке в среде аргона, защищающей алюминий от окислении, при переменном токе, неплавящимся вольфрамовым электродом с применением алюминиевой проволоки.

Наплавка. Сущность этого процесса заключается в том, что на изношенную рабочую поверхность детали наплавляется твердый сплав до получения прежних номинальных размеров

сучетом припуска на механическую обработку.

Спомощью твердых сплавов хорошо восстанавливаются цилиндрические поверхности коленчатых валов, осей, цапф, пальцев, а также плоские поверхности кулачков, эксцентриков и шестерен.

Для наплавки применяют специальную автоматическую установку из электросварочного аппарата и привода подачи восстанавливаемой детали (рис. 8.3, а, б). Работа установки сводится к тому, что электродная проволока 5 из кассеты 4 автоматически подается через головку 3 к сварочному мундштуку 2, а от него непосредственно к направляемой поверхности детали 1. При соприкосновении проволоки с деталью возникает короткое замыкание, при этом сила тока возрастает, температура контактирующих поверхностей резко повышается, в результате чего происходит контактная сварка.

Наплавка позволяет наращивать поверхность стальных деталей цилиндрических и плоских форм слоем до 3...5 мм. Величину наплавляемого слоя можно регулировать, изменяя диаметр сварочной проволоки и рабочее напряжение. Для улучшения качества наплавляемого слоя сварку производят под флюсом. Лучшие результаты получают при сварке в среде защитных газов, из которых наибольшее применение находит углекислый газ.

После нанесения покрытия поверхность детали механически обрабатывают для получения необходимого размера чистой рабочей поверхности. Кроме восстановления изношенных поверхностей, наплавка делает их более прочными. Однако процесс наплавки приемлем не для всех деталей из-за наличия остаточных деформаций и плохого уплотнения металла. Так, этим способом не могут восстанавливаться валы, работающие под большими знакопеременными нагрузками и имеющие малый коэффициент запаса прочности.

К другим способам автоматической наплавки, широко применяющимся при восстановлении деталей типа валов, относится наплавка вибрирующим электродом, получившим название вибродуговой наплавки.

156

Рис. 8.3. Схема установки для наплавки деталей:

а – подготовка поверхности перед наплавкой; б – наплавочная головка (1 – обрабатываемая деталь, 2 – сварочный мундштук, 3 – головка подачи, 4 – кассета с проволокой, 5 – электрод )

Вибродуговая наплавка. Она отличается от наплавки под слоем флюса тем, что при этом способе наплавки конец электродной проволоки 2 совершает колебательные движения в плоскости, а наплавленный слой охлаждается (рис. 8.4). Головка для вибродуговой наплавки кроме обычного механизма подачи 1 проволоки имеет вибратор 4, совершающий колебательное движение наконечнику мундштука 5. В таком вибраторе усыновлен электромагнит, через обмотки которого пропускают переменный ток, вследствие чего пластина (якорь), связанная с наконечником головки, то притягивается к электромагниту, то отходит от него, получая при этом колебательное движение с частотой колебаний, равной частоте перемены направления тока (100 раз в 1 с), и амплитудой 1,5...2,5 мм.

Для охлаждения сварочного мундштука и направляемого слоя в зону горячей дуги насосом 3 подается 3...5 % – ный раствор кальцинированной соды в воде. Направляемый валик металла 5, интенсивно охлаждаясь, одновременно закаляется.

Восстановление изношенных деталей вибродуговой наплавкой имеет ряд преимуществ перед другими способами. Низкое напряжение (16..24 В), при котором идет процесс, и его прерывный характер позволяет вести наплавку при малой глубине прогрева детали, практически без деформаций. Этому же способствует интенсивное охлаждение. Совмещается процесс наплавки и закалки слоя, полому можно получить слой малой толщины oт 0,5 до 2,5 мм, что особенно удобно для восстановления деталей малого диаметра. Однако появление внутренних напряжений в направленном слое и возможность образования микротрещин приводят к снижению усталостной прочности деталей, работающих в условиях больших знакопеременных и ударных нагрузок.

157

Рис. 8.4. Схема установки для вибродуговой наплавки:

1 – механизм подачи, 2 – сварочная проволока, 3 – насос , 4 – вибратор , 5 – сварочный мундштук. 6 – наплавленный слой

В настоящее время широкое применение получила электроконтактная наплавка, при которой присадочный металл расплавляется только частично в месте соприкосновения с поверхностью детали. При электроконтактной наплавке ток большой силы (400...1200 А и более) от сварочного трансформатора подается на деталь и на присадочную проволоку (ленту) через направляющий прижимный ролик. Благодаря наличию специального прерывающего устройства подача тока происходит кратковременными импульсами, которые вызывают разогрев присадочной проволоки и детали в месте контакта, распределение их тончайших поверхностных слоев и сваривание. Этому способствует также ролик, прижимающий проволоку к детали, пластически деформируя ее и формируя валик. Присадочная проволока приваривается последовательно ко всей наращиваемой поверхности детали.

Производительность при электроконтактной наплавке весьма высокая – 100..150 см2/мин, а толщина наращиваемого слоя до 1,5 мм.

Металлизация. Способ металлизации состоит в нанесении на поверхность детали слоя расплавленного металла струей сжатого воздуха. По способу направления металла различают газовую и электрическую металлизацию. В газовых металлизаторах металл расплавляется ацетиленокислородным или водородно-кислородным пламенем, а в электрических металлизаторах – электрической дугой или в результате индукционного нагрева распыляемой проволоки токами высокой частоты.

Металлизацию производят специальным аппаратом – металлизатором (рис. 8.5), в котором присадочная проволока 1 плавится электрической дугой, а частицы 5 расплавленного металла увлекаются струей сжатого воздуха, выходящего из сопла 4 со скоростью 100...

150 м/с. Для равномерной подачи проволоки к наконечнику 3 применяют протяжный механизм2.

158

Рис. 8.5. Принцип действия металлизаторов:

а – электродугового, б – кислородноацетиленового; 1 – присадочная проволока , 2– протяжный механизм, 3 – наконечник ,

4 – сопло, 5 – расплавленный металл

В результате значительной скорости распыленные частицы металла размером 10...

15 мкм ударяются о поверхность детали, легко деформируются и заполняют все неровности и поры, создавая сплошное покрытие, толщина которого зависит от продолжительности процесса. Покрытие может наноситься в несколько слоев, толщина каждого должна составлять

0,03 – 0,5 мм.

Для прочного сцепления покрытия с деталью поверхность ее очищают и делают шероховатой. Поверхности, не подлежащие металлизации, защищают. Если металлизации подвергают цилиндрические детали, то на их концы наплавляют бортики и обтачивают их – они призваны защищать нанесенный слой от выкрашивания и забоин. После нанесения на деталь слоя металла ее подвергают механической обработке обычными способами для восстановления требуемых геометрических и линейных размеров. Однако обработку следует производить осторожно, так как слой металла подвержен разрывам.

Металлизация не создаст дополнительной механической прочности, а только восстанавливает геометрические размеры детали, изменившиеся в процессе эксплуатации; при правильной смазке восстановленные детали работают хорошо.

Ценность металлизации – в отсутствии деформации деталей, так как их не нужно предварительно нагревать, а также в возможности восстанавливать детали с большим износом.

Паяние (пайка). Этот процесс заключается в соединении подогретых твердых металлов расплавленным присадочным материалом припоем. Температура плавления у припоя ниже, чем у соединяемых металлов.

Паянием можно соединять сложные части деталей, изготовленные из разных металлов, а также заделывать трещины и раковины. Этот процесс не требует сложной аппаратуры Различают два вида паяния – твердым и мягким припоем. Паяние твердым припоем применяют для соединений, испытывающих механические нагрузки или работающих при повышенных температурах – до 500°С. В качестве твердых припоев наибольшее распространение получили медно-цинковые и серебряные.

Перед паянием поверхности деталей хорошо очищают и подгоняют одну к другой, после чего кладут на шов флюс и припой и подогревают их газовой горелкой, паяльной лампой или

159