Попов. восстан детал

Рис. 2.20. Схема электроконтактной приварки стальной ленты:

1 – центр; 2 – восстанавливаемая деталь; 3 – лента; 4 – ролик; 5 – трансформатор; 6 – прерыватель тока

Преимущества способа: высокая производительность процесса (в 2,5 раза превосходит вибродуговую наплавку); малое тепловое воздействие на деталь (не более 0,3 мм); небольшая глубина плавления; незначительный расход материала (в 4...5 раз превосходит вибродуговую наплавку); возможность получения неплавленного металла с любыми свойствами; благоприятные санитарно-производственные условия работы сварщика, а недостаток – ограниченность толщины наплавленного слоя и сложность установки.

Способ электроконтактной приварки ленты используется для восстановлении поверхностей валов, а также отверстий в чугунных и стальных деталях, в том числе корпусных.

Твердость, износостойкость и прочность сцепления ленты с деталью зависят от марки стали ленты. Высокую твердость обеспечивают ленты из хромистых и марганцевых сталей. Рекомендации по выбору материала ленты представлены в табл. 2.12. Толщина ленты берется в пределах 0,3...1,5 мм. Усилие прижатия роликов при приварке ленты

1,3...1,6 кН.

Таблица 2.12

Твердость приваренного слоя в зависимости от материала ленты

Марки стали при-	Твердость при-		Марки стали при-	Твердость прива-
вариваемой ленты	варенного слоя,		вариваемой ленты	ренного слоя,
	HRC			HRC
Сталь 20	30…35		Сталь 55	50…55
Сталь 40	40…45		Сталь 40Х	55…60
Сталь 45	45…50		Сталь 65Х	60…65
		61

Ролики (электроды) изготавливают из специальных медных сплавов, бронзы (БрНБТ, ХКд-0,5-0,3, БрХ, БрХЦр-0,6-0,05), сплава Мц-4, меди М-1.

Для восстановления деталей применяют установки «Ремдеталь»: 011-1-02 и ОКС-12296-ГОСНИТИ – для шеек валов; 011-1-05 – для резьбовых участков валов малого диаметра и поверхностей деталей типа «вал»; 011-1-06 – для внутренних поверхностей гильз цилиндров; 011-1-11 – коренных опор блоков цилиндров.

Режим приварки определяется показателями:

•электрическими – сила сварочного тока и длительность сварочного цикла. Малая сила тока не обеспечивает надежной приварки, а большая сила тока приводит к образованию на поверхности детали пор

итрещин;

•механическими – частота вращения, подача электродов, усилие сжатия электродов. Подачу электродов, частоту вращения детали, продолжительность сварочного цикла подбирают из условия получить 6...7 сварочных точек на 1 см длины шва (подбирают на эталонных образцах при постоянной скорости вращения). Подача электрода обеспечивает перекрытие сварных точек: малое перекрытие ухудшает свариваемость ленты с основным металлом, а повышенное – увеличивает зону отпуска, что снижает твердость приваренного слоя. Недостаточное усилие сжатия электродов на поверхности ленты и детали приводит к эрозионному разрушению, сопровождающемуся сильным искрением в зоне контакта; большое усилие сжатия электродов приводит к деформации электродов

иснижению их стойкости.

Ориентировочные режимы приварки стальной ленты приведены в табл. 2.13.

			Таблица 2.13
Режимы приварки стальной ленты
Параметры	Детали
	корпусные		типа «вал»
Сила сварочного тока, А	7,8…8,0		16,1…18,1
Длительность сварочного цикла, с	0,12…0,16		0,04…0,08
Длительность паузы, с	0,08…0,1		0,1…0,12
Скорость сварки. м/мин	0,5		0,7…1,2
Подача электродов, мм/об	Ручная		3…4
Усилия сжатия электродов, кН	1,70…2,25		1,90…1,60
Материал ленты	Сталь 20		Сталь 40…50
Материал детали	СЧ18-36; СЧ21-40		Сталь любая
Расход охлаждающей жидкости, л/мин	0,5…1,0		1,5…2,0
62

Для деталей типа «вал» диаметром 30...50 мм рекомендуются следующие режимы приварки ленты толщиной 0,44 мм: частота вращения

– 5 мин-1; подача сварочной головки – 3 мм/мин; усилие сжатия электродов – 1,5 кН; количество охлаждающей жидкости – 1,5 л/мин.

Охлаждающая жидкость служит охлаждения роликов сварочной головки и эффективного отбора теплоты из зоны приварки. Твердость восстанавливаемой поверхности достигает 55 HRC и более.

2.3.5. АВТОМАТИЧЕСКАЯ НАПЛАВКА ДЕТАЛЕЙ ПОД СЛОЕМ ФЛЮСА

Автоматической наплавкой называют сварочный процесс, при котором подача электродной проволоки, перемещение сварочной дуги вдоль шва, подача защищающих и легирующих материалов в зону дуги механизированы. Основными преимуществами автоматической наплавки по сравнению с ручной сваркой является надежность получения высокого качества, стабильность технологического процесса, повышение производительности труда, невысокая квалификационная требовательность к специалистам и рабочим.

Для каждого способа наплавки применяются определенные режимы сварки, марки проволоки и другие наплавочные материалы.

Процесс сварки под флюсом был разработан академиком Е.О. Патоном в годы Великой Отечественной войны применительно к сварке броневой стали танков. Затем его ученики в Институте электросварки АН УССР имени Е.О. Патона разработали процесс наплавки под флюсом электродной проволокой различных деталей машин.

Рис. 2.21. Схема электродуговой наплавки деталей под флюсом:

1 – наплавочный аппарат; 2 – кассета с проволокой; 3 – бункер с флюсом; 4 – проволока электродная; 5 – деталь; 6 – наплавленный металл; 7 – корка шлаковая; 8 – флюс;

9 – сварочная дуга; 10 – расплавленный металл

63

Процесс наплавки происходит при горении дуги между электродной проволокой и деталью под слоем сыпучего флюса, покрывающего зону дуги и расплавленного металла. В процессе наплавки дуга расплавляет ближайшие частицы флюса и горит внутри полости из эластичной оболочки из расплавленного флюса, которая защищает зону дуги и расплавленного металла от попадания воздуха и пропускает выделяющиеся газы.

При автоматической наплавке под флюсом электрическая дуга горит между деталью 5 и электродной проволокой 4 (рис. 2.21). К дуге непрерывно подается электродная проволока и флюс. Проволока оплавляется и непрерывно стекает в жидкую ванну расплавленного металла, над которым находится слой расплавленного флюса в виде эластичной оболочки, надежно изолирующей плавильное пространство от окружающего воздуха, обеспечивая получение наплавленного металла без пор. Через расплавленный флюс происходит легирование наплавленного металла. При увеличении давления внутри флюсового пузыря оболочка не мешает образующимся газам прорываться наружу.

Шлаковая корка неэлектропроводна и не расплавляется электрической дугой, поэтому ее необходимо удалять. В противном случае, в наплавленном металле остаются шлаковые включения, которые истирают сопряженный металл. Отделимость шлаковой корки ухудшается с увеличением температуры детали, и при определенной температуре ее удалить невозможно. При наплавке под флюсом деталей диаметром менее 50 мм шлаковая корка перестает отделяться после наплавки 3...4 валиков, поэтому для деталей диаметром менее 50 мм применяют вибродуговую наплавку в жидкости или наплавку в среде защитных газов.

При наплавке под флюсом деталей, регулируя частоту оборотов детали, шаг наплавки, скорость подачи проволоки, можно за один проход наплавлять от 0,5 до 5 мм на сторону.

Используя легирующий флюс, легированную или порошковую проволоку, можно получить металл любой структуры и твердости от HRC 30 до HRC 64. В частности, применяя для наплавки стальных коленчатых валов пружинную проволоку Нп-65Г и легирующий флюс, состоящий из феррохрома, флюса АН-348А и графита, можно получить наплавленный металл со структурой мартенсита и твердостью HRC 64 без термической обработки.

Химический состав флюса, кроме защиты от воздуха, должен обеспечить стабильность горения дуги в процессе наплавки, получение заданного химического состава наплавленного металла, получение швов без видимых трещин и с минимальным (допустимым) числом шлаковых включений и пор.

64

Для наплавки деталей из углеродистых и малолегированных сталей разработаны и изготавливаются различные составы и марки флюсов, в том числе АН-348А, АН-348АМ, ОСЦ-45, ОСЦ-45М, ФЦ-9, АН-51. Наилучшие результаты при наплавке деталей диаметром от 50 до 80 мм получаются при использовании флюса АН-348А, который имеет следующий химический состав: окись кремния SiО2 41...44 %; окись марганца МnО 34...38 %; фтористый кальций CaF2 3,5...4,5 % и некоторые другие элементы.

Режимы наплавки существенно влияют на формирование наплавленного слоя. С уменьшением смещения электрода с зенита глубина проплавления увеличивается. С увеличением напряжения дуги глубина проплавления не изменяется, ширина валика возрастает. С увеличением шага наплавки уменьшается перекрытие валиков и возрастает глубина проплавления. Хорошее формирование слоя обеспечивается, если последующий валик перекрывает предыдущий на 1/3, при этом шаг наплавки равен 2/3 ширины валика.

С ростом тока глубина проплавления увеличивается. На автоматических установках значение тока зависит от скорости подачи и диаметра проволоки. С их увеличением ток возрастает и наоборот. Скорость подачи проволоки и ее диаметр выбирают исходя из требуемой толщины наплавляемого металла и диаметра детали.

Наплавку деталей из углеродистой стали 30, 40, 45 производят углеродистыми проволоками марок Нп-30, Нп-40, Нп-50, Нп-65, Нп-80, легированной Нп-30ХГСА. Наплавленный этими проволоками под флюсом АН-348А металл по своему химическому составу мало отличается от химического состава основного металла.

При наплавке деталей, изготовленных из стали 35 и 45, в качестве электродного материала рекомендуется применять проволоку марок Нп40 и Нп-50, которые позволяют получить наплавленный металл по своему химическому составу, соответствующий стали 35 и 40. Твердость наплавленного металла получается в пределах НВ 187...192.

Наплавка закаленных сталей производится с последующей их закалкой током высокой частоты (ТВЧ), что обеспечивает получение наплавленного металла с твердостью до HRC 45.

Детали, изготовленные из малоуглеродистой стали 20, наплавляют электродной проволокой Нп-30 или Св-08 под слоем флюса. Флюс перед употреблением необходимо высушить при температуре 350...400 °С, чтобы удалить из него влагу, которая, испаряясь при наплавке, способствует образованию пор.

При наплавке цилиндрических гладких и резьбовых поверхностей по винтовой линии первый валик наплавляют вкруговую, а следующие

65

– по винтовой линии. При наплавке необходимо устанавливать электродную проволоку по отношению к зениту цилиндрической поверхности с некоторым смешением в сторону, противоположную направлению вращения детали, обеспечив смещение электрода от зенита. При неправильной установке электродной проволоки (в зените или при смещении по ходу вращения) расплавленный металл и шлак стекают с поверхности детали, так как металл в ванне не успевает затвердеть, что приводит к ухудшению условий формирования шва. Смещение электродной проволоки от зенита изменяют в зависимости от диаметра детали, с увеличением которого смешение электрода возрастает.

Наплавку шлицев под флюсом производят в продольном направлении в процессе заплавки впадин. Конец электродной проволоки при этом должен устанавливаться на середине впадины между шлицами. Смещение электродной проволоки к одной из боковых сторон шлица сопровождается оплавлением его боковой поверхности, что приводит к нарушению правильного заполнения впадины металлом и увеличивает неровность поверхности наплавленного металла.

Параметры среднего режима наплавки под флюсом следующие: частота вращения наплавляемой детали 2,5...4,0 об/мин; шаг наплавки 3,5...4,0 мм/об; диаметр электродной проволоки 1,6...1,8 мм; скорость подачи электродной проволоки 1,7...2,0 м/мин; сила тока 160...180 А; напряжение дуги 24...26 В.

Способы легирования наплавленного металла при наплавке под флюсом. От химического состава наплавленного металла зависит возможность закалки, износостойкость, прочность, ударная вязкость и другие свойства. Для получения требуемого химического состава применяются различные способы легирования, в том числе:

•применение легированной сплошной электродной проволоки или ленты и обычного флюса;

•применение порошковой проволоки с требуемым составом шихты и обычного флюса;

•применение обычной проволоки или ленты и легирующего флюса, изготовленного в процессе добавления к обычному стандартному плавленому или металлокерамическому флюсу легирующих элементов феррохрома, ферромарганца, графита и т.д.;

•нанесение легирующих примесей на поверхность детали и наплавка электродной проволокой под обычным флюсом с полным расплавлением легирующих материалов, к этому способу можно отнести обертывание детали легированной лентой, укладку легированного прутка, насыпку порошка, намазывание паст.

66

Первый способ легирования имеет ограниченное применение вследствие того, что в процессе наплавки электродный металл, взаимодействуя со шлаком, в значительной мере изменяется по своему химическому составу.

Второй способ легирования является перспективным, так как шихту проволоки можно подбирать любого требуемого состава с учетом взаимодействия металла и шлака при данном составе флюса и определенных режимах наплавки. Наплавка металла порошковой проволокой позволяет получить металл однородного и требуемого свойства.

Третий способ легирования широко применяется в ремонтном производстве при восстановлении коленчатых валов. Для устранения возможной сепарации феррохрома и графита, примешиваемых к флюсу АН-348А, их после тщательного перемешивания склеивают с флюсом жидким стеклом. При этом способе легирования особенно тщательно должен соблюдаться режим наплавки, потому что от него в основном зависит изменение относительной массы шлака, а следовательно, и изменение поступления легирующих элементов в наплавленный металл.

Четвертый способ легирования применяется в двух вариантах: нанесение на наплавляемую поверхность пасты с легирующими элементами и расплавление этой пасты лучом лазера; прихватка к наплавляемой поверхности легированной ленты и приварка к поверхности точечной сваркой с охлаждением водой. Оба варианта применяются в ремонтном производстве.

2.3.6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ СВАРКОЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЧУГУНА

Из серого чугуна изготавливают блоки цилиндров (БЦ), головки БЦ, картеры сцепления или коробки передач, корпуса водяных и масляных насосов, ступицы передних колес и т.д., а из ковкого – картеры задних мостов, ступицы задних колес и т.д. Для устранения дефектов в таких деталях (трещины, сколы, пробоины, срыв или износ резьбы и т.п.) применяют горячий или холодный способ сварки.

Горячий способ связан с предварительным подогревом детали для исключения резких перепадов температуры в зоне сварки, приводящих к возникновению значительных растягивающих остаточных напряжений. Сварку проводят в следующем порядке.

1.Механическая обработка: рассверливают концы трещины и разделывают кромки трещины угловой шарошкой на глубину, примерно равную половине толщины стенки.

2.Подогрев детали в печи до температуры 600...650 °С.

67

3.Сварка ацетиленокислородным пламенем с использованием стержневых электродов, отлитых из серого чугуна с повышенным содержанием кремния (до 3...3,5 %). Для зашиты наплавленного металла от окисления и удаления оксидов применяется флюс (50 % буры и 50 % карбоната натрия).

Режим сварки: расход ацетилена 100...120 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла; сварочное пламя должно быть нейтральным или

снебольшим избытком ацетилена.

4.Медленное охлаждение детали после сварки. Горячий способ обеспечивает высокое качество сварки, но из-за сложности процесса (использование печи, нагрев детали) он применяется в АРО и АТО в основном для восстановления сложных корпусных деталей.

Холодный способ (без подогрева детали), наиболее простой и экономичный, осуществляется при ручной или полуавтоматической дуговой сварке электродами из стали, цветных металлов и сплавов, например:

•электродами ЦЧ-4 из стальной проволоки Св-08 с толстым покрытием, содержащим титан;

•медными электродами ОЗЧ-1 с покрытием, содержащим железный порошок;

•электродами МНЧ-1 из специального сплава (63 % Ni и 37 % Сu)

спокрытием, применяемым для УОНИ-13/55;

•самозащитной электродной проволоки ПАНЧ-11 (разработка Института электросварки им. Е. О. Патона Национальной Академии наук Украины) при сварке на полуавтомате А-547У с параметрами режи-

ма: d = 1,2...1,6 мм; I = 110...120 A; UД = 18...22 В.

Недостатки холодного способа сварки чугуна:

•возможное науглероживание и закалка шва резко ухудшает обрабатываемость;

•из-за наличия в зоне шва растягивающих остаточных напряжений в детали сразу после сварки или при начале работы образуются трещины в околошовной зоне.

Устранение дефектов на деталях из чугуна. Чугун обладает низки-

ми сварочными свойствами. При его сварке в металле шва и околошовной зоне могут образоваться трещины, а на границе сплавления образуется хрупкая твердая зона отбела, не поддающаяся механической обработке режущим инструментом.

Причиной возникновения этих дефектов является поступление в наплавленный металл углерода, кремния, марганца, содержащихся в большом количестве в чугуне. При быстром охлаждении в наплавлен-

68

ном металле не успевают пройти процессы графитизации, и металл кристаллизуется с образованием ледебурита, мартенсита, цементита – чрезвычайно хрупких структур, с низкой пластичностью и высокой твердостью.

Под действием растягивающих напряжений, возникающих при усадке, металл с такой структурой растрескивается. Для предупреждения образования трещин необходимо повышать пластические свойства металла шва и околошовной зоны в процессе повышения температуры до 600...650 °С перед и после сварки (горячая сварка) или вводить в шов элементы, препятствующие образованию мартенсита, ледебурита, цементита (холодная сварка).

Для каждого вида дефекта существует определенный способ подготовки к заварке (табл. 2.14).

	Таблица 2.14
	Подготовка изделий перед сваркой
Дефект	Технология подготовки дефекта к заварке
Трещина	Зачистка до металлического блеска поверхности вокруг
	трещины на ширину 12...15 мм, вырубка канавки вдоль
	трещины на глубину 1/3 и ширину 2/3 от толщины стен-
	ки, засверловка концов трещины.
Пробоина	Зачистка до металлического блеска поверхности вокруг
	пробоины, изготовление заплаты из Ст. 3 толщиной
	2...2,5 мм, при расположении пробоины в стенке с необ-
	работанной поверхностью заплату изготавливать вна-
	хлест, в стенке с обработанной поверхностью – впотай.
Облом	Изготовление ремонтной детали по форме обломанной
	части. Зачистка скосов в местах стыковки основной и
	ремонтной детали.
Износ отверстий	Рассверловка отверстия до полного снятия старой резь-
резьбовых	бы (при диаметре отверстия менее 12 мм – зенкование
	отверстия)
Износ отверстий	Зачистка изношенной поверхности наждачной шкуркой.
гладких

Обрабатываемость сварных швов при сварке чугуна. Для сварки чу-

гуна чаще всего применяют электроды, содержащие в своем составе медь или никель (медножелезные, железоникелевые, хромоникелевые), такие как МНЧ-1; МНЧ-2; АНЧ-1; ОЗЧ-1, ОЗЧ-2. Значительно реже применяются электроды с чугунным стержнем или стальные (ЦЧ-4 и

69

др.), так как швы, заваренные этими электродами, трудно обрабатываются.

Режимы сварки чугуна должны обеспечить минимально возможную глубину проплавления основного металла. Порядок наложения швов должен быть таким, чтобы тепло, выделяемое при сварке, было рассредоточено равномерно по всей зоне сварки. Трещины длиной менее 100 мм заваривают в одном направлении. Трещины, имеющие длину более 100 мм, заваривают обратноступенчатым способом. После наложения каждого валика место сварки следует охладить до температуры 60...70 °С, прежде чем: приступить к заварке следующего участка трещины.

Большинство применяемых электродов на основе меди и никеля требует послойной проковки шва, которая уплотняет металл, снимает внутренние напряжения и повышает герметичность сварного соединения. Проковку проводят сразу же после обрыва дуги легкими ударами заостренной частью молотка или бородком со сферической головкой.

Рассмотрим сварку трещин на чугунных деталях проволокой ПАНЧ-1 1. В институте электросварки им. Е. О. Патона в Киеве была разработана проволока ПАНЧ-11 на основе никеля с добавкой специальных элементов, предотвращающих окисление сварочной ванны, способствующих хорошему формированию шва и образованию мягкой, нетрескающейся аустенитной структуры.

Сварку производят проволокой ПАНЧ-11 диаметром 1,2 мм с помощью полуавтомата А-547-У без защиты. Благодаря наличию в проволоке большого количества никеля, шов получается аустенитный, плотный, трещины отсутствуют. Напряжение дуги 16...18 В; сила тока 110...130 А; скорость подачи проволоки 110 м/ч; скорость сварки 10 м/ч; ток постоянный, прямой полярности. Трещины засверливают по краям и разделывают V-образным швом. Заварку ведут от концов к середине попеременно короткими швами длиной 20...40 мм. Сварку следующего валика ведут после остывания предыдущего до температуры 50...60 °С.

2.3.7. ВОССТАНОВЛЕНИЯ СВАРКОЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Для устранения сколов, трещин и других механических повреждений в деталях из алюминиевых сплавов АЛ-4 и -9 (головки БЦ, картеры сцепления, коробки передач, корпуса водяных насосов и др.) применяют аргонодуговую и ацетиленокислородную сварку.

Аргонодуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в среде инертного газа аргона проводится без флюса, с введением приса-

70