ЛЕКЦИИ_ЭиР / Лекция 21 (4.3)

Лекция 21

Ручная и механизированная сварка как метод восстановления деталей с/х машин.

РУЧНАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА КАК МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ С/Х МАШИН.

Сваркой - называют технологический процесс получения не­разъемных соединений твердых металлов посредством установ­ления межатомных связей между свариваемыми деталями при их местном нагреве или пластическом деформировании, или совместном действии того и другого.

Наплавка есть разновидность сварки и представляет собой процесс нанесения слоя металла на поверхность изделия.

Cварка и наплавка металлов классифицируются по следующим признакам:

• физическим;

• техническим;

• технологиче­ским.

К физическим признакам относят:

• форму вводимой энергии;

• наличие давления;

• вид инструмента как носителя энергии.

В зависимости от вводимой энергии сварочные процессы разделены на три класса:

• термический;

• термомеханический;

• механический.

К термическому классу относятся такие виды сварки, кото­рые выполняются плавлением с использованием тепловой энер­гии (дуговая, газовая, высокочастотная, термитная, электролаковая, плазменная, электронно-лучевая и лазерная);

тер­момеханическому - с применением тепловой энергии и давле­ния (контактная, диффузионная, газопрессовая и взрывом);

механическому — с использованием механической энергии и давления (трением, ультразвуковая и холодная).

К техническим признакам относятся способ защи­ты зоны сварки, непрерывность процесса и степень механиза­ции.

По способу защиты металла сварка бывает:

• воздухе;

• ва­кууме,

• защитных газах;

• под флюсом;

• пене;

• комбинированной защите.

В качестве защитных газов могут использоваться активные газы (углекислый газ, азот, водород, водяной пар и их смеси), инертные газы (аргон, гелий, их смеси) и смеси ак­тивных и инертных газов.

По непрерывности процесса различают непрерывные и пре­рывистые виды сварки и по степени механизации — ручные, механизированные и автоматические.

По технологическим признакам сварка может быть: дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, плазмен­ная, электронно-лучевая, лазерная, контактная, диффузионная, газопрессовая, ультразвуковая, взрывом, трением и холодная.

Электродуговая сварка и наплавка. Электродуговая сварка относится к сварке плавлением с помощью электрической дуги. Если два электрода подключить к источнику тока и в дальнейшем их разъединить, то между ними в газообразной среде возникнет дуговой разряд. Электрическая дуга горит между уголь­ным электродом и свариваемой деталью. Присадочный матери­ал для заполнения сварочного шва вводится в ванну извне в виде отдельного прутка.

Сварка угольным электродом имеет небольшое распростра­нение и используется главным образом при сварке тонколисто­вых материалов (облицовка комбайнов), наплавке твердыми сплавами почворежущих деталей плугов, культиваторов и др.

Классификация способов дуговой сварки:

1. По степени механизации:

• ручная;

• механизированная;

• автомати­зированная;

• автоматическая.

2. По роду тока:

• постоянный;

• переменный;

• пульсирующий.

3. По состоянию дуги:

• свободная;

• сжатая.

4. По числу дуг:

• одно дуговая;

• многодуговая.

5. По поляр­ности сварочного тока:

• прямой;

• обратный.

6. По виду электрода:

• плавящийся (металлический);

• неплавящийся (угольный, вольфрамовый и др.).

Основная характеристика плавления электрода — линейная скорость его плавления в единицу времени, обусловленная со­ставом электрода, покрытием, режимом сварки, плотностью и полярностью тока.

Горячие (микро- и макроскопические) трещины зарождают­ся в процессе сварки углеродистых сталей при температуре 1200... 1350 °С (рис. 2.8). На образование трещин влияет нали­чие в металле валика вредных примесей (углерода, кремния, серы, фосфора и водорода). Наличие в сварочном шве полез­ных примесей (марганца, никеля и хрома) уменьшает появление горячих трещин.

Холодные трещины возникают при температуре ниже 400 °С и делятся на закалочные и хрупкие.

Закалочные трещины образуются на границе сплавления в средне- и высоколегированных сталях перлитного и мартенситного классов вследствие того, что в присутствии мартенсита объем металла увеличивается и имеют место структурные на­пряжения

Хрупкие трещины появляются в наплавленном слое при его быстром охлаждении.

Поры возникают только на грани раздела фаз между твер­дым и жидким металлом, что объясняется наличием в жидком металле пузырьков газов СО, СО₂, Н₂ и др.

Способы снижения сварочных напряжений и деформаций. К таким способам относятся: отпуск, аргонодуговая обработка, проковка шва и околошовной зоны, термическая или механиче­ская правка.

Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины восстанавливаемой детали.

Свариваемость материалов — способность металла образо­вывать сварные соединения с близкими в шее механическими свойствами к основному металлу по установленной технологии сварки.

Различают металлургическую, технологическую и эксплуа­тационную свариваемости.

Под металлургической свариваемостью по­нимают процессы, протекающие в зоне сплавления сваривае­мых деталей. В результате образуются неразъемные сварные со­единения. .

Под технологической свариваемостью пони­мают возможность получения сварного соединения определен­ным способом. Она устанавливает режимы и способы сварки, технологическую последовательность выполнения сварочных работ.

Под эксплуатационной свариваемостью по­нимают прочность и пластичность сварных соединений при оп­ределенных условиях нагружения. Она служит суммарным про­явлением в металлургической и технологической свариваемо­сти. Ее критерием считается разрушающее усилие (нагрузка), характеризующее механическую прочность при испытании на срез или растяжение.

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ СВАРКА И НАПЛАВКА КАК МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ С/Х МАШИН

Дуговая наплавка под слоем флюса. Этот способ позволяет увеличить мощность сварочной дуги за счет увеличе­ния допустимой плотности тока до 150. .200 А/мм² (при руч­ной дуговой сварке плавящимся электродом не превышает 15...30 А/мм²) без опасности перегрева электрода. Производи­тельность сварочно-наплавочных работ повышается в 6...7 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой.

Горение дуги под слоем флюса способствует резкому сни­жению теплообмена с внешней средой, в результате чего удельный расход электроэнергии при наплавке металла умень­шается с 6...8 до 3...5 кВт-ч/кг. Значительно улучшается усло­вия формирования наплавленного металла и его химический со­став. Так, например, содержание кислорода в наплавленном слое в 20 и более раз, а азота втрое ниже, чем при наплавке ручным электродом.

Механизация процесса позволяет сократить потери элект­родного материала на разбрызгивание и огарки с 20..30 до 2...4%, а также снизить влияние квалификации сварщика на качество сварочно-наплавочных работ.

Между электродом 1 (рис. 2.14), проходящим через мунд­штук 2, и деталью // возбуждается электрическая дуга 5, В зону горения последней по флюсопроводу 4 поступает флюс 3. Тепловая энергия, возникающая при горении дуги, оплавляет электрод и расплавляет флюс. В результате образу­ется флюсовый пузырь, состоящий из газовой оболочки 7 и рас­плавленного флюса 6, что защищает дугу и расплавленный ме­талл 8 от воздействия внешней среды по мере перемещения сварочной ванны наплавленный металл 9 остывает и формиру­ется под защитой шлаковой корки И).

Наплавкой под слоем флюса восстанавливают и упрочняют детали с достаточно большими износами (до 3 мм),

В процессе наплавки наплавленный металл изменяет фи­зико-механические свойства в широких пределах за счет вы­бора соответствующего флюса и электродного материала.

Назначение и свойства флюса определяются составом вхо­дящих в него компонентов.

Шлакообразующие вещества (марганцевая руда, полевой шпат, кварц, плавиковый шпат и др.) образуют шлаковую кор­ку, необходимую для защиты металла от окисления в процес­се его охлаждения и улучшения формирования металла шва.

Раскисляющие и легирующие вещества (ферромарганец, ферротитан, феррохром, алюминий и др.) способствуют раскислению сварочной ванны и легированию ее соответствующи­ми элементами.

Газообразующие вещества (крахмал, декстрин, древесная мука и т. д.) при нагреве разлагаются с выделением значительного количества газов (СО и СОг), которые вытесняют воздух из зоны горения дуги.

Ионизирующие вещества (сода, поташ, двуокись титана) образуют легкоионизирующиеся газы, стабилизирующие горе­ние дуги.

Различают плавленые и керамические флюсы и флюсосмеси.

Плавленые флюсы приготавливают сплавлением в пе­чах компонентов, входящих в их состав, с последующей грану­ляцией.

Керамические флюсы включают ферросплавы с температурой плавления в 1,5...2,0 раза выше, чем остальные компоненты. Керамические флюсы за счет имеющихся в их составе фер­росплавов позволяют легировать наплавленный металл хро­мом, титаном, алюминием и другими металлами (табл. 11). Однако стоимость таких флюсов выше.

Различают мелкозернистые (0,4...2,5 мм) и крупнозернис­тые (1,6...4,0 мм) флюсы. Плавленые флюсы имеют низкую стоимость, обеспечивают качественную защиту металла и его легирование марганцем и кремнием. Флюсосмеси состоят из дешевого плавленого флюса с добавками чугунной стружки, графита и ферросплавов.

Процессы наплавки под слоем флюса совершенствуются в направлении оптимизации режимов, выбора оборудования и наплавочных материалов. Производительность можно повы­сить за счет применения ленточных электродов, порошковых проволок и многоэлектродной наплавки.

К существенным недостаткам способа относятся: значи­тельный нагрев деталей и возникновение их термических дефор­маций; вероятность прожога тонкостенных деталей; сложнос­ти, связанные с удалением шлаковой корки.

Вибродуговая наплавка — один из наиболее распростра­ненных способов восстановления деталей на сельскохозяйствен­ных ремонтных предприятиях. Это обусловлено рядом его осо­бенностей: высокой производительностью (до 2,6 кг/ч); незна­чительным нагревом детали (до 100 ^СС); отсутствием сущест­венных структурных изменений поверхности детали (зоны тер­мического влияния при наплавке незакаленных деталей 0,6... 1,5 мм и закаленных — 1,8...4,0 мм), что позволяет наплавлять детали малого диаметра (от 8 мм), не опасаясь их прожога или коробления.

Особенность вибродуговон наплавки заключается в вибра­ции электрода, что обусловливает наплавление металла при низком напряжении источника тока, относительно небольшой мощности в сварочной цепи, когда непрерыв­ный дуговой процесс не возможен. Вибрация улучшает стабильности наплавки и расширяет ее диапазон устойчивых режимов.

За счет вибрации электрод отводится от детали, и в раз­рыве возникает электрическая дуга (период дугового разряда), Энергия, запасенная в индуктивности, начинает освобождаться. Электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции складывается с ЭДС источника тока, в результате чего напряжение на дуговом разряде оказывается в два и более раза выше, чем на зажимах источника тока, причем оно поддерживается примерно по­стоянным, несмотря на изменение длины дуги. В этот период выделяется 90...95% тепловой энергии и кончик электрода оплавляется.

При достаточном удалении электрода от детали, а также израсходовании энергии, запасенной дросселем, дуга гаснет. Начинается период холостого хода. Он заканчивается тогда, когда электрод вновь касается детали и капля расплавленного металла переносится на ее поверхность. Цикл многократно по­вторяется, и на детали формируется валик наплавленного ме­талла.

Длительность периодов короткого замыкания и горения ду­ги определяется частотой вибрации электрода, напряжением холостого хода и индуктивностью цепи. С увеличением напря­жения и индуктивности возрастают период горения, а следова­тельно, количество выделившейся теплоты и производитель­ность процесса. Однако чрезмерное их увеличение нарушает

стабильность процесса и возникают большие потери электрод­ной проволоки. В каждом конкретном случае их следует под­бирать оптимальными.

Установка для вибродуговой наплавки (рис. 2.16) состоит из: наплавочной головки, кренящейся на суппорте токарного станка; источника питания; дополнительной индуктивности (дросселя); системы подачи охлаждающей жидкости.

Особенность процесса с высокой скоростью охлаждении — значительная «пятнистость» слоя, вызванная взаимным термическим влиянием наплавляемых валиков. При использовании углеродистых электродов для закаленных валиков характерны­ми структурами считаются мартенсит, а для зон сплавления — сорбит или тростит.

Наплавка в среде углекислого газа. Сварку и наплавку в среде защитных газов широко используют в ремонтном произ­водстве. Однако высокая стоимость инертных газов ограничи­вается только сваркой деталей из алюминиевых сплавов и высоколегированных сталей.