Мураткин ОВ иРА для заочников / учебное пособ ОВДиРА

трехфазной дугой неплавящимися электродами в среде аргона является возможность подключения присадочной проволоки в среднюю фазу источника питания вместо изделия. Такая схема подключения позволяет в широких пределах регулировать тепловой режим процесса наплавки путем перераспределения сварочного тока, протекающего через основной металл, на сварочную проволоку. В результате разделения мощности теплового потока от дуги между основным и присадочным металлами удается достичь высокой технологической прочности сварного соединения.

Рис. 4.35. Схема сварки трехфазной дугой неплавящимся электродом: 1 –

деталь; 2 – присадочный проволока; 3 –сварочная горелка; 4 –газокинетическая составляющая дуги; 5 – электродинамическая составляющая дуги; 6 –

сварочная ванна К недостаткам однофазной и трехфазной сварки неплавящимися

электродами в среде аргона первую очередь следует отнести дороговизну этих процессов. Так, например, стоимость однофазной аргонодуговой сварки примерно в три раза превышает стоимость ацетиленокислородной.

Устранение пробоин в корпусных деталях в большинстве случаев осуществляют ацетиленокислородной сваркой с использованием специального флюса, который вступает в реакцию с окислами алюминия и образует легкие шлаки, всплывающие из расплавленного металла. В качестве присадочного

материала используют специальные прутки или куски алюминия, которые также применяют для предотвращения вытекания из сварочной ванны расплавленного металла. При этом для герметизации пробоины используют асбестовую подкладку (рис. 4.36.).

Рис. 4.36. устранение пробоины корпуса газовой сваркой: 1 – корпус с пробоиной; 2 – асбестовая прокладка; 3 – горелка; 4 – кусок силумина

Сварку начинают с прогрева до температуры 250…300ºС прилегающих к пробоине участков корпусной детали и удерживаемого клещами куска присадочного материала. Далее кромки пробоины посыпают флюсом, окунают во флюс присадочный материал и начинают сплавлять его с кромками стенок детали. После заполнения всей пробоины металлом производят медленное охлаждение, которое исключает образование пор в расплавленном металле.

Контрольные вопросы

1.Почему сварка чугуна более проблематична, чем сварка малоуглеродистой стали?

2.Какие особенности следует учитывать при сварке алюминиевых сплавов?

3.От чего зависит свариваемость материалов?

4.Какую функцию выполняет электродное покрытие в процессе электродуговой сварки?

5.Как осуществляют заварку трещин?

6.Для чего производят подогрев детали перед сваркой?

4.2.2. Восстановление деталей наплавкой

Достаточно большую долю в общем объеме работ по восстановлению деталей на ремонтных предприятиях составляют способы наплавки. Так,

наплавка под слоем флюса составляет 32%, наплавка в среде углекислого газа –

20%, вибродуговая наплавка – 12%, наплавка порошковой проволокой без флюсовой или газовой защиты – 10% и плазменная наплавка – 1,5%.

Наплавка является разновидностью сварки и заключается в том, что на поверхность исходной заготовки наносят слой расплавленного металла. В

большинстве случаев наплавку используют для восстановления первоначальных размеров и формы изношенных изделий. Однако в некоторых случаях она применяется в качестве упрочняющей обработки при изготовлении новых (биметаллических) деталей, позволяющей заменить в изделиях высоколегированные стали углеродистыми путем наплавления на них высоколегированного износостойкого слоя. Она позволяет получить на поверхности деталей слой необходимой толщины и нужного химического состава, обладающего высокой твердостью и износостойкостью. Толщину наплавленного слоя назначают в зависимости от условий работы деталей и предельно допустимой величины износа рабочих поверхностей. Для деталей,

работающих на истирание толщина наплавленного слоя не должна превышать 4

мм, а в условиях ударных нагрузок – 2 мм.

Практически во всех способах наплавки необходимо стремиться к увеличению высоты наплавленного слоя за один проход и снижению глубины проплавления основного металла, так как большая глубина проплавления

недопустима из-за высокой вероятности образования больших остаточных напряжений и деформаций.

Для снижения остаточных напряжений и деформаций, особенно в ответственных деталях, применяют различные технологические приемы. К ним относится отжиг при температуре 600…850°С с последующим охлаждением вместе с печью или отпуск при температуре 400°С с выдержкой при этой температуре в течение 3 часов и охлаждением на воздухе, применение предварительного подогрева детали перед наплавкой до температуры

200…350°С. Кроме того, наплавочные работы необходимо проводить исходя из условий бездеформационной обработки (см. раздел 1.6.2.). Так, следует избегать наплавки излишнего металла с тем, чтобы получить минимальный припуск на механическую обработку, который позволит уменьшить уровень остаточных напряжений и деформаций. При продольной наплавке цилиндрических деталей нужно применять способ уравновешивающих валиков

(рис. 4.37.). После наложения первого валика вдоль оси детали, как правило,

возникает остаточная деформация изгиба. Для ее устранения накладывают второй валик, повернув деталь на 180° вокруг ее оси. Поворачивая каждый раз деталь для наложения очередного валика, можно добиться минимальных остаточных деформаций изделия.

Рис. 4.37. Схема продольной наплавки шлицевой поверхности детали способом уравновешивающих валиков

Решающее значение для получения необходимых эксплуатационных свойств восстанавливаемых изделий имеет правильно выбранный наплавочный материал и способ наплавки. Так, для повышения износостойкости при механическом изнашивании необходимо максимальное повышение твердости рабочих поверхностей, для устранения теплового изнашивания – повышение жаростойкости, а для предупреждения повреждаемости в результате схватывания необходимо вести наплавку присадочным материалом,

обладающим малой склонностью к схватыванию.

При наплавке слоя с особыми свойствами необходимо учитывать, что наплавленный металл вследствие перемешивания с основным металлом и взаимодействия с атмосферой дуги отличается по составу от электродного металла. Доля основного металла в наплавленном слое обычно выражается в процентах и может колебаться в широких пределах, зависящих от способа и режима наплавки (табл. 5.1).

При выборе способа наплавки также следует учитывать его производительность (табл. 5.1.) и то, что повышение износостойкости наплавленного слоя в большинстве случаев сопровождается снижением усталостной прочности изделий, например, для деталей из нормализованной стали уменьшение предела выносливости доходит до 25% и для деталей из закаленной стали – до 35%.

При восстановлении, в том числе, автомобильных деталей применяют ручные

(газовую и электродуговую) и механизированные виды наплавки:

полуавтоматическую и автоматическую под слоем флюса, в среде защитных газов,

вибродуговую и др.

Автоматическая наплавка обладает целым рядом преимуществ по сравнению с ручной. При автоматической наплавке в состав наплавленного металла можно вводить до 35% легирующих элементов, что значительно повышает износостойкость и придает этому металлу необходимые свойства. При этом легирующие элементы расходуются более экономно, чем при ручной наплавке. При автоматической наплавке резко увеличивается производительность процесса,

значительно улучшаются условия труда и качество наплавленного слоя,

уменьшается расход электроэнергии и наплавочных материалов.

Таблица 5.1.

Сравнительная характеристика способов наплавки

Ручная или автоматическая электродуговая наплавка деталей может проводится отдельными валиками вдоль образующей или кольцевыми валиками с прерывистым смещением на шаг. При механизированной наплавке цилиндрических деталей валики наплавляют по винтовой линии так, чтобы каждый последующий

валик перекрывал предыдущий на 1/2 или 1/3 своей ширины. Наплавка цилиндрических деталей затрудняется, главным образом, опасностью стекания с детали расплавленного металла, причем тем большей, чем меньше диаметр изделия.

Стекание жидкого металла предотвращается смещением электрода относительно оси изделия против направления вращения детали. Величина смещения для деталей диаметром 40...50 мм составляет 4...6 мм, а для деталей диаметром

60...80 мм – 8...10 мм. Это позволяет осуществить плавление металла, когда наплавляемое место находится в зените вращающейся детали и при дальнейшем перемещении этого места наплавленный металл успевает кристаллизоваться.

Следует отметить, что при поступательном перемещении электрода (без поперечных колебаний) ширина валика составляет примерно 1,5 диаметра электрода

(рис. 4.38.).

а б

Рис. 4.38. Схема перемещения электрода при наплавке: а – без поперечных колебаний; б – с поперечными колебаниями

Для получения качественного слоя наплавленного металла большое внимание следует уделять скорости его охлаждения, так как при высокой скорости охлаждения в металле могут остаться не успевшие выделиться газы и шлаковые включения.

Снижению скорости охлаждения способствуют поперечные колебания электрода

(рис. 4.38, б). Этот технологический прием, который называется широкослойной

наплавкой, с успехом используется при восстановлении кулачков распределительного вала.

Во избежание попадания жидкого шлака на еще нерасплавленный основной металл электрод во время наплавки располагают под углом 15…20º к вертикали. При этом скорость вращения детали выбирается в зависимости от диаметра изделия и составляет 10...60 м/ч. Чем меньше диаметр детали, тем меньше должна быть окружная скорость. Механизированную электродуговую наплавку деталей диаметром менее 40 мм вообще не рекомендуется проводить из-за высокой вероятности стекания жидкого металла с поверхности изделий.

Высокую износостойкость наплавленного металла, прежде всего, можно получить путем правильного выбора химического состава электродной проволоки, легирующих компонентов, находящихся в покрытии электрода или флюсе, защитных газов, режимов наплавки, характерных особенностей каждого из способов наплавки в отдельности и в совокупности с последующей термической обработкой.

Введение марганца и хрома в качестве легирующих составляющих в малоуглеродистую сталь в количестве от 8 до 27% повышает в 4…5 раз ее износостойкость при механическом изнашивании. Причем введение хрома повышает износостойкость за счет увеличения твердости наплавленного слоя, а

введение марганца – за счет увеличения ударной вязкости металла. Изделия с таким слоем хорошо работают при высоких удельных и ударных нагрузках.

Необходимо отметить, что для того чтобы при последующей закалке увеличить твердость до требуемого значения наплавленный металл должен содержать не менее 0,35% углерода.

При восстановлении крупногабаритных деталей с большими диаметрами рекомендуется применять широкослойную наплавку ленточным электродом или пучком электродов. Пучок электродов представляет собой несколько сложенных вместе электродов, скрепленных между собой обвязкой и прихватками.

Широкослойную наплавку пучком электродов подразделяют на многоэлектродную и многодуговую наплавку.

При многоэлектродной наплавке электрическая дуга периодически перемещается с одного электрода на другой, т. е. постоянно горит только одна дуга, а не несколько. В результате образуется общая сварочная ванна с небольшой глубиной проплавления. В отличие от сварки электроды при наплавке располагаются не вдоль, а поперек движения наплавочного аппарата, образуя в процессе сварки широко наплавленный слой.

При многодуговой наплавке одновременно используют несколько наплавочных аппаратов, питающих током каждую дугу или один аппарат с несколькими изолированными друг от друга электродами. В этом случае каждый электрод формирует свой валик, не образуя общей сварочной ванны. Производительность многодуговой наплавки повышается в результате применения нескольких сварочных дуг небольшой мощности. Примером такой наплавки является восстановление посадочной шейки вала, когда на цилиндрической поверхности за один оборот образуются без перекрытия несколько параллельных кольцевых валиков. Число валиков зависит от длины восстанавливаемой шейки и ограничивается мощностью источника тока. На следующем обороте та же группа электродов «заплавляет» промежутки между первыми валиками. При этом способе наплавки, используя проволоки разного состава, можно получить наплавленный слой с различными антифрикционными свойствами.

При проведении ремонтной наплавки необходимо стремиться к минимальному проплавлению основного металла при достаточной устойчивости электрической дуги. Удовлетворительная устойчивость горения дуги обеспечивается при плотности тока равной 11…12 А/мм2. При этом глубина проплавления уменьшается при поперечных колебаниях электрода,

снижении силы тока, увеличении скорости наплавки, диаметра электрода и установочной длины электрической дуги (рис. 4.39.). Кроме того, при наплавке углом вперед глубина проплавления меньше, чем при наплавке углом назад.

Рис. 4.39. Влияние параметров наплавки на глубину проплавления основного металла

Ручная электродуговая наплавка покрытыми электродами применяется при восстановлении деталей достаточно редко. С помощью ее можно исправлять такие дефекты, как износ шпоночных канавок, износ паза под рычаг выключения сцепления, пазов вилок переключения передач и др. Типичным примером ручной электродуговой наплавки плоской поверхности является восстановление изношенных пазов вилки под фланец каретки синхронизатора, изготовленной из низкоуглеродистой стали и упрочненной химико-термической обработкой до твердости НRСЭ 56...62. Процесс восстановления состоит из предварительного подогрева изделия в печи или газовой горелкой до температуры 150...200 °С,

наплавки, которую проводят электродом диаметром 3 мм при силе тока 200 А и напряжении дуги 30...35 В, отжига, фрезерования пазов и закалки токами высокой частоты.

Примечательно, что режимы ручной электродуговой наплавки примерно такие же, как при сварке.

В ремонтной практике автоматическая наплавка под слоем флюса применяется в тех случаях, когда нужно наплавить слой толщиной более 3 мм.