Техпроцессы в машиностроении_лек

ного металла шва от вытекания. Склонность чугуна при высоких скоростях охлаждения закаливаться с образованием хрупких закалочных структур при-

водит к образованию холодных трещин. Кроме того, при быстром охлажде-

нии происходит отбеливание сварного соединения и на границе сварного шва и основного металла образуется тонкая прослойка из белого чугуна. По-

скольку эта прослойка непластична, то при незначительных деформациях по ней происходит разрушение шва. Чугун сваривают при выполнении ремонт-

ных работ и исправлении дефектов в отливках. Качество сварного соедине-

ния чугунных изделий характеризуется: обрабатываемостью обычным режу-

щим инструментом, твердостью металла шва, з.т.в. и основного металла;

равнопрочностью соединения; однотипностью наплавленного и основного металла по химическому составу и структуре

Горячую сварку чугуна выполняют с предварительным подогревом свариваемой заготовки. Необходимость предварительного подогрева объяс-

няется тем, что чугунная наплавка на холодное изделие быстро охлаждается,

особенно в интервалах температур 600…1 200° С. Температура предвари-

тельного подогрева определяется: размерами заготовок; общей жесткостью места, подлежащего заварке; толщиной стенок; объемом наплавляемого ме-

талла; структурой чугуна. Для большинства заготовок подогрев до

400…450°С обеспечивает возможность получения качественного сварного соединения и создает условия, исключающие трещинообразование.

Холодную сварку чугуна производят без подогрева заготовки. К хо-

лодной сварке чугуна относится электродуговая сварка с применением стальных; медно-железных; медно-никелевых электродов и электродов из никелевого аустенитного чугуна. Сварка стальными электродами (со стаби-

лизирующим покрытием, или покрытием с карбидообразующими элемента-

ми) производится с применением шпилек. Сталь при наплавке на чугун пло-

хо сцепляется с ним из-за разной усадки. Кроме того, наплавленная на чугун сталь обогащается углеродом в зоне плавления, становится хрупкой, склон-

ной к закалке, и дает при остывании трещины. Поэтому при сварке чугуна

534

для более надежного сцепления наплавленного металла с основным, на кромках в шахматном порядке ставят на резьбе стальные шпильки. Шпильки обваривают кругом, после чего шов заполняют наплавленным металлом.

Сварка обеспечивает шов, хорошо обрабатываемый резанием. Медь и никель в составе электродов способствуют графитизации чугуна и препятствуют его отбеливанию.

Контрольные вопросы.

1.Что такое сварка плавлением; сварка с применением давления?

2.Как происходит кристаллизация сварного шва при сварке плавлением?

3.Что такое «зона термического влияния»?

4.Как образуются горячие трещины в сварном соединении?

5.Почему сварка под флюсом обладает повышенной производительностью и обеспечивает качественный шов?

6.Какие преимущества сварки в защитных газах по сравнению со сваркой под флюсом?

7.В чем заключается сущность электрошлаковой сварки?

8.В чем заключается сущность высокочастотной сварки?

9.Как работает инжекторная горелка?

10.Какие заготовки можно соединять электроннолучевой сваркой?

11.Где и почему выделяется наибольшее количество тепла при контактной сварке?

12.Почему точечной контактной сваркой невозможно получить непрерыв-

ный шов?

13.Что такое рельефная сварка?

14.Какие технологические мероприятия применяются при сварке низколе-

гированных сталей?

15.Какие затруднения возможны при сварке хромистых высоколегирован-

ных сталей?

16.Что такое горячая сварка чугуна?

535

17.Какие дефекты могут появиться при сварке?

536

точным ферритом. Поверхность, обработанная ППД становится более долго-

вечной и износостойкой.

Все методы ППД можно разделить на две основные группы: статиче-

ские и ударные. Особенностью статических методов является воздействие на обрабатываемую поверхность постоянной силой «Р» причем очаг деформа-

ции, возникающий от действия силы, последовательно перемещается по по-

верхности, подлежащей обработки. Инерционные силы не оказывают влия-

ния на процессы деформации. К данным методам относятся: выглаживание

(рис. 7.2, а), накатывание (рис. 7.2, б), а также однократное деформирование

Рис. 7.2. Основные группы методов ППД:

а, б, в – статические; г – ударные; D – перемещение инструмента или заго-

товки; Р - сила воздействия.

обрабатываемой поверхности без перемещения очага деформирования (рис.

7.2, в). Для ударных методов (рис. 7.2, г) характерно многократное воздейст-

вие инструментом или рабочими телами на обрабатываемую поверхность,

при этом сила воздействия «Р» изменяется в течение каждого цикла от ми-

нимума до максимума. Если осуществляется локальное ударное воздействие,

538

то для обработки всей поверхности заготовки очаг деформации должен рав-

номерно перемещаться по ней.

ППД можно осуществлять специальным инструментом или рабочими телами, находящимися в рабочей среде. В качестве специальных инструмен-

тов можно использовать шарики и ролики с конструктивно определенными осями вращения и без них, выглаживатели, протяжки с деформирующими элементами (дорны), специальные бойки и чеканы, металлические щетки.

Рабочими телами могут быть: стандартная дробь, специальные шарики, изго-

товленные из металлов и других конструкционных материалов. В качестве рабочих сред при поверхностном деформировании используются жидкости,

газы или их суспензии с частицами абразива.

Основные принципиальные схемы обработки поверхностным пласти-

ческим деформированием приведены на рис. 7.3, 7.4, 7.5.

Рис. 7.3. Схемы ППД наружных поверхностей специальным инстру-

ментом:

а – упрочняющее обкатывание; б - вибрационное накатывание и вы-

глаживание; в - ультразвуковая обработка; г - центробежная обработка; д -

упрочняющая чеканка; е - обработка механической щеткой; 1 – заготовка; 2 –

индентор; 3 -ультразвуковая головка; 4 – ролик; 5 – щетка.

Упрочняющее обкатывание (для наружных поверхностей) и раскаты-

вание (для внутренних поверхностей) характеризуются качением инструмен-

та (индентора) по обрабатываемой поверхности. Выглаживание характеризу-

539

ется скольжением инструмента по поверхности локально контактирующей с ним.

Рис. 7.4. Схемы ППД внутренних поверхностей специальным инструментом:

а – упрочняющее раскатывание роликами; б - упрочняющее раскатывание шариками; в - выглаживание; г – поверхностное дорнование; д - ударное рас-

катывание; 1 – заготовка; 2 – роликовый раскатник; 3 – шариковый раскат-

ник; 4 - индентор; 5 – дорн; 6 – шарики; 7 – опора.

Рис. 7.5. Схемы ППД наружных поверхностей рабочими телами:

а - дробеструйная обработка; б - дробеметная обработка; в - вибраци-

онная ударная обработка; 1 – заготовка; 2 – дробь; 3 – струя газа или жидко-

сти; 4 – дробемет; 5 – вибростол.

Вибрационная обработка (накатывание и выглаживание) характеризу-

ется возвратно-поступательным вибрационным перемещением индентора.

540

Поверхностное дорнование характеризуется поступательным скольжением инструмента по охватывающей обрабатываемой поверхности.

Дробеструйная и дробеметная обработка характеризуются ударами рабочих тел (дроби) по деформируемому металлу. В зависимости от источ-

ника кинематической энергии (струя газа, жидкость, газ с жидкостью, вра-

щение ротора дробемета) различают обработку: пневмодробеструйную; гид-

родробеструйную; гидропневнодробеструйную; дробеметную.

Ультразвуковая обработка характеризуется сложением постоянной силы деформирование, приложенной к индентору с микроударами, возни-

кающими за счет его ультразвуковых колебаний.

Ударное раскатывание характеризуется ударным взаимодействием ро-

ликов с обрабатываемой поверхностью во время прохождения выступающих элементов опоры. Центробежная обработка характеризуется ударным взаимодействием роликов с обрабатываемой поверхностью под действием центробежной силы. Упрочняющая чеканка характеризуется ударным при-

ложением деформирующей силы при возвратно – поступательном переме-

щении инструмента. Вибрационная ударная обработка характеризуется уда-

рами рабочих тел об обрабатываемую поверхность заготовки в замкнутом пространстве при вибрационном перемещении заготовки. Обработка меха-

нической щеткой характеризуется ударами концами проволоки вращающей-

ся механической щетки.

Если сравнить статические и ударные методы, близкие по приклады-

ваемым усилиям и кратности их приложения, то можно выявить следующие закономерности. Меньшую шероховатость поверхности с большой относи-

тельной опорной длиной профиля обеспечивают статические методы ППД.

Для достижения большей степени упрочнения, которая характеризуется по-

вышением микротвердости, значений сжимающих остаточных напряжений и толщины упрочненного слоя, как правило, лучше применять ударные мето-

ды. Однако виброударная обработка поверхности может уступать накатыва-

нию по степени упрочнения.

541

При обработке ППД в поверхностном слое заготовки происходят слож-

ные взаимосвязанные явления: упругие и пластические деформации, процес-

сы трения, температурные явления, а также диффузия и адгезия. Данные яв-

ления охватывают не только зону контакта инструмента с заготовкой, но и зоны находящиеся в непосредственной близости от нее. К основным пара-

метрам ППД относятся упругая и пластическая деформация, площадь кон-

такта инструмента с обрабатываемой поверхностью, сила деформирования,

напряжения, возникающие в материале под воздействием этой силы, а также кратность приложения силы.

При силовом воздействии индентора на заготовку образуется отпечаток

(рис. 7.6, а), причем по мере увеличения силы вначале происходит упругая деформация, а затем пластическая (рис. 7.6, б). При снижении силы Р проис-

ходит возврат металла. Размер отпечатка «d», соответствующий участку О-С,

Рис. 7.6 Течение металла при сдавливании сферического индентора:

а – схема получения отпечатка; б – зависимость упругой (a0) и пластической

(аmax) деформации от напряжения сдавливания σ; P – статическая или удар-

ная сила нагружения; О-А и А-В – линии упругой и пластической деформа-

ции; В-С – линия обратного процесса; R – радиус индентора; d – размер от-

печатка; h – глубина отпечатка; a – величина деформации.

отражает величину остаточной пластической деформации. При деформации металлов происходит межзеренное и внутризеренное сдвиговое перемеще-

ние, которое осуществляется за счет движения дислокаций по плоскостям скольжения. С увеличением деформации дислокации размножаются, взаимо-

действуют между собой и другими дефектами кристаллической решетки.

При этом движение дислокаций затрудняется, а напряжение пластического

542