Технология частично механизированной наплавки в защитном газе углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и их сплавов

ГЛАВА4Механизированные способы сварки и наплавки

· 4.1. Общие сведения

· 4.2. Электродуговая сварка и наплавка под слоем флюса

· 4.3. Электродуговая сварка и наплавка в среде защитных газов

· 4.4. Сварка и наплавка порошковой проволокой и шнуровыми материалами

· 4.5. Электроконтактная приварка металлического слоя

· 4.6. Лазерная наплавка

· 4.7. Плазменная сварка и наплавка

· 4.8. Электрошлаковая сварка и наплавка

· 4.9. Электроискровая наплавка

· 4.10. Наплавка током высокой частоты

· 4.11. Наплавка лежащим электродом

· 4.12. Вибродуговая наплавка

4.1Общие сведения

Ме­хани­зиро­ван­ные свар­ка и нап­лавка осу­щест­вля­ют­ся мно­гими спо­соба­ми, од­на­ко про­из­водс­твен­ное при­мене­ние на­ходит срав­ни­тельно не­большое чис­ло спо­собов, важ­нейшие из ко­торых ос­но­ваны на ис­пользо­вании ду­говой свар­ки пла­вящим­ся элек­тро­дом [5].

Глав­ные осо­бен­ности ме­хани­зиро­ван­ных свар­ки и нап­лавки, от­ли­ча­ющие ее от руч­ной ду­говой нап­лавки штуч­ны­ми элек­тро­дами, зак­лю­ча­ют­ся в сле­ду­ющем:

1) в неп­ре­рыв­ности про­цес­са, обыч­но дос­ти­га­емой ис­пользо­вани­ем элек­трод­ной про­воло­ки или лен­ты в ви­де больших мот­ков;

2) под­во­де то­ка к элек­тро­ду на ми­нимальном рас­сто­янии от ду­ги, что поз­во­ля­ет при­менять ток большой си­лы без пе­рег­ре­ва элект­ро­да;

3) ис­пользо­вании спе­ци­альных ус­тройств для по­дачи элек­трод­но­го или при­садоч­но­го ма­тери­ала в ду­гу и ме­ханиз­мов для пе­ред­ви­жения ду­ги или нап­лавля­емо­го из­де­лия.

4.2Электродуговая сварка и наплавка под слоем флюса

· 4.2.1. Осо­бен­ности

· 4.2.2. Сва­роч­ные ма­тери­алы

· 4.2.3. Ме­тоды ле­гиро­вания нап­лавля­емо­го ме­тал­ла

· 4.2.4. При­емы ав­то­мати­чес­кой нап­лавки под сло­ем флю­са

· 4.2.5. Обо­рудо­вание для ав­то­мати­чес­кой од­но­дуго­вой свар­ки и нап­лавки под сло­ем флю­са

· 4.2.6. Тех­но­логи­чес­кие воз­можнос­ти од­но­дуго­вой свар­ки и нап­лавки под сло­ем флю­са

· 4.2.7. Спе­ци­али­зиро­ван­ное обо­рудо­вание для элек­тро­дуго­вой свар­ки и нап­лавки под сло­ем флю­са

4.2.1. Особенности

Из всех спо­собов ме­хани­зиро­ван­ных свар­ки и нап­лавки в нас­то­ящее вре­мя на­ибольшее рас­простра­нение по­лучи­ла нап­лавка под сло­ем флю­са.

Схе­ма про­цес­са нап­лавки под сло­ем флю­са по­каза­на на рис. 4.1.

Рис. 4.1.Схема наплавки тела вращения под слоем флюса:
1 — изделие; 2 — наплавляемый слой; 3 — электрод; 4 — расплавленный шлак; 5 — ванночка жидкого металла; 6 — шлаковая корка; а — смещение электрода с зенита

При нап­лавке под сло­ем флю­са ду­га го­рит меж­ду го­лым элек­тро­дом (элек­трод­ной про­воло­кой) и из­де­ли­ем, к ко­торым под­ве­ден ток. Элек­трод и по­вер­хность из­де­лия рас­плав­ля­ют­ся в ду­ге, об­ра­зуя ван­ну жид­ко­го ме­тал­ла. Нап­лавля­емый учас­ток пред­ва­рительно пок­ры­ва­ют тол­стым сло­ем сы­пуче­го сва­роч­но­го флю­са.

По ме­ре уда­ления сва­роч­ной ду­ги жид­кий ме­талл и шлак зат­верде­ва­ют и при этом об­ра­зу­ет­ся нап­лавлен­ный ва­лик, пок­ры­тый шла­ковой кор­кой и не­рас­пла­вив­шимся флю­сом; ос­тывшая шла­ковая кор­ка уда­ля­ет­ся. Элек­трод по­да­ет­ся в зо­ну нап­лавки из ка­туш­ки (бух­ты) по­да­ющим ме­ханиз­мом нап­ла­воч­но­го ап­па­рата. Ско­рость по­дачи элек­тро­да рав­на ско­рос­ти его плав­ле­ния, бла­года­ря че­му в про­цес­се нап­лавки дли­на ду­ги сох­ра­ня­ет­ся пос­то­ян­ной. Флюс в про­цес­се нап­лавки неп­ре­рыв­но пос­ту­па­ет из бун­ке­ра.

При нап­лавке под сло­ем флю­са ис­пользу­ют «го­лый» элек­трод в ви­де про­воло­ки или лен­ты, что поз­во­ля­ет мак­си­мально приб­ли­зить к сва­роч­ной ду­ге мес­то под­во­да то­ка. При этом уменьша­ет­ся вы­лет элек­тро­да, т.е. учас­ток элек­тро­да, по ко­торо­му про­тека­ет ток (рас­сто­яние от то­копод­во­дяще­го кон­такта до кон­ца элек­тро­да со сто­роны ду­ги). В ре­зульта­те уда­ет­ся по­высить си­лу то­ка, а сле­дова­тельно, и про­из­во­дительность по срав­не­нию с руч­ной нап­лавкой штуч­ны­ми элек­тро­дами. Элек­трод­ная про­воло­ка при ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавке под сло­ем флю­са наг­ре­ва­ет­ся теп­ло­той сва­роч­ной ду­ги, ко­торая вво­дит­ся че­рез пят­но наг­ре­ва на тор­це элек­тро­да, и теп­ло­той, вы­деля­ющейся по за­кону Джо­уля—Лен­ца при про­тека­нии сва­роч­но­го то­ка на учас­тке вы­лета элек­тро­да.

Теп­ло­та сва­роч­ной ду­ги наг­ре­ва­ет элек­трод с тор­ца на учас­тке дли­ной не бо­лее 10 мм. На всей дли­не вы­лета элек­трод наг­ре­ва­ет­ся то­ком. Ко­личес­тво теп­ло­ты, вы­деля­емой то­ком по за­кону Джо­уля—Лен­ца, рас­счи­тыва­ет­ся по фор­му­ле

Q =0,241 I²_св (ρLt)/ F,                                                                  (4.1)

где I _св — си­ла сва­роч­но­го то­ка, А; r — удельное соп­ро­тив­ле­ние, Ом·см; L — дли­на вы­лета элек­тро­да, см; t — пе­ри­од про­тека­ния то­ка, с; F — пло­щадь се­чения элек­тро­да, см².

Из фор­му­лы (4.1) сле­ду­ет, что ко­личес­тво теп­ло­ты, вы­деля­емой в элек­тро­де, бу­дет тем больше, чем больше си­ла то­ка, удельное соп­ро­тив­ле­ние, дли­на вы­лета и пе­ри­од про­тека­ния то­ка.

Удельное соп­ро­тив­ле­ние же­леза и низ­ко­уг­ле­родис­той ста­ли при наг­ре­ве до 800°С воз­раста­ет в 6…10 раз. Это зна­чительно ус­ко­ря­ет наг­рев элек­тро­да. Его пе­рег­рев ухуд­ша­ет фор­ми­рова­ние нап­лавлен­но­го ме­тал­ла, уве­личи­ва­ет по­тери элек­трод­но­го ме­тал­ла и на­руша­ет нор­мальный про­цесс плав­ле­ния элек­тро­да.

Вы­лет элек­тро­да L при руч­ной и ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавке не­оди­наков. В на­чальный мо­мент при руч­ной нап­лавке вы­лет (дли­на элек­тро­да) сос­тавля­ет 300…400 мм, по ме­ре плав­ле­ния элек­тро­да она уменьша­ет­ся; при ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавке пла­вящим­ся элек­тро­дом вы­лет ра­вен 20…60 мм и сох­ра­ня­ет­ся пос­то­ян­ным. Так как при руч­ной нап­лавке по всей дли­не элек­тро­да про­тека­ет сва­роч­ный ток, то при уве­личе­нии си­лы то­ка вы­ше оп­ре­делен­но­го пре­дела наб­лю­да­ет­ся пе­рег­рев элек­тро­да.

При нап­лавке под сло­ем флю­са вы­лет элек­тро­да не­большой и в зо­ну го­рения ду­ги неп­ре­рыв­но пос­ту­па­ет «хо­лод­ный» элек­трод­ный ме­талл, по ко­торо­му ток не про­ходил. Что­бы пре­дот­вра­тить пе­рег­рев элек­тро­да и обес­пе­чить нор­мальное плав­ле­ние обыч­но ус­та­нав­ли­ва­ют оп­ти­мальную плот­ность то­ка, под ко­торой по­нима­ют си­лу то­ка, про­ходя­щего по элек­тро­ду, от­не­сен­ную к еди­нице пло­щади его се­чения (А/мм²). Обыч­но при руч­ной нап­лавке плот­ность то­ка сос­тавля­ет 10…20 А/мм², а при нап­лавке под сло­ем флю­са — 30…130 А/мм².

Флюс на­сыпа­ет­ся сло­ем тол­щи­ной 50…60 мм, при этом ста­тичес­кое дав­ле­ние слоя флю­са на жид­кий ме­талл сос­тавля­ет 7…9 г/см², ду­га го­рит под сло­ем флю­са — зак­ры­тая ду­га. Это­го, как по­казы­ва­ет опыт, дос­та­точ­но, что­бы ус­тра­нить не­жела­тельное ме­хани­чес­кое воз­действие ду­ги на ван­ну жид­ко­го ме­тал­ла, его раз­брыз­ги­вание и на­руше­ние фор­ми­рова­ния шва да­же при очень больших то­ках. В то вре­мя как от­кры­тая ду­га при си­ле то­ка 400…500 А и бо­лее, ме­хани­чес­ки воз­действуя на ван­ну жид­ко­го ме­тал­ла, зат­рудня­ет нап­лавку вследс­твие раз­брыз­ги­вания ме­тал­ла и на­руше­ния пра­вильно­го фор­ми­рова­ния шва.

Уве­личе­ние про­из­во­дительнос­ти при од­но­элек­трод­ной нап­лавке под сло­ем флю­са за счет по­выше­ния си­лы сва­роч­но­го то­ка не всег­да воз­можно [8]: при уве­личе­нии си­лы сва­роч­но­го то­ка уве­личи­ва­ет­ся глу­бина проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла и дли­на сва­роч­ной ван­ны, в ре­зульта­те мо­гут по­явиться про­жоги при на­плав­ке тон­костен­ных де­талей, не­жела­тельное раз­бавле­ние нап­лавлен­но­го ме­тал­ла ос­новным и сте­кание жид­ко­го ме­тал­ла и шла­ка при нап­лавке ци­лин­дри­чес­ких де­талей, по­это­му при­меня­ют­ся та­кие раз­но­вид­ности нап­лавки под сло­ем флю­са, как мно­го­элек­трод­ная, мно­году­говая и нап­лавка элек­трод­ной лен­той (рис. 4.2).

Рис. 4.2.Виды механизированной наплавки под слоем флюса:
а — многоэлектродная; б — многодуговая; в — электродной лентой

Ха­рак­терной осо­бен­ностью нап­лавки элек­трод­ной лен­той яв­ля­ет­ся ма­лая глу­бина проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла и воз­можность по­луче­ния за один про­ход ши­роко­го ва­лика (ши­риной прак­ти­чес­ки до 100 мм).

При мно­го­элек­трод­ной нап­лавке в зо­ну ду­ги од­новре­мен­но по­да­ют­ся нес­колько элек­тро­дов, ко­торые под­клю­ча­ют­ся к од­ной фа­зе сва­роч­но­го тран­сфор­ма­тора. Ду­га пе­ри­оди­чес­ки пе­реме­ща­ет­ся с од­но­го элек­тро­да на дру­гой, при этом по­луча­ет­ся об­щая сва­роч­ная ван­на с не­большой глу­биной проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла и ши­рокий нап­лавлен­ный ва­лик. Ре­зульта­ты нап­лавки за­висят от пра­вильной ус­та­нов­ки рас­сто­яния меж­ду цен­тра­ми со­сед­них элек­тро­дов.

При нап­лавке элек­трод­ной лен­той и при мно­го­элек­трод­ной нап­лавке по­выше­ние про­из­во­дительнос­ти дос­ти­га­ет­ся за счет при­мене­ния сва­роч­но­го то­ка большой си­лы без зна­чительно­го уве­личе­ния глу­бины проп­лавле­ния ос­новно­го ме­тал­ла.

При мно­году­говой нап­лавке при­меня­ет­ся од­новре­мен­но нес­колько нап­ла­воч­ных ап­па­ратов или один ап­па­рат с нес­кольки­ми элек­тро­дами; каж­дый элек­трод пи­та­ет­ся от от­дельно­го ис­точни­ка то­ка. Об­ра­зу­ет­ся нес­колько от­дельных дуг и раз­дельные сва­роч­ные ван­ны. Про­из­во­дительность нап­лавки по­выша­ет­ся за счет од­новре­мен­но­го при­мене­ния нес­кольких сва­роч­ных дуг срав­ни­тельно не­большой мощ­ности. Про­цесс мно­году­говой нап­лавки лег­ко кон­тро­лиру­ет­ся и уп­равля­ет­ся.

Ка­чес­тво нап­лавлен­но­го ме­тал­ла, фор­ма ва­ликов и глу­бина проп­лавле­ния ме­тал­ла из­де­лия за­висят от ре­жима нап­лавки. Ос­новны­ми па­рамет­ра­ми (сос­тавля­ющи­ми) ре­жима ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавки яв­ля­ют­ся:

§ си­ла сва­роч­но­го то­ка;

§ нап­ря­жение ду­ги;

§ се­чение элек­трод­но­го ма­тери­ала;

§ ско­рость нап­лавки;

§ вы­лет элек­тро­да;

§ ско­рость по­дачи элек­тро­да;

§ вы­сота слоя флю­са;

§ угол нак­ло­на элек­тро­да.

Бла­года­ря весьма со­вер­шенной за­щите жид­ко­го ме­тал­ла при нап­лавке под сло­ем флю­са по­луча­ет­ся од­но­род­ный нап­лавлен­ный ме­талл без тре­щин и пор. При нап­лавке под сло­ем флю­са нап­лавлен­ный ме­талл по­луча­ет­ся с глад­кой по­вер­хностью и плав­ным пе­рехо­дом от ва­лика к ва­лику.

Ус­ло­вия тру­да при нап­лавке под сло­ем флю­са зна­чительно луч­ше, чем при руч­ной и ме­хани­зиро­ван­ной нап­лавке от­кры­той ду­гой. Под сло­ем флю­са мож­но нап­ла­вить слой ме­тал­ла поч­ти лю­бого хи­мичес­ко­го сос­та­ва и тол­щи­ной до 1,5 мм и бо­лее. Ле­гиро­вание нап­лавлен­но­го ме­тал­ла мо­жет осу­щест­вляться раз­личны­ми спо­соба­ми, од­на­ко наи­большее рас­простра­нение по­лучи­ло ле­гиро­вание че­рез элек­трод­ную про­воло­ку. Для нап­лавки вы­соко­леги­рован­ных спла­вов пре­иму­щес­твен­но при­меня­ет­ся по­рош­ко­вая про­воло­ка, что поз­во­ля­ет в не­кото­рых слу­ча­ях в 10 раз и бо­лее по­высить из­но­сос­тойкость де­талей. Прак­ти­чес­кое при­мене­ние на­ходит нап­лавка раз­личных де­талей, име­ющих фор­му тел вра­щения ди­амет­ром бо­лее 40 мм (ци­лин­дри­чес­кие, ко­ничес­кие по­вер­хнос­ти и др.), а так­же все­воз­можных плос­ких де­талей и из­де­лий слож­ной фор­мы.

4.2.2. Сварочные материалы

Сва­роч­ны­ми ма­тери­ала­ми при нап­лавке под сло­ем флю­са яв­ля­ют­ся раз­личные элек­трод­ные ма­тери­алы и флюс.

Элек­тро­ды. В ка­чес­тве элек­тро­да мо­жет ис­пользо­ваться сва­роч­ная про­воло­ка сплош­но­го се­чения, лен­та ма­лой тол­щи­ны (0,4…1,0 мм) и большой ши­рины (20…100 мм), по­рош­ко­вая про­воло­ка и по­рош­ко­вая лен­та.

При нап­лавке лен­точны­ми элек­тро­дами ду­га пе­ребе­га­ет от од­но­го края лен­ты к дру­гому и рав­но­мер­но оп­лавля­ет ее то­рец. Ко­эф­фи­ци­ент нап­лавки при этом по­луча­ет­ся больше, чем при ис­пользо­вании про­волоч­ных элек­тро­дов, а глу­бина проп­лавле­ния и до­ля ос­новно­го ме­тал­ла в нап­лавлен­ном слое тем меньше, чем больше ши­рина лен­ты. Лен­точны­ми элек­тро­дами вы­пол­ня­ет­ся ши­рокос­лойная нап­лавка, при­чем ши­рина на­плав­ленно­го слоя при­мер­но рав­на ши­рине лен­точно­го элек­тро­да.

Флю­сы. Ке­рами­чес­кие (неп­лавлен­ные) флю­сы ис­пользу­ют при нап­лавке в со­чета­нии с элек­тро­дами, вы­пол­ненны­ми из низ­ко­уг­ле­родис­той ста­ли.

Плав­ленные флю­сы при­меня­ют с элек­тро­дами, вы­пол­ненны­ми из ле­гиро­ван­ной ста­ли.

Ке­рами­чес­кие (неп­лавлен­ные) флю­сы пред­став­ля­ют со­бой ших­ту тон­ко­из­мельчен­ных ми­неральных ве­ществ фер­рос­пла­вов, си­лика­тов и дру­гих со­еди­нений, за­мешан­ную на жид­ком стек­ле и гра­нули­рован­ную до оп­ре­делен­ной круп­ности. Ке­рами­чес­кие флю­сы поз­во­ля­ют ле­гиро­вать нап­лавля­емый ме­талл в ши­роком ди­апа­зоне свойств по проч­ности, твер­дости, из­но­сос­тойкос­ти и т.д.

Плав­ленные флю­сы по­луча­ют сплав­ле­ни­ем ком­по­нен­тов ших­ты в элек­три­чес­ких или пла­мен­ных пе­чах. Пре­делы ле­гиро­вания нап­лавлен­но­го ме­тал­ла у этих флю­сов ог­ра­ничены.

В сос­тав флю­са вхо­дят ле­гиру­ющие, га­зо­об­ра­зу­ющие, рас­кисля­ющие, и­они­зиру­ющие и шла­ко­об­ра­зу­ющие ком­по­нен­ты.

4.2.3. Методы легирования наплавляемого металла

Для обес­пе­чения не­об­хо­димых свойств нап­лавлен­но­го слоя в рас­плав­ленный ме­талл сва­роч­ной ван­ны не­об­хо­димо ввес­ти оп­ре­делен­ные ле­гиру­ющие эле­мен­ты, ко­торые вво­дят в сва­роч­ную ван­ну че­рез флюс и элек­трод­ную про­воло­ку.

При нап­лавке под сло­ем флю­са мо­гут быть при­мене­ны сле­ду­ющие ос­новные ме­тоды ле­гиро­вания, а так­же их ком­би­нации:

1) ле­гиро­ван­ная элек­трод­ная про­воло­ка или лен­та и не­леги­рован­ный флюс;

2) по­рош­ко­вая про­воло­ка или лен­та и не­леги­рован­ный флюс;

3) обыч­ная про­воло­ка или лен­та и ле­гиру­ющий флюс;

4) ле­гиро­вание за счет до­пол­ни­тельных ма­тери­алов, на­носи­мых на де­таль пе­ред дви­жущейся ду­гой с ис­пользо­вани­ем обыч­ных элек­трод­ных ма­тери­алов и флю­са.

В ка­чес­тве до­пол­ни­тельных ма­тери­алов мо­жет ис­пользо­ваться до­бавоч­ный элек­трод, ко­торый по­да­ет­ся в ду­гу под уг­лом 25…300° к нап­лавля­емой по­вер­хнос­ти, круп­но­зер­нистый по­рошок (ди­аметр час­тиц 0,4…4,0 мм) и пас­ты, на­носи­мые на по­вер­хность из­де­лий пе­ред нап­лавкой.

4.2.4. Приемы автоматической наплавки под слоем флюса

Ав­то­мати­чес­кая нап­лавка под сло­ем флю­са мо­жет вы­пол­няться про­волоч­ны­ми и лен­точны­ми элек­тро­дами.

При нап­лавке про­волоч­ны­ми элек­тро­дами раз­ли­ча­ют од­но­дуго­вую и мно­го­элек­трод­ную нап­лавки.

При од­но­дуго­вой нап­лавке про­цесс ве­дет­ся од­ним элек­тро­дом.

При мно­го­элек­трод­ной нап­лавке од­новре­мен­но пла­вят­ся нес­колько элек­трод­ных про­волок, под­клю­чен­ных к од­но­му по­люсу ис­точни­ка то­ка и рас­по­ложен­ных по­перек оси нап­лавля­емо­го ва­лика. Под флю­сом об­ра­зу­ет­ся об­щая сва­роч­ная ван­на, элек­тро­ды пла­вят­ся по­оче­ред­но. Этот спо­соб поз­во­ля­ет по­лучить за один про­ход ши­рокий нап­лавлен­ный слой. В не­кото­рых слу­ча­ях нап­лавку вы­пол­ня­ют элек­трод­ной про­воло­кой с по­переч­ны­ми (по­перек оси нап­лавля­емо­го ва­лика) ко­леба­ни­ями элек­тро­да. Фор­ма сва­роч­ной ван­ны при этом иден­тична по­луча­емой при нап­лавке элек­трод­ной лен­той, а элек­трод­ный ма­тери­ал — бо­лее де­шевый и дос­тупный.

Опи­сан­ные при­емы ав­то­мати­чес­кой нап­лавки под сло­ем флю­са эф­фектив­ны для круп­но­габа­рит­ных из­де­лий. Де­тали ма­лых раз­ме­ров и тон­костен­ные пок­ры­тия нап­лавля­ют­ся виб­ри­ру­ющим элек­тро­дом. В этом слу­чае с по­мощью эк­сцентри­ково­го ме­ханиз­ма осу­щест­вля­ет­ся виб­ра­ция элек­тро­да в об­ласти то­копод­во­да в осе­вом нап­равле­нии. Час­то­та виб­ра­ции — 20…60 Гц, ам­пли­туда — 0,5…3,0 мм. Нап­лавка вы­пол­ня­ет­ся элек­трод­ной про­воло­кой ма­лого ди­амет­ра (0,8…1,2 мм) на то­ке 50…100 А.

4.2.5. Оборудование для автоматической однодуговой сварки и наплавки под слоем флюса

Нап­ла­воч­ные ра­боты под сло­ем флю­са вы­пол­ня­ют­ся, как пра­вило, на том же обо­рудо­вании (ав­то­матах), что и сва­роч­ные ра­боты под сло­ем флю­са.

В сос­тав сва­роч­но­го обо­рудо­вания вхо­дят:

§ кон­дуктор для фик­са­ции де­талей в про­цес­се свар­ки и нап­лавки;

§ ма­нипу­лятор для пе­реме­щении де­талей или ав­то­мата;

§ сва­роч­ный ав­то­мат с ис­точни­ком пи­тания.

Ав­то­мати­чес­кую свар­ку и нап­лавку вы­пол­ня­ют под­весны­ми сва­роч­ны­ми го­лов­ка­ми и сва­роч­ны­ми трак­то­рами са­моход­но­го ти­па, пе­реме­ща­ющи­мися по из­де­лию. Ус­тройство сва­роч­но­го ав­то­мата-трак­то­ра мо­дели АДС 1000 по­каза­но на рис. 4.3.

Рис. 4.3.Устройство сварочного автомата-трактора модели АДС 1000:
1 — кассета для электродной проволоки; 2 — механизм подачи проволоки; 3 — бункер для подачи флюса; 4 и 8 — подающие ролики; 5 — дозатор; 6 — правящие ролики; 7 — токоподводящее устройство; 9 и 11 — электродвигатели постоянного тока; 10 — маховик; 12 — рукоятка включения движения каретки; 13 — каретка; 14 — пульт управления автоматом; 15 — токопроводящий мундштук; 16 — электродная проволока; 17 — газовый пузырь; 18 — расплавленный флюс; 19 — наплавленный металл; 20 — шлаковая корка; 21 — флюс

Ме­хани­чес­кая часть ав­то­мата сос­то­ит из ме­ханиз­ма по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки и флю­са в зо­ну го­рения ду­ги и ка­рет­ки — ме­ханиз­ма пе­реме­щения ав­то­мата вдоль оси шва.

Ка­рет­ку 13, име­ющую ко­лес­ный ход, при­водит в дви­жение элек­трод­ви­гатель пос­то­ян­но­го то­ка 11 че­рез два чер­вячных ре­дук­то­ра и зуб­ча­тую муф­ту, вклю­ча­емую при подъеме ру­ко­ят­ки 12. Ка­рет­ка дви­жет­ся по рельсо­вому пу­ти на об­ре­зинен­ных ко­лесах, иг­ра­ющих роль элек­тро­изо­лято­ров. На ка­рет­ке ус­та­нов­лен суп­порт с ма­хови­ком 10 для по­переч­ных нас­тро­еч­ных пе­реме­щений. На суп­порте за­креп­ле­на ко­лон­ка с Т-об­разным крон­штейном. На од­ном пле­че крон­штейна у­креп­ле­на кас­се­та 1 для элек­трод­ной про­воло­ки и пульт уп­равле­ния 14 ав­то­матом. На дру­гом пле­че шар­нирно под­ве­шена сва­роч­ная го­лов­ка, сос­то­ящая из ме­ханиз­ма по­дачи про­воло­ки 2 с элек­трод­ви­гате­лем пос­то­ян­но­го то­ка 9 и по­да­ющи­ми ро­лика­ми 8. При вра­щении ро­ликов про­воло­ка вы­тяги­ва­ет­ся из кас­се­ты и про­тал­ки­ва­ет­ся че­рез пра­вящие ро­лики 6 и ка­нал то­копод­во­дяще­го ус­тройства 7, ко­торый сос­то­ит из двух мед­ных плас­тин, сжа­тых пру­жина­ми, и смен­ных вкла­дышей. То­копод­во­дящее ус­тройство при­со­еди­нено к сва­роч­но­му ис­точни­ку с па­да­ющей ха­рак­те­рис­ти­кой че­рез кон­тактор, на­ходя­щийся в шка­фу уп­равле­ния под ав­то­матом. Дру­гой по­люс ис­точни­ка при­со­еди­нен к сва­роч­но­му прис­по­соб­ле­нию, в ко­тором кре­пят­ся нап­лавля­емые де­тали.

Над сва­роч­ной го­лов­кой за­креп­лен бун­кер для по­дачи флю­са 3 с до­зато­ром 5 и гиб­ким шлан­гом. Уп­равле­ние ав­то­матом про­из­во­дят с пульта 14, име­юще­го ам­перметр со шка­лой до 1,0 кА, вольт­метр на 100 В для из­ме­рения па­рамет­ров ре­жима нап­лавки и дру­гие пус­ко­регу­лиру­ющие ус­тройства.

Ко­неч­но, на­ибо­лее эф­фектив­но нап­лавка ве­дет­ся с по­мощью спе­ци­альных нап­ла­воч­ных (сва­роч­ных) ав­то­матов, поз­во­ля­ющих на­носить рас­плав­ленный ме­талл на срав­ни­тельно большую пло­щадь. Ис­пользу­ют нап­ла­воч­ные ав­то­маты, как пра­вило, при не­об­хо­димос­ти про­веде­ния нап­лавки в тя­желом теп­ло­вом ре­жиме — ав­то­маты мо­гут вы­дер­жи­вать та­кой ре­жим в те­чение нес­кольких де­сят­ков ми­нут. Кро­ме то­го, нап­ла­воч­ные ав­то­маты ком­плек­ту­ют­ся прис­по­соб­ле­ни­ями для по­луче­ния бо­лее ши­роко­го ва­лика, чем при свар­ке. Так, при ис­пользо­вании нап­ла­воч­ной сплош­ной или по­рош­ко­вой лен­ты мож­но по­лучить с по­мощью нап­ла­воч­но­го ав­то­мата ва­лик ши­риной до 200 мм, а при прог­рам­мном пе­реме­щении ав­то­мата и из­де­лия мож­но нап­лавлять де­тали слож­ных форм. Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки ши­роко ис­пользу­емых для нап­лавки сва­роч­ных ав­то­матов при­веде­ны в табл. 4.1, в том чис­ле мо­делей АД-231 и АДФ-1002, изоб­ра­жен­ных на рис. 4.4.

Таблица 4.1. Технические характеристики сварочных автоматов
По­каза­тель	А-1406	А-1412	А-1416	АД-231 (рис. 4.4, а)	АДГ-515	АДФ-1202	АДФ-1002 (рис. 4.4, б)
Тип	Под­весной	Са­моход­ный двух­ду­говой	Са­моход­ный	Нап­ла­воч­ный	Трак­тор
Но­минальный сва­роч­ный ток, А (при ПВ 100%)	1250 (500)*	1250×2	1250 (500)*	1250	500 (ПВ 60%)	1250	1250 (1000)*
Пре­делы ре­гули­рова­ния то­ка, А	250…1250 (50…500)*	250…1250	250…1250 (50…500)*	250…1250	60…500	300…1250	200…1250 (300…1200)*
Ди­аметр элек­трод­ной про­воло­ки, мм	2…5 (1,2…2,0)*	3…6	2…5 (1,2…2,0)	4…6 (лен­та 0,5…4×20…60)	1,2…3,0	2…6	2…5
Ско­рость по­дачи про­воло­ки, м/ч	17…553	15…583	50…510	10…460	120…960	60…360	60…360
Ско­рость свар­ки, м/ч	—	12…250	12…120	6…60	12…120	12…120	12…120
Ис­точник пи­тания	KИУ-1201 (KИУ-501)	KИУ-1201 — 2 шт.	KИУ-1201 (KИУ-501)	KИУ-1201	ВДУ-505	ВДУ-1202	ВДУ-1202 (ТДФЖ-1002)
Га­барит­ные раз­ме­ры, мм:  ав­то­мата  ис­точни­ка пи­тания	890×1010×1725 960×680×890	1390×840×1820 960×680×890 — 2 шт.	960×860×1860 960×680×890	1090×860×2350 960×680×890	800×450×600 760×700×900	1100×450×770 1080×685×885	850×370×730 1080×685×885
Мас­са, кг:  ав­то­мата  ис­точни­ка пи­тания	185 550 (275)*	400 550×2	320 550 (275)*	310 550	60 300	78 500	47 630 (520)*
Из­го­тови­тель	«KЗЭ­СО»				«Элек­трик»		«Ис­кра»
* Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки в слу­чае ком­плек­то­вания ав­то­мата ис­точни­ком пи­тания, ука­зан­ным в скоб­ках.

 ца 4.1. Технические характеристики сварочных автоматов

Рис. 4.4.Сварочные автоматы моделей АД-231 (а) и АДФ-1002 (б)

4.2.6. Технологические возможности однодуговой сварки и наплавки под слоем флюса

Свар­ку и нап­лавку под сло­ем флю­са вы­пол­ня­ют в ос­новном для соз­да­ния на по­верх­нос­ти де­тали из­но­сос­тойко­го слоя тол­щи­ной до 3 мм и бо­лее. Свар­ку и нап­лавку про­из­во­дят как на плос­кие по­вер­хнос­ти, так и на те­ла вра­щения.

Свар­ку и нап­лавку плос­ких по­вер­хнос­тей осу­щест­вля­ют про­волоч­ны­ми и лен­точны­ми элек­тро­дами. Те­ла вра­щения ди­амет­ром ме­нее 100 мм нап­лавля­ют про­волоч­ны­ми элек­тро­дами по вин­то­вой ли­нии, т.е. ког­да де­таль вра­ща­ет­ся, а сва­роч­ная (нап­ла­воч­ная) го­лов­ка пе­реме­ща­ет­ся вдоль оси де­тали со ско­ростью, обес­пе­чива­ющей пе­рек­ры­тие нап­лавля­емых ва­ликов. При сред­нем ди­амет­ре де­талей 100…300 мм нап­лавку мож­но вы­пол­нять про­волоч­ны­ми элек­тро­дами с по­переч­ны­ми ко­леба­ни­ями элек­тро­да, а при ди­амет­ре де­талей 300 мм и бо­лее для нап­лавки же­лательно ис­пользо­вать лен­точные элек­тро­ды.

Труд­ность нап­лавки тел вра­щения обус­ловле­на глав­ным об­ра­зом опас­ностью сте­кания сва­роч­ной ван­ны. Ши­рокос­лойная нап­лавка (мно­го­элек­трод­ная, лен­той, с по­переч­ным ко­леба­ни­ем элек­тро­да) об­ра­зу­ет ко­рот­кую сва­роч­ную ван­ну и меньшее проп­лавле­ние ос­новно­го ме­тал­ла, что сни­жа­ет ве­ро­ят­ность сте­кания ван­ны рас­плав­ленно­го ме­тал­ла.

Де­тали слож­ной фор­мы, а так­же де­тали не­большо­го ди­амет­ра (ме­нее 50 мм) ав­то­мати­чес­кой нап­лавкой под сло­ем флю­са, как пра­вило, не нап­лавля­ют­ся.

Ав­то­мати­чес­кой ду­говой нап­лавкой под сло­ем флю­са мож­но вос­ста­нав­ли­вать:

§ де­тали трак­то­ров, ав­то­моби­лей, сельхоз­ма­шин (опор­ные и под­держи­ва­ющие кат­ки, ко­леса), ко­лен­ча­тые ва­лы дви­гате­лей ав­то­моби­лей и трак­то­ров;

§ де­тали зем­ле­ройных, до­рож­ных и стро­ительных ма­шин;

§ де­тали под­вижно­го сос­та­ва же­лез­но­дорож­но­го тран­спор­та;

§ де­тали ме­тал­лурги­чес­ко­го обо­рудо­вания;

§ су­довые ва­лы;

§ бу­ровой и ре­жущий инс­тру­мент.

4.2.7. Специализированное оборудование для электродуговой сварки и наплавки под слоем флюса

Ус­та­нов­ка для нап­лавки опор­ных кат­ков трак­то­ров мо­дели УД-302. Ус­та­нов­ка пред­назна­чена для элек­тро­дуго­вой нап­лавки ре­борд и бе­говых до­рожек опор­ных кат­ков, а так­же нап­равля­ющих ко­лес трак­то­ров под сло­ем флю­са сплош­ной и по­рош­ко­вой про­воло­ками. Она мо­жет быть ис­пользо­вана для вос­ста­нов­ле­ния ци­лин­дри­чес­ких и ко­ничес­ких по­вер­хнос­тей де­талей ши­рокой но­мен­кла­туры.

Конс­трук­тивной осо­бен­ностью ус­та­нов­ки яв­ля­ет­ся на­личие двух сва­роч­ных го­ловок, поз­во­ля­ющих од­новре­мен­но нап­лавлять две по­вер­хнос­ти. Нап­лавку мож­но вес­ти как по вин­то­вой ли­нии при неп­ре­рыв­ном вра­щении де­тали, так и вдоль оси де­тали при дис­крет­ном ее по­воро­те на за­дан­ный угол.

Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки ус­та­нов­ки мо­дели УД-302

• Про­из­во­дительность в 1 ч, кат­ков6

• Раз­ме­ры вос­ста­нав­ли­ва­емых де­талей, мм: 
•  дли­на20…208
•  ди­аметр220…690
• Ди­аметр элек­трод­ной про­воло­ки, мм2…3
• Ско­рость по­дачи про­воло­ки, м/ч100…300
• Сва­роч­ный ток, А80…600
• Нап­ря­жение пи­тания, В380
• Нап­ря­жение ду­ги, В26…34

• Га­барит­ные раз­ме­ры, мм: 
•  дли­на2425
•  ши­рина1875
•  вы­сота1550
• Мас­са, кг900

Ус­та­нов­ка для элек­тро­дуго­вой нап­лавки ци­лин­дри­чес­ких по­вер­хнос­тей мо­дели УД-209. Ус­та­нов­ка пред­назна­чена для нап­лавки на­руж­ных ци­лин­дри­чес­ких по­вер­хно­стей са­моза­щит­ной по­рош­ко­вой про­воло­кой с ко­леба­ни­ями элек­тро­да, про­воло­кой сплош­но­го се­чения в сре­де уг­ле­кис­ло­го га­за (ди­ок­си­да уг­ле­рода — СO₂) или под сло­ем флю­са по спи­рали.

Ус­та­нов­ка обес­пе­чива­ет нап­лавку де­талей по спи­рали с ко­леба­ни­ями элек­тро­да на ши­рину нап­лавля­емой по­вер­хнос­ти (не бо­лее 60 мм), ли­нейную нап­лавку, а так­же свар­ку прос­тых кольце­вых и про­дольных швов.

Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки ус­та­нов­ки мо­дели УД-209

• Раз­ме­ры вос­ста­нав­ли­ва­емых де­талей, мм: 
•  ди­аметр25…360
•  дли­на100…800
• Ди­аметр элек­трод­ной про­воло­ки, мм1,2…3,2
• Ско­рость по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки, м/ч100…350
• Шаг нап­лавки, мм1,8…6,4
• Час­то­та вра­щения шпин­де­ля, мин^–10,06…6,58
• Сва­роч­ный ток, А80…500
• Пот­ребля­емая мощ­ность, кВт40

• Га­барит­ные раз­ме­ры, мм: 
•  дли­на1680
•  ши­рина350
•  вы­сота1750
• Мас­са, кг650

Ус­та­нов­ка мо­дели ОКС-27508 для ши­рокос­лойной нап­лавки бе­говой до­рож­ки звеньев гу­сениц трак­то­ров. Ус­та­нов­ка пред­назна­чена для нап­лавки из­но­шен­ной до­рож­ки зве­на гу­сениц трак­то­ров се­рий Т-100 и Т-130 дву­мя ко­леб­лю­щими­ся элек­тро­дами за один про­ход по­рош­ко­вой или сплош­ной про­воло­кой под сло­ем флю­са. Для нап­лавки ис­пользу­ют про­воло­ку по­рош­ко­вую ма­рок ПП-АН122 и ПП-АН125 и флюс мар­ки АН-348А.

Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки ус­та­нов­ки мо­дели ОКС-27508

• Про­из­во­дительность, шт./ч20
• Тол­щи­на нап­лавля­емо­го слоя, ммДо 7
• Нап­ря­жение ду­ги, В27…30
• Чис­ло элек­тро­дов2
• Ско­рость по­дачи элек­трод­ной про­воло­ки, м/ч50…100
• Вы­лет элек­трод­ной про­воло­ки, мм25…30
• Ско­рость пе­реме­щения ка­рет­ки, мм/мин (ре­гули­рова­ние плав­ное)20…480

• Га­барит­ные раз­ме­ры, мм: 
•  дли­на1680
•  ши­рина935
•  вы­сота1940
• Мас­са, кг700

Свар­ка под флю­сом про­из­во­дит­ся на тех же ус­та­нов­ках, на ко­торых осу­щест­вля­ет­ся нап­лавка под сло­ем флю­са.

4.3Электродуговая сварка и наплавка в среде защитных газов

· 4.3.1. Об­щие све­дения

· 4.3.2. Тех­но­логия свар­ки и нап­лавки в сре­де уг­ле­кис­ло­го га­за

4.3.1. Общие сведения

Свар­ка и нап­лавка в сре­де за­щит­ных га­зов раз­ра­бота­на в 1952 г. груп­пой спе­ци­алис­тов под ру­ководс­твом про­фес­со­ра К.В. Лю­бов­ско­го.

Схе­мы спо­собов элек­тро­дуго­вой свар­ки или нап­лавки в сре­де за­щит­ных га­зов по­каза­ны на рис. 4.5. В зо­ну го­рения ду­ги под не­большим дав­ле­ни­ем по­да­ют газ, ко­торый вы­тес­ня­ет воз­дух из этой зо­ны и за­щища­ет рас­плав­ленный ме­талл от воз­действия кис­ло­рода и азо­та воз­ду­ха.

Рис. 4.5.Сварка и наплавка плавящимся (а) и неплавящимся (б) электродами в среде защитных газов:
1 — сопло; 2 — плавящийся электрод; 3 — сварочная ванна; 4 — защитный газ; 5 — наплавляемая (свариваемая) деталь; 6 — присадочный материал; 7 — неплавящийся электрод

Свар­ку и нап­лавку в сре­де за­щит­ных га­зов мож­но вес­ти как пла­вящим­ся (см. рис. 4.5, а), так и неп­ла­вящим­ся (см. рис. 4.5, б) элек­тро­дами. В пос­леднем слу­чае ду­га го­рит меж­ду де­талью и элек­тро­дом (обыч­но вольфра­мовым), а при­садоч­ный ма­тери­ал вво­дят в зо­ну ду­ги от­дельно. Неп­ла­вящи­еся элек­тро­ды ши­роко при­меня­ют при свар­ке де­талей из алю­миния и его спла­вов.

В ка­чес­тве за­щит­ных га­зов при свар­ке (нап­лавке) при­меня­ют ар­гон и ге­лий (для всех ме­тал­лов), азот (для ме­ди и ее спла­вов), уг­ле­кис­лый газ, во­дяной пар (для ста­ли и чу­гуна), а так­же сме­си этих га­зов.

4.3.2. Технология сварки и наплавки в среде углекислого газа

Схе­ма ус­та­нов­ки для по­лу­ав­то­мати­чес­кой нап­лавки (свар­ки) в сре­де уг­ле­кис­ло­го га­за (ди­ок­си­да уг­ле­рода) по­каза­на на рис. 4.6. Ус­та­нов­ка име­ет в сво­ем сос­та­ве га­зовую ап­па­рату­ру, ме­ханизм по­дачи про­воло­ки и ис­точник пи­тания.

Рис. 4.6.Схема установки для полуавтоматической сварки и наплавки в среде углекислого газа (диоксида углерода):
1 — баллон с углекислым газом (диоксидом углерода); 2 — осушитель; 3 — подогреватель газа; 4 — газовый редуктор; 5 — расходомер газа; 6 — регулятор давления газа; 7 — электромагнитный клапан; 8 — аппаратный ящик; 9 — механизм подачи наплавочного материала (проволоки); 10 — горелка; 11 — восстанавливаемая деталь; 12 — источник тока

Га­зовая ап­па­рату­ра сос­то­ит из бал­ло­на с га­зом 1 и ус­та­нов­ленных на нем элек­три­чес­ко­го по­дог­ре­вате­ля га­за 3, га­зово­го ре­дук­то­ра 4, осу­шите­ля 2, а так­же шлан­гов, по­да­ющих газ к го­рел­ке или нап­ла­воч­ной го­лов­ке.

Ра­бочее дав­ле­ние га­за — 0,05…0,20 МПа, рас­ход га­за при нап­лавке — 10…16 л/мин.

Свар­ка и нап­лавка в уг­ле­кис­лом га­зе ве­дет­ся на пос­то­ян­ном то­ке при об­ратной по­ляр­ности. Для пи­тания ус­та­нов­ки пос­то­ян­ным то­ком при­меня­ют ис­точни­ки то­ка с жес­ткой ха­рак­те­рис­ти­кой: вып­ря­мите­ли мо­делей ВДГ-303, ВДУ-505, ВДУ-506 и др. Ра­бочее нап­ря­жение при свар­ке тон­ко­лис­то­вых конс­трук­ций и нап­лавке из­но­шен­ных де­талей не­большо­го ди­амет­ра на­ходит­ся в пре­делах 17…22 В при ди­амет­ре про­воло­ки 0,5…1,2 мм и в пре­делах 23…28 В при ди­амет­ре про­воло­ки 1,2…2,0 мм. Плот­ность то­ка — 150…200 А на 1 мм² пло­щади се­чения элек­тро­да.

С уве­личе­ни­ем се­чения де­тали при­меня­ют бо́льший ди­аметр элек­трод­ной про­воло­ки и бо́льший вы­лет элек­тро­да (8…15 мм). Сме­щение элек­тро­да от зе­нита для пре­дот­вра­щения сте­кания жид­кой сва­роч­ной ван­ны при нап­лавке ци­лин­дри­чес­ких де­талей за­висит от ди­амет­ра нап­лавля­емых де­талей и сос­тавля­ет 3…10 мм. Ско­рость нап­лавки — 20…50 м/ч, ско­рость по­дачи про­воло­ки в за­виси­мос­ти от ее ди­амет­ра — 100…300 м/ч. По­дача элек­тро­да вдоль де­тали при нап­лавке ци­лин­дри­чес­ких по­вер­хнос­тей рав­на 2,0…3,5 ди­амет­ра про­воло­ки за один обо­рот де­тали.

Ре­комен­ду­емые тех­но­логи­чес­кие ре­жимы свар­ки и нап­лавки де­талей при­веде­ны в табл. 4.2 и 4.3.

Таблица 4.2. Рекомендуемые режимы сварки в среде углекислого газа
Тол­щи­на ме­тал­ла, мм	Ди­аметр элек­тро­да, мм	Си­ла то­ка, А	Нап­ря­жение ду­ги, В	Ско­рость свар­ки, м/ч	Ско­рость по­дачи про­воло­ки, м/ч
0,8…1,5	0,5…0,8	60…100	17…20	17..20	160…250
1,5…2,0	0,8…1,0	80…120	18…20	16…20	120…210
2,0…3,0	1,0…1,2	100…130	19…21	14…16	80…150
3,0…4,0	1,2…2,0	120…200	20…24	16…20	130…300