Восстановление деталей ручной сваркой и наплавкой. Технология ручной электро-и газосварки. Материалы, оборудование

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 К_д и представляющий собой отношение ресурсов восстановлен­ной Т_в и новой Т„ деталей, т. е.

А-_Д=Г_В/Г_Н; (4.21)

минимального отношения С_в/К_а -> гшп, где С_в — 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 Т_ъ и Т_и. 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 К_а.

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 у_э 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 (о_в и а_т), но резко уменьшает ударную вяз­кость (а_к).

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 металлов 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.