2013-12-31
888
Автоматическая наплавка под слоем флюса. Сущность способа, материалы, оборудование. Выбор режимов. Применение способа при восстановлении деталей. Вредные и опасные производственные факторы при наплавке.
Выбор рациональных способов восстановления детали. Критерии. Классификация видов технологических процессов восстановления. Исходные данные и последовательность разработки технологических процессов восстановления. Оформление технической документации.
Выбор рациональных способов восстановления деталей. В ремонтном производстве существует большое число способов и средств восстановления изношенных деталей. Одни и те же дефекты можно устранять несколькими способами: гильзы цилиндров — шестью, опорные катки гусеничных тракторов — 12, коленчатые валы — 18, уплотнительные узлы тракторов и сельскохозяйственных машин — более чем 20.
На выбор рационального способа влияют материал детали, ее износ, характер нагружения, стоимость восстановления и т.д. В связи с этим В. А. Шадричевым разработана методика выбора, основанная на последовательном применении четырех критериев:
технологический, который дает возможность использовать различные способы восстановления определенной поверхности детали;
долговечности, характеризуемый коэффициентом долговечности Кд и представляющий собой отношение ресурсов восстановленной Тв и новой Т„ деталей, т. е.
А-Д=ГВ/ГН; (4.21)
минимального отношения Св/Ка -> гшп, где Св — стоимость восстановления детали;
технико-экономический, связывающий долговечность детали'ф экономикой ее восстановления и выражаемый зависимостью где С, и С,,'.'-** стоимость изготовления соответственно восстановленной и новой деталей.
Технологический критерий (критерий применимости). Такой критерий учитывает, с одной стороны, особенности восстановления определенной поверхности конкретной детали и, с другой — технологические возможности соответствующих способов. Он не оценивается количественно и относится к категории качественных. Поэтому его используют интуитивно с учетом накопленного опыта применения тех или иных способов.
Так, автоматическая наплавка под флюсом сопровождается сильным разогревом деталей и их глубоким проплавлением. Ее рекомендуют при восстановлении крупногабаритных деталей с диаметром более 50 мм.
Для восстановления деталей малых размеров служит вибродуговая наплавка. Однако необходимо учитывать значительное снижение их усталостной прочности.
Малый разогрев деталей наблюдается при восстановлении деталей электрометаллизацией, а также в случае применения клеевых соединений. Но электрометаллизационные покрытия непригодны для деталей, испытывающих ударные нагрузки, а полимерные материалы характеризуются сравнительно невысокой теплопроводностью при значительном коэффициенте линейного расширения.
У покрытий, получаемых электролитическим хромированием, высокая износостойкость в абразивной среде, но их толщина ограниченна (до 0,3 мм). Если последняя превышает указанное значение, хром будет отслаиваться вследствие значительных внутренних напряжений.
Благодаря анализу конструктивных особенностей и условий эксплуатации деталей, их износов, а также технологических возможностей известных способов ремонта можно выбрать необходимый из них. С помощью технологического критерия выявляют лишь перечень возможных для данной детали способов восстановления. Решение, принятое на его основе, следует считать предварительным. По отдельным поверхностям типовых деталей существуют десятки технологически приемлемых способов восстановления, обеспечивающих различные ресурс и стоимость.
Критерий долговечности. Этот критерий рассчитывают по формуле (4.21). Для его количественной оценки необходимо иметь информацию по ресурсам Тъ и Ти. Получение этих данных в процессе эксплуатации машин занимает много времени. К тому же не представляется возможным выявить основные физико-химические свойства восстановленных и новых деталей, которые определяют их долговечность.
Для получения указанных параметров на практике применяют 
методы ускоренных лабораторно-стендовых испытаний на надежность. Чтобы получить достоверную информацию, необходимо проводить испытания соответствующих деталей и соединений при одинаковых режимах нагружения, скоростях относительного скольжения, температурах рабочих поверхностей и смазочных материалах.
Технико-экономический критерий. Такой критерий количественно оценивают неравенством (4.22). Для его использования в практических целях требуется информация о С„ и Ка.
Решение рассматриваемой задачи (по В. М. Кряжкову) сводится к проведению четырех этапов:
анализа условий работы детали и ее износа с характеристикой возможных способов восстановления и их доступности;
оценки рабочих поверхностей деталей с точки зрения износа, теплостойкости, окисляемости, внутренней напряженности, макро- и микроструктуры, твердости, сопротивляемости, усталости и обрабатываемости;
выполнения ускоренных стендовых испытаний деталей;
окончательной оценки выбранных способов восстановления деталей непосредственно в условиях хозяйства или специализированных предприятий.
В дополнение к рассмотренным ранее этапам необходимо изучать организационные и технологические вопросы восстановления деталей в их совокупности.
При обосновании организационных форм учитывают ремонтный фонд, номенклатуру восстанавливаемых деталей, число деталей каждого наименования, технологическую однородность и кратность ресурса деталей и межремонтного ресурса агрегата или машины, существующую сеть ремонтных предприятий, расстояние до пункта восстановления, вид транспорта и загрузку соответствующего оборудования.
Предварительный отбор возможных способов восстановления деталей зависит от их характеристики, материала детали и термообработки; конфигурации, размера и массы детали; наличия баз для восстановления и последующей обработки; шероховатости поверхности; видов дефектов и износов; сочетания дефектов на одной детали; кратности восстановления и запаса на ремонт.
В основу представленной классификации положено деление деталей по видам материалов, из которых они изготовлены, и их физико-механическим свойствам.
При использовании второго критерия В. А. Шадричева следует учитывать не только долговечность восстанавливаемой детали, но и то, в какой мере выбранный способ обеспечивает долговечность сборочной единицы. При этом затраты на восстановление деталей предлагается относить не к их ресурсу, а к ресурсу агрегата в целом.
Применительно к сельскохозяйственным машинам учет вклада каждого восстанавливаемого элемента в надежность изделия в целом нужно дополнить требованием обеспечения их безотказной работы в напряженные периоды полевых работ.
Благодаря проведенному анализу существующих методик выбора рациональных способов восстановления, предложенных различными авторами, можно свести решение этой задачи к выбору рационального способа восстановления деталей: применительно к конкретному ремонтному предприятию или хозяйству и для соответствующего региона (района, области, республики).
В первом случае выбираемая технология привязывается к организационно-технологическим условиям данного ремонтного предприятия или хозяйства и включает шесть этапов:
анализ условий работы восстанавливаемой детали в составе сборочной единицы (агрегата) с указанием характерных дефектов;
составление информационной карты восстанавливаемой детали, включающей ремонтный чертеж, материал, из которого она изготовлена, программу восстановления;
получение информации по износам (неисправностям деталей);
математическую обработку статистической информации с выявлением числа деталей, подлежащих восстановлению, годных без восстановления и утиля (негодных для восстановления);
выбор возможных способов восстановления по технологическому критерию с учетом их доступности для данного ремонтного предприятия или хозяйства;
выбор рационального способа восстановления в зависимости от технико-экономического критерия и требования безотказности работы машины в напряженный период сельскохозяйственных работ.
Во втором случае учитывают особенности региона (района, области, республики) и на первое место выдвигают организационные мероприятия. Число этапов увеличивается до семи. К ним относятся:
характеристика региона с указанием обеспеченности ремонтным фондом по конкретной номенклатуре восстанавливаемых деталей, существующей сети ремонтных предприятий и их технологических возможностей, расстояний до технических обменных пунктов (ТОП) и др.;
анализ условий работы принятой к восстановлению в данном регионе детали с указанием характерных мест износа;
составление информационных карт восстановленных деталей, включающих ремонтные чертежи и анализ конструктивно-технологической общности деталей с точки зрения их подбора и включения в единый маршрут восстановления;
получение статистической информации по износу (дефектов) соответствующих деталей математическая обработка статистической информации региона с выявлением числа деталей, подлежащих восстановлению, годных без восстановления и утиля (негодных для восстановления) по каждому наименованию;
выбор возможных способов восстановления соответствующих деталей по технологическому критерию с учетом оснащенности ремонтных предприятий данного региона;
выбор рационального способа восстановления конкретных деталей, исходя из технико-экономического критерия и требования безотказной работы изделия в напряженный период сельскохозяйственных работ, с распределением соответствующих деталей по предприятиям региона.
Основной обобщающий показатель — показатель экономического эффекта за расчетный период жизненного цикла мероприятия научно-технического прогресса (НТП) в отличие от ранее рассчитываемого годового экономического эффекта.
Механизированные способы сварки и наплавки наиболее широко используют на специализированных ремонтных предприятиях. Наряду с традиционными методами наплавок — под слоем флюса, в среде углекислого газа, вибродуговой, электроконтактной, электрошлаковой, индукционной разработаны перспективные способы наплавки: лазерная, плазменная и др.
Выбор способа наплавки обусловливается материалом детали, требуемыми физико-механическими свойствами наплавляемого слоя, геометрическими параметрами детали, износами и др.
Условно способы сварки и наплавки можно разделить на дуговые и бездуговые.
Дуговая наплавка под слоем флюса. При использовании этого способа можно повысить 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 кВтч/кг. Значительно улучшаются условия формирования наплавленного металла и его химический состав. Так, содержание кислорода в наплавленном слое в 20 раз и более, а азота втрое ниже, чем при наплавке штучным электродом.
При механизации процесса сокращаются потери электродного материала на разбрызгивание и огарки с 20...30 до 2...4 %, а также снижается влияние квалификации сварщика на качество сварочно-наплавочных работ.
Между электродом 1 (рис. 3.21), проходящим через мундштук 2, и деталью 11 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 10.
Наплавкой под слоем флюса восстанавливают и упрочняют детали с достаточно большими износами (до 3...5 мм).
Для этого используют наплавочные головки, устанавливаемые на обычные токарные станки или специализированные наплавочные полуавтоматы. Наплавляют детали типа «вал» (опорные катки, оси, различные валы), плоские поверхности (шлицы валов), а также детали сложного профиля (зубья ведущих звездочек и т. п.).
Наплавочная установка включает в себя вращатель (токарный станок), обеспечивающий закрепление и вращение деталей и перемещение наплавочной головки относительно ее.
Наплавочная головка состоит из механизма подачи проволоки, изменяющего ступенчато или плавно скорости подачи электрода, мундштука для подвода проволоки к детали, флюсоаппарата, представляющего собой бункер с задвижкой для регулирования количества подаваемого флюса. В некоторых случаях во флюсоаппарат входит устройство для просеивания и транспортирования флюса в бункер.
Наибольшее распространение получила наплавка на постоянном токе, так как она способствует получению более высокой стабильности и качества процесса.
Источниками постоянного тока служат сварочные преобразователи и выпрямители с полого падающей или жесткой характеристикой, рассчитанные на номинальный ток до 300...500 А.
При наплавке обычно применяют обратную полярность, т. е. на деталь подается отрицательный потенциал, а на электрод — положительный, что уменьшает ее нагрев и позволяет более рационально использовать теплоту.
В процессе наплавки можно в широких пределах изменять физико-механические свойства наплавленного металла за счет выбора соответствующих флюсов и электродных материалов.
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 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 СО2), которые вытесняют воздух из зоны горения дуги.
Ионизирующие вещества (сода, поташ, диоксид титана) образуют легкоионизирующиеся газы, стабилизирующие горение дуги.
Различают плавленые и керамические флюсы и флюсосмеси.
Плавленые флюсы приготовляют сплавлением в печах компонентов, входящих в их состав, с последующей грануляцией.
Керамические флюсы включают в себя ферросплавы с температурой плавления в 1,5...2,0 раза выше, чем остальные компоненты. Поэтому они не могут быть приготовлены сплавлением.
Компоненты измельчаются, просеиваются и смешиваются в заданных пропорциях с добавлением связующего вещества (жидкого стекла). Полученная масса гранулируется, подсушивается и прокаливается при температуре 300...400 °С.
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. Влияние на физико-механические свойства наплавленного металла достигается подбором соответствующего электрода (табл. 3.3).
Посредством керамических флюсов за счет имеющихся в их составе ферросплавов можно легировать наплавленный металл хромом, титаном, алюминием и другими металлами (табл. 3.4). Однако стоимость таких флюсов выше.
Флюсосмеси состоят из дешевого плавленого флюса с добавками чугунной стружки, графита и ферросплавов.
Например, при наплавке проволокой Св-08 под слоем флюса АН-348А с добавкой 40 % (по массе) чугунной стружки металл содержит около 0,55 % углерода, 1,65 % марганца и 1,0 % кремния. Твердость металла 400,..500 НВ.
С применением флюсосмесей возможна сепарация добавок, что приводит к неравномерному распределению легирующих компонентов в наплавленном металле. Чтобы устранить это явление, следует приготавливать флюс-агломерат, состоящий из 75...80 % ферросплава и 20...25 % жидкого стекла, что приводит к равенству насыпной массы ферросплава и флюса.
Изменение твердости наплавленного металла от содержания феррохрома и ферромарганца во флюсосмеси показано в таблице 3.5.
В зависимости от химического состава различают низкоуглеродистые (Св-08 и Св-12), углеродистые (НП-30 и НП-50), легированные (Св-12Г2, НП-50ХНТ) и высоколегированные (Св-20Х13, НП-ЗОХВ) проволоки.
Химический состав электродов оказывает меньшее влияние на свойства наплавленного металла, чем флюс, поскольку металл интенсивно перемешивается в сварочной ванне.
При наплавке деталей из низкоуглеродистых сталей применяют марганцовистые высококремнистые флюсы (АН-348А, ОСЦ-45 и др.), обеспечивающие качественное раскисление металла шва. При наплавке легированных сталей для снижения угара легирующих элементов применяют флюсы с малым содержанием кремния (АН-20).
Качество наплавленного металла зависит от выбора режима процесса. Применение высокой плотности тока приводит к повышению тепловыделения в деталь, что сопровождается увеличением объема жидкого металла ванны и глубины проплавления.
Силу сварочного тока /св, А, и напряжение I/, В, источника питания выбирают по эмпирическим формулам:
С ростом силы тока увеличивается глубина проплавления, в то время как повышение напряжения обеспечивает большую подвижность дуги, что несколько снижает глубину проплавления и делает валики более широкими.
Важный показатель, характеризующий удельное значение скорости наплавки, — коэффициент наплавки, г/(Ач),
Скорость перемещения дуги, или скорость наплавки, и/ч, обусловливается шириной валиков и глубиной проплавления.
Скорость подачи электродной проволоки уэ определяется возможностью ее полного расплавления. Тогда
При увеличении вылета электродной проволоки повышается электрическое сопротивление цепи, что приводит к росту коэффициента расплавления, снижению тока наплавки, а следовательно, и глубины проплавления. Однако при чрезмерном увеличении этого параметра ухудшается геометрия наплавленных валиков, поэтому вылет электрода, мм,
Шаг наплавки, мм, определяется перекрытием валиков и влияет на волнистость наплавленного слоя, т. е.
При смещении электрода а с зенита в сторону, противоположную вращению детали, с одной стороны, улучшаются условия формирования наплавленного слоя, а с другой — гидростатическое давление жидкой ванны металла как бы вытесняет дугу, что уменьшает глубину проплавления. Тогда
Выбранные режимы уточняют в процессе пробных наплавок.
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 относят: значительный нагрев деталей и возникновение их термических деформаций; вероятность прожога тонкостенных деталей; сложности, связанные с удалением шлаковой корки.
Особенности ручной сварки и наплавки. Рассмотрим некоторые понятия.
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.
Н а п л а в к а — разновидность сварки и представляет собой процесс нанесения слоя металла на поверхность изделия. Согласно ГОСТ 19521 сварку и наплавку металлов классифицируют по физическим, техническим и технологическим признакам.
К физическим признакам относят форму вводимой энергии, наличие давления и вид инструмента как носителя энергии.
В зависимости от вводимой энергии сварочные процессы разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.
К термическому классу относят такие виды сварки, которые выполняют плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, газовая, высокочастотная, термитная, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая и лазерная); термомеханическому — с применением тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная, газопрессовая и взрывом); механическому — с использованием механической энергии и давления (трения, ультразвуковая и холодная).
К техническим признакам относят способ защиты зоны сварки, непрерывность процесса и степень механизации. По способу защиты металла сварка бывает в воздухе, вакууме, защитных газах, под флюсом, в пене и комбинированной защите.
В качестве защитных газов можно использовать 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, 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.
При ремонте машин операции сварки и наплавки по сравнению с другими методами восстановления более распространены, так как с помощью них можно получить:
на рабочих поверхностях деталей слой любой толщины и химического состава;
наплавленный слой с разнообразными свойствами, т. е. высокой твердостью и износостойкостью, антифрикционные, кислотостойкие, жаропрочные и др.
Сварка и наплавка при распределении работ по методам восстановления занимают 70 % всего объема. Из 75 марок низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сварочной проволоки, выпускаемой в России, примерно 35 % используют для механизированной сварки, 60 % — при изготовлении электродов и только 5 % — для газовой сварки.
В ремонтных мастерских 8(И£ деталей восстанавливают дуговой сваркой и 20 % — газовой.
Дуговая сварка и наплавка. Дуговая сварка относится к сварке_ плавлением с помощью электрической дуги. Впервые явление электрической дуги было открыто в 1802 г. академиком В. В. Петровым. Если два электрода подключить к источнику тока и в дальнейшем их разъединить, то между ними в газообразной среде возникает дуговой разряд. В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бернадос первым в мире применил эту электрическую дугу для целей плавления и сварки металла угольным электродом. Электрическая дуга горит между угольным электродом и свариваемой деталью. Присадочный материал для заполнения сварочного шва вводят в ванну извне в виде отдельного прутка.
Сварка угольным электродом имеет небольшое распространение, и ее используют главным образом при сварке тонколистовых материалов (облицовка комбайнов), наплавке твердыми сплавами почворежущих деталей плугов, культиваторов и др.
В 1888 г. русским инженером Н. Г. Славяновым была изобретена дуговая сварка плавящимся металлическим электродом. Процесс сварки значительно упростился, и она получила наибольшее применение. Для получения электросварочной дуги используют постоянный и переменный ток. Так сваривают малоуглеродистые, углеродистые и легированные стали всех марок, чугун, цветные металлы, а также наплавляют твердые сплавы.
Чтобы полностью сплавить свариваемые кромки, когда толщину деталей нельзя проплавить за один проход, нужно выполнить разделку (скос) кромок в зависимости от их толщины и метода сварки. Дуговую сварку классифицируют следующим образом: по степени механизации — ручная, механизированная и автоматизированная; по роду тока — постоянный, переменный и пульсирующий; по состоянию дуги — свободная и сжатая; по числу дуг — одно- и многодуговая; по полярности сварочного тока — прямой и обратный; по виду электрода — плавящийся (металлический), неплавящийся (угольный, вольфрамовый и др.).
Физико-химические процессы при дуговой сварке и наплавке. В процессе сварки металл плавится, образуя сварочную ванну, а затем затвердевает в виде сварочного шва. Вместе с тем происходят нежелательные явления (окисление металлов, поглощение азота, выгорание легирующих примесей, объемные и структурные изменения), что приводит к короблению деталей, нарушению их термообработки и снижению прочности в сварочном шве. Эти процессы характерны для всех способов сварки плавлением.
Окисление металла (рис. 3.10, а) приводит к снижению механических свойств сварочного шва. Поглощение азота (рис. 3.10,6) вызывает образование нитридов железа, марганца, что увеличивает прочность шва (ов и ат), но резко уменьшает ударную вязкость (ак).
В зоне сварки происходят плавление, перенос электродного или присадочного металла, деформирование шва и другие процессы, которые влияют на производительность сварки, потери металла, устойчивость горения дуги и прочие определяющие качество сварки факторы.
Основная характеристика плавления электрода — линейная скорость его плавления в единицу времени, обусловленная составом электрода, покрытием, режимом сварки, плотностью и полярностью тока.
В общем случае скорость плавления электрода возрастает с увеличением силы тока примерно по линейной зависимости. На прямой полярности вьщеляется теплоты примерно на 20 % больше, чем на электроде-катоде. На характер переноса электродного металла, форму и размер капли влияет также соотношение сил (сила тяжести, сила поверхностного натяжения, электромагнитная сила, сила реактивного давления паров, аэродинамическая сила и др.), действующих на каплю металла на торце электрода.
Сила тяжести важна при сварке и наплавке на малых токах, когда капля под действием собственной массы стремится переместиться вниз, и играет положительную роль при сварке в нижнем положении, а также затрудняет процесс переноса капли в сварочную ванну при вертикальном и особенно в потолочном положениях. Сила поверхностного натяжения придает капле расплавленного металла форму шара и сохраняет ее до момента соприкосновения с поверхностью сварочной ванны. В общем случае она способствует увеличению размеров капель, образующихся на торце электрода.
Электромагнитная сила стремится деформировать проводник в радиальном направлении, и ее величина пропорциональна квадрату силы тока.
Реактивное давление паров влияет на характер переноса металла. Оно возникает в результате образования и выделения газов при испарении металла с поверхности капли. Испарение происходит в области активных пятен (катодного и анодного), перемещение которых вызывает подвижность капель.
Величина реактивных сил зависит от размеров активных пятен, плотности тока в них и тешюфизических свойств материала электрода. Реактивное давление проявляется в большей мере на прямой полярности. Так, плотность тока в катодном пятне значительно выше, чем в анодном.
Аэродинамические силы характерны для мощных плазменных (газовых) потоков. Их величина определяется аэродинамическим торможением капли в газовом потоке и магнитокинематическими силами. Сила аэродинамического торможения пропорциональна плотности газа, его скорости и эффективной площади сечения капли, спроектированной на направление газового потока. С учетом соотношения сил, действующих на каплю, перенос электродного металла может существенно изменяться. На тип переноса (крупнокапельный, мелкокапельный, туманообразный) влияют состав и толщина покрытия, режимы сварки, род тока и полярность.
Для электродов с толстым покрытием характерен крупнокапельный перенос в широком диапазоне режимов сварки, а для электродов с кислым и рутиловым покрытиями — мелкокапельный. Малый размер капель обусловлен сравнительно низким межфазным напряжением на границе металла со шлаком, поскольку шлак и металл содержат значительное количество кислорода. Размер капель существенно зависит от силы тока.
При низких плотностях тока металл переносится крупными каплями. С увеличением его плотности масса капель уменьшается и наблюдается мелкокапельный (так называемый туманообразный) перенос. Когда сварочный ток превысит критическое значение /кр > (140...150)4,л, возможен струйный перенос.
На форму и объем сварочной ванны и шва влияют напряжение дуги, скорость наплавки, наклон и диаметр электрода, число и расположение электродов.
Возрастание тока дуги приводит к увеличению глубины про-плавления и образованию более высоких и узких валиков.
Сварочные материалы. Для уменьшения вредного последствия рассмотренных ранее явлений сварку ведут различными материалами (сварочной проволокой, прутками и электродами).
Стальные сварочные проволоки изготовляют по ГОСТ 2246 и разделяют на низкоуглеродистые, легированные и высоколегированные. Всего выпускают 75 марок диаметром 0,3... 12 мм.
Условное обозначение марки проволоки включает в себя: индекс Св — сварочная и следующие за ним цифры, показывающие содержание углерода в сотых долях процента; буквенное обозначение легирующих элементов. При содержании последних менее 1 % ставят только букву этого элемента, а если превышает 1 % — цифру, указывающую на наличие элемента в целых единицах процента. Цифра перед Св обозначает диаметр проволоки, буква А в конце марки низкоуглеродистых и легированных проволок указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. Буквы, стоящие после А через дефис, указывают: О — омедненная, Э — для изготовления электродов, Ш — полученная из стали, выполненной электрошлаковым переплавом; ВД — выплавленная вакуумно-ду-говым переплавом; В И — выплавленная в вакуумно-индукционной печи; Д — холоднодеформированная (тянутая); Г — горячедефор-мированная; КР — круглого сечения; БТ — мотки, бухты; КТ — катушки; БР-барабаны. Так, 2,5Св08ХЗГ2СМФА-ВИ-Э-О расшифровывают следующим образом: диаметр проволоки 2,5 мм, сварочная проволока содержит 0,08 % углерода, 3 % хрома, 2 % марганца, 1 % кремния, 1 % молибдена, 1 % ванадия, повышенно чистая по содержанию серы и фосфора, выплавленная в вакуумно-индукционной печи, предназначенная для изготовления электродов, омедненная.
Для сварки алюминия и его сплавов выпускают 25 различных видов проволоки диаметром 0,8... 12,5 мм по ГОСТ 7871.
Для сварки меди и ее сплавов служат проволоки (ГОСТ 16130) из меди (Ml, Mlp, Mcpl, МНЖ5-1, МНЖКТ5-1-0,2-0,2), бронзы (БрКМцЗ-1, БрОЦ4-3, БрАМц9-2 и др.), латуни (Л63, ЛО60-1 и ЛК62-05), прутка (Mlp, М2р, ЛМц58-2, ЛОК-52-1-0,3 и др.).
Прутки используют при сварке чугуна и применяют в зависимости от назначения (ГОСТ 2671) диаметром 4, 6, 8, 10, 12, 14 и 16 мм и длиной 250, 350 и 450 см, торцы которых окрашены в различные цвета: ПЧ1 — черный, ПЧ2 —красный, ПЧН1 — синий, ПЧН2 — коричневый, ПЧИ — желтый и ПЧВ — зеленый.
Электроды делят на неплавящиеся и плавящиеся. К неплавя-щимся относят графитовые и вольфрамовые. В качестве присадочного материала используют обычно сварочную проволоку.
Плавящиеся электроды классифицируют по различным признакам и различают по видам покрытий.
Малоответственные сборочные единицы из стали сваривают электродами, которые изготовляют из проволоки ЗСв-08А. Последнюю рубят на куски длиной 300...500 мм и покрывают обмазкой, состоящей из 3/4 мела и 1/4 жидкого стекла (разведено в воде до сметанообразного состояния). Электродам присвоена марка Э-34, и промышленностью они не выпускаются.
Для сварки и наплавки деталей используют качественные электроды со специальными покрытиями.
По толщине покрытия в зависимости от отношения их диаметра п v лиаметру стального стержня </электроды бывают с тонким — М 7Ш< 1,20); средним -С (D/d= 1,20... 1,45); толстым-Д (D/d = = 1 45... 1,80) и с особо толстым — Г (D/d > 1,80) покрытиями. "~ Для сварки электроды обозначают буквой Э с двузначной цифрой через дефис. Например, Э-42 (цифра показывает прочность сварного шва на растяжение).
Наплавочные электроды обозначают обычно двумя буквами ЭН и цифрами, которые показывают гарантированную твердость наплавленного слоя. Каждому типу соответствует несколько марок, различающихся видом покрытий и составом обмазок. По ГОСТ 10051 установлено 44 типа.
По видам покрытия и составам обмазок электроды бывают:
А — с кислым покрытием, содержащим оксид железа, марганца, кремния, иногда титана (ОММ-5, ОММ-5Ц, ЦМ-7, ЦМ-8 и др.). Сварку ведут на постоянном (прямой и обратной полярности) и переменном токе;
Р Б - с основным покрытием (УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, ЦЛ-9, ОЗС-2, АНО-7 и АНО-8), имеющим в качестве основы фтористый кальций (плавиковый шпат) и карбонат кальция (мрамор, мел). Сваривают на постоянном токе обратной полярности. Вследствие малой склонности металла шва к образованию горячих и холодных трещин электроды с этими покрытиями используют для сварки деталей с толстыми стенками;
Ц —с целлюлозным покрытием, создающим газовую защиту дуги (ВСЦ-4, ВСЦ-4А, ОМА-2, ОЗС-1 и др.). Ими сваривают стали малой толщины на переменном токе любой полярности;
Р — с рутиловым покрытием (ОЗС-4, ОЗС-6, АНО-1, АНО-3, АНО-4, АНО-5, АНО-12идр.). Основной компонент — оксид титана (ТЮ2). Они служат для сварки на постоянном (любой полярности) и переменном токе. Устойчивость горения дуги высокая во всех пространственных положениях. Поскольку в обмазку входит 2...8 % органических веществ, то электроды необходимо хранить в сухом месте и перед сваркой просушивать в течение 1 ч при температуре 12О...15О°С;
П — прочие виды покрытий (АНО-6, АНО-10 и др.).
При покрытии смешанного вида используют двойное условное обозначение.
В зависимости от свариваемых материалов (углеродистых и низколегированных углеродистых сталей — У; легированных конструкционных — Л; легированных теплоустойчивых — Т; высоколегированных сталей с особыми свойствами — В; для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами — Н) электроды делят на группы. По допустимым пространственным положениям их обозначают: для всех положений — 1; для всех положений, кроме вертикального сверху вниз, — 2; для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх — 3; для нижнего—4.
По роду и полярности применяемого тока, а также по номинальному напряжению холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока электроды маркируют: только для постоянного тока обратной полярности — 0; для напряжения холостого хода переменного тока 50 ± 5 В — 1,2 и 3; то же для 70 ± 10 В — 4,5 и 6; то же для 90 + 5 В — 7, 8 и 9.
На рисунке 3.16 приведена структура условного обозначения
электродов. Например, электрод э-4бА-УОНИ-13/45-з,о-УД2 расшиф.
ровывают следующим образом: Э-46А [Э — электрод сварочный, 46 — минимальный гарантируемый предел прочности металла шва на растяжение, кгс/мм2 (460 МПа), А — гарантируется получение повышенных пластических свойств металла шва]; УОНИ-13/45 — марка; 3,0 — диаметр стальной проволоки, мм; У — электроды для сварки углеродистых сталей; Д2 — с толстым покрытием второй группы; Е432 (5) — характеризует наплавленный металл шва, где 43 — временное сопротивление разрыву не менее 430 МПа, 2 — относительное удлинение не менее 22 % и (5) — ударная вязкость не менее 34,5 Дж/см2 при температуре минус 40 "С; Б — основное покрытие; 1 — для сварки во всех пространственных положениях; 0 — на постоянном токе обратной полярности.
Источники питания дуговой сварки. Их классифицируют по следующим признакам: роду тока, внешней характеристике, числу одновременно питаемых постов, характеру привода, особенности горения дуги, способам установки и монтажа, принципу действия, конструктивному оформлению и назначению.
Каждый источник питания рассчитывают на определенную нагрузку, при которой он работает, не перегреваясь выше допустимых норм. Такой режим работы называют номинальным. Режим работы определяют отношением длительности сварки к сумме длительности сварки и длительности холостого хода и выражают в процентах. Перемежающийся режим характеризуется относительной продолжительностью нагрузки за время цикла (ПН), %, а повторно-кратковременный режим — продолжительностью включения (ПВ), %.
Тогда Время цикла За комплексный режим работы однопостовых сварочных генераторов, трансформаторов и выпрямителей принят режим ПВ = 60 % и многопостовых источников питания — ПВ = 100 %.
Согласно единой структуре обозначения электросварочного оборудования состоят из буквенной и цифровой частей:
первая буква — тип изделия (А — агрегат, В — выпрямитель, Т — трансформатор, Г — генератор, У — установка, П — преобразователь);
вторая буква — вид сварки (Д — дуговая, П — плазменная);
третья буква — способ сварки (Г — в защитных газах, Ф — под флюсом, У — универсальные источники), отсутствие третьей буквы обозначает ручную дуговую сварку электродами;
четвертая буква — назначение источника (М — для многопостовой сварки, И — для импульсной сварки);
две или одна цифра после букв — номинальный сварочный ток в сотнях ампер;
две последующие цифры — регистрационный номер изделия;
следующие одна или две буквы — климатическое исполнение для эксплуатации в различных регионах (Т — с тропическим климатом, У — с умеренным климатом, ХЛ — с холодным климатом);
следующая цифра — категория размещения (1—на открытой площадке, 2 — прицепы, кузова автомобилей, 3 — помещение с естественной вентиляцией, 4 — помещение с отоплением и принудительной вентиляцией, 5 — помещение с повышенной влажностью).
Марку источника питания ТД-306У2 расшифровывают так: трансформатор для ручной дуговой сварки; сварочный ток 300 А; регистрационный номер изделия 06; У — для работы в районах с умеренным климатом; 2 — размещение на прицепе.
Источники питания постоянного тока делят на следующие виды:
преобразователи напряжения (ПД-305У2, ПД-502У2, ПСО-300-2У2,ПСГ-500-1УЗидр.);
генераторы (ГД-304У2, ГСМ-500У2, ГСО-300-5У2 и др.);
агрегаты для ручной сварки в полевых условиях (АДД-303У1, АСБ-300У1, АДБ-3120У1 и др.);
выпрямители для дуговой сварки (ВД-201УЗ, ВД-ЗО6УЗ, ВДГИ - 302УЗ,ВСЖ-302идр.).
Источники питания переменного тока классифицируют на такие группы: сварочные трансформаторы типа ТД с подвижными обмотками (ТД-102У2, ТД-306У2, ТДМ-317У2 и др.); трансформаторы с магнитным шунтом (СТШ-250, СТШ-300 и др.).
Специализированные источники питания предназначены для ручной, механизированной и автоматической сварки плавящимися и неплавящимися электродами легких метал
лов и сплавов, коррозионно-стойких сталей, меди и её сплавов, а также изделий из тонких и особо тонких материалов.
Установки УДГ-301 и УДГ-501 используют для сварки переменным током неплавящимся электродом в среде аргона изделий из легких металлов и сплавов.
С помощью установки УДГ-101 сваривают изделия из коррозионно-стойких сталей (нержавеющих сталей) постоянным током в среде аргона. Установка УПС-301 включает в себя источник питания ВДУ-305, блок управления и плазмотрон. Она предназначена для плазменной сварки и наплавки неплавящимся электродом постоянным током прямой и обратной полярности.
Универсальный источник питания ТРИ-300Д служит для дуговой сварки изделий неплавящимся электродом постоянным и переменным импульсным током, а также для ручной сварки плавящимися электродами в среде аргона всех металлов, включая алюминий, магний и их сплавы.
Газовая сварка. Такая сварка основана на плавлении свариваемого и присадочного материалов высокотемпературным газокислородным пламенем. В качестве горючего газа для сгорания в кислороде применяют ацетилен, водород, пропан-бутановую смесь, пары керосина и бензина, природный, светильный, нефтяной, коксовый и другие газы.
Для устойчивого и экономичного сварочного пламени горючий газ и кислород должны находиться в определенном соотношении. Процесс дозировки и перемешивания происходит в горелках.
В зависимости от объемного соотношения кислорода и ацетилена можно получить три вида пламени: нормальное, или нейтральное (это соотношение составляет 1,1... 1,2); окислительное (1,3...1,4); восстановительное, или науглероживающее (1,0), при котором в пламени будет присутствовать свободный углерод, переходящий в расплавленный металл, науглероживая его.
Обычно стальные детали сваривают нормальным пламенем. При сварке деталей из низколегированных сталей, наплавке твердым сплавом, увеличении твердости трущихся поверхностей и сварке чугунных деталей применяют науглероживающее пламя. Окислительное пламя используют при резке металла.
Качество присадочного материала в большей степени определяет прочность сварочного соединения. Металл присадочного прутка по своим химическим и физико-механическим свойствам должен быть примерно таким же, как и металл детали, и отличаться в сторону увеличения легкоокисляющихся элементов.
В процессе наплавки изношенных поверхностей деталей используют наплавочные проволоки Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА, Нп-50Г, Нп-65Г, дающие наплавочный слой с высокой износостойкостью.
При сварке в стык листового материала или заварке трещин толщиной до 5 мм кромки не разделывают. Для облегчения прогревало по всему сечению более толстого материала или заварке трещин толщиной до 5 мм кромки не разделывают. Для облегчения прогрева по всему сечению более толстого материала кромки, наоборот, разделывают. При толщине металла 5...12 мм выполняют одностороннюю (У-образную) разделку, а при толщине более 12 мм — двустороннюю (Х-образную).
Во время проведения работ у сварщика в правой руке находится зажженная сварочная горелка, а в левой — присадочный материал. Обычно применяют левый и правый способы направления сварки и наплавки. Левый способ сварки более распространен. Его используют при сварке стальных деталей толщиной до 5 мм. Его легче освоить и с помощью него выполнить работу. Присадочная проволока находится у сварщика в левой руке впереди сварочного пламени и вместе с последним перемещается справа налево. Пламя направлено от металла сварного шва.
Правый способ сварки целесообразно применять при толщине металла более 5 мм. Пламя направлено на сваренную часть шва, и теплоту пламени используют более полно, чем при левом способе. Сварочная горелка и присадочная проволока перемещаются слева направо. Конец последней находится все время в сварочной ванне. Угол скоса кромок сварного шва уменьшается до 60...80° по сравнению с левым способом (90°). Все это повышает производительность труда при экономии присадочного металла и уменьшении коробления деталей. Скорость сварки правым способом увеличивается на 10...20 %, расход газов сокращается на 10... 15 % по сравнению с левым способом.
Металл в месте сварки и наплавки плавится при любом способе не сразу, а путем предварительного нагрева металла с целью устранения резкого перепада температур и возможности возникновения значительных внутренних напряжений, поэтому горелку сначала перемещают вокруг места сварки с большим радиусом. Затем его уменьшают и подводят горелку к месту сварки для расплавления металла. В дальнейшем положение горелки и присадочного металла зависит от способа сварки.
Свариваемость материалов. Это способность металла образовывать соединения с близкими в шве механическими свойствами к основному металлу по установленной технологии сварки.
Различают металлургическую, технологическую и эксплуатационную свариваемости.
Под механической 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. С помощью нее устанавливают 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 металлургической и технологической свариваемости. Ее критерием считают разрушающее усилие, характеризующее механическую прочность при испытании на срез или растяжение.
Стали по свариваемости подразделяют на четыре группы. К основным признакам стали относят склонность к образованию трещин и механические свойства сварного соединения.
В первую группу входят хорошо сваривающиеся стали (Ст. 1...Ст. 6, стали 0,8, 10...15, 20...25 и низколегированные 15Х, 15ХГ, 12ХН2 и др.). Их сваривают по обычной технологии, т. е. без предварительного подогрева, а также без последующей термообработки. Однако применение последней не исключается для снятия внутренних напряжений. Рекомендуют электроды Э-34, Э-42 и Э-46.
Ко второй группе относят удовлетворительно сваривающиеся стали (стали 30 и 35, низколегированные с содержанием углерода 0,3...0,35 % — 20ХНЗА, 20ХГСА и ЗОХ и высоколегированные -12Х14А, 9Х14А, 30X13 и др.). При их сварке и наплавке в нормальных условиях трещины не образуются, но желательна последующая термообработка. Применяют сварочные Э-45, Э-50 и наплавочные ЭН-250 и ЭН-300 электроды.
Третья группа представляет собой ограниченно сваривающиеся стали, склонные в обычных условиях сварки к образованию трещин (углеродистые 40,45 и 50, низколегированные с содержанием углерода до 0,45 % — 30ХГС, 40ХМЮ и 45Л, высоколегированные — 20Х18Н9, 36Х18Н25С2 и 20Х23Н18 идр.). После сварки ихподвер-гают термообработке. Рекомендуются сварочные Э-50 и Э-55 и наплавочные ЭН-300 и ЭН-350 электроды.
Если детали были термически обработаны до высокой твердости порядка 350 НВ, то для наплавки используют электроды 12АН-ЛИ-ИВТ,Т-590иЭН-400.
К четвертой группе относят плохо сваривающиеся стали, которые наиболее трудно поддаются сварке и наплавке и склонны к образованию трещин (стали с содержанием углерода более 0,55 % — стали 60...85, низко- и среднелегированные — 50Г, 50ХГСА и 45ХНЗМФА; высоколегированные с цементированными рабочими поверхностями — 18ХНЗА, 12Х2НЧАи ЗХ2В8Фидр.). Применяют электроды 12АН-ЛИИВТ, Т-590, Т-620 и ЭН-400. Чтобы предупредить образование трещин на границе наплавки с цементированным слоем, необходимо предварительно подогреть деталь до температуры 200...300 °С и провести последующую термообработку.
