Ручная электродуговая и газовая сварка и наплавка

Для газовой сварки и наплавки применяют ацетилен, получаемый на месте в специальных генераторах или доставляемый к месту работы в баллонах. Чаще всего используют первый способ.

Ацетилен получают в специальных аппаратах-генераторах в результате разложения карбида кальция при действии на него воды Кислород содержится и транспортируется а баллонах, для снижения давления кислорода до рабочего от 150 до З—4 кГ/см² применяют редукторы, которые присоединяют непосредственно к вентилю кислородного баллона. Для смешения горючего газа с кислородом и образования сварочного пламени применяют горелки инжекторного типа. Горелки снабжаются комплектом сопл, обеспечивающих сварку металла различной толщины.

Для электродуговой сварки и наплавки основным оборудованием являются сварочные трансформаторы, выпрямители и агрегаты. Сварочные трансформаторы предназначены для питания электрической дуги при варке переменным током. Сварочные агрегаты служат для питания электрической дуги постоянным током или переменным током повышенной частоты. Агрегат состоит из электродвигателя переменного тока от сети, и генератора постоянного или переменного тока повышенной частоты. Переменный ток повышенной частоты обеспечивает легкое зажигание дуги и поддерживает горение даже при незначительной ее мощности. Для повышения стабильности горения дуги при сварке переменным током может быть использован осциллятор, который представляет собой специальный аппарат для питания сварочной дуги током высокой частоты повышенного напряжения и малой мощности и подсоединяемый параллельно со сварочным трансформатором. Осцилляторы применяют в тех случаях, когда сварка ведется голым электродом. Применяемые в настоящее время покрытия электродов обеспечивают стабильное горение дуги без осциллятора.

Выбор оборудования для ручной электродуговой сварки зависит от вида сварочных работ, а также экономических показателей источника тока. Постоянным током обычно производят сварку тонкого листового материала и сварку деталей из цветных металлов угольным электродом. В остальных случаях применяют сварку переменным током. Следует иметь в виду, что оборудование для сварки переменным током значительно дешевле, чем для сварки постоянным током, имеет меньшие габариты, вес и более простое устройство, расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла при сварке переменным током значительно меньше, чем при сварке постоянным током.

Кроме сварочного оборудования применяют стенды для установки свариваемых деталей и узлов. Промышленность выпускает универсальные сварочные стенды-манипуляторы. Деталь (иди узел), подлежащая сварке, закрепляется на поворотном столе стенда и может быть легко и быстро установлена в требуемом положении. Технологические возможности использования манипуляторов очень широки. Они могут применяться при ручной и механизированной сварке, а также при наплавке деталей, имеющих различные размеры. Применение манипуляторов позволяет повысить производительность труда сварщиков и улучшить условия их работы.

Для нагрева деталей перед сваркой и наплавкой служат индукторы, нагревательные печи, кузнечные горны и др. Для сохранения тепла нагретых деталей в процессе сварки или медленного их охлаждения применяют специальные камеры-термостаты, стенки которых выполнены из теплоизоляционных материалов.

Сварка и наплавка стальных деталей

Детали изготовляются из низкоуглеродистых, среднеуглеродистых и легированных сталей. Большинство ответственных деталей, работающих в условиях значительных нагрузок, подвергается термической обработке.

При восстановлении стальных деталей сваркой и наплавкой выполняют следующие виды работ:

а) наплавку изношенных поверхностей, заварку трещин и отверстий;

б) приварку отломанных частей и дополнительных деталей (втулок, зубчатых венцов, пластин и др.).

Стальные детали можно восстанавливать как газовой, так и электродуговой сваркой и наплавкой. Последняя получила наибольшее распространение.

Сварка и наплавка термически обработанных деталей представляют известные трудности, так как при воздействии высокой температуры нарушаются их свойства, приобретенные после термической обработки. Поэтому в процессе восстановления таких деталей приходится производить повторную термическую обработку, что усложняет процесс восстановления и не всегда возможно.

Свариваемость сталей зависит от содержания в них углерода и легирующих элементов. Низкоуглеродистые стали с содержание углерода до 0,3% сваривается хорошо. При повышении содержании углерода свариваемость стали ухудшается, появляется склонность к образованию трещин. Кремний в количестве до 0,5% раскисляет расплавленный металл, не оказывая отрицательного воздействия на свариваемость. При большем содержании этого элемента образуются тугоплавкие густые шлаки, затрудняющие сварку и загрязняющие шов неметаллическими включениями. Марганец в количеств до 0,8% положительно влияет на свариваемость стали, способствует удалению кислорода и серы из расплавленного металла, увеличивает прочность и вязкость сварного шва. Стали, содержащие хром, свариваются плохо вследствие образования закалочных структур и тугоплавких окислов. Ванадий и молибден отрицательно влияют на свариваемость, так как они способствуют образованию трещин в сварном шве. Никель улучшает свариваемость стали, значительно повышает ее пластичность и прочность. Однако он легко окисляется, и поэтому в процессе сварки требуется надежная защита расплавленного металла от кислорода воздуха.

При электродуговой сварке и наплавке возможно насыщение расплавленного сварного шва кислородом и азотом, а также выгорание и окисление легирующих элементов. Образование окислов в наплавленном металле снижает предел прочности и ударной вязкости шва. Насыщение стали азотом ухудшает ее пластические свойства, уменьшает ударную вязкость и относительное удлинение, увеличивает твердость и предел прочности. Присадочным материалом (электродами) при сварке и наплавке служит сварочная проволока Св-08 и Св-08А диаметром 1,2—6 мм.

Для защиты расплавленного металла от кислорода и азота воздуха и введения в сварочный шов легирующих компонентов применяют электроды со специальными покрытиями. Тонкие покрытия (0,10—0,25 мм на сторону) предназначаются главным образом для обеспечения устойчивого горения дуги и называются стабилизирующими или ионизирующими(меловое, состоящее из 80% мела и 20% жидкого стекла).

Электроды с тонким покрытием применяются для сварки мало-ответственных деталей, работающих главным образом при статических нагрузках. Электроды с толстым покрытием (05—1,5 мм на сторону) дают швы с повышенными механическими свойствами.

В состав толстых покрытий входят различные компоненты: газозащитные, предохраняющие расплавленный металл от воздействия воздуха (пищевая мука, крахмал, декстрин, древесная мука и др.); шлакозащитные (титановый концентрат, марганцевая руда, полевой шпат, плавиковый шпат, кварц, мрамор, каолин, раскисляющие и легирующие (ферромарганец, ферросилиций, ферротитан, феррохром, алюминий и другие ферросплавы и металлы); стабилизирующие горение дуги (сода, двуокись титана и др.); связывающие (жидкое стекло).

Каждому типу электродов соответствует одна или несколько марок, характеризуемых составом покрытия, маркой электродной проволоки и технологическими свойствами наплавленного металла, условное обозначение электродов должно включать марку и тип электрода.

При выборе марки электрода следует учитывать возможность термической обработки деталей после сварки или наплавки. Диаметр электрода выбирают в зависимости от толщины свариваемой детали и от мощности электросварочной установки. При небольшой толщине детали его принимают равным приблизительно половине толщины свариваемой детали.

Качество сварки, кроме материала электрода, зависит еще и от силы сварочного тока. Последний определяется диаметром электрода и толщиной свариваемой детали. Средние значения силы тока при сварке в зависимости от диаметра электрода:

Диаметр электрода, мм 2 3 4

Сила тока, А 65 110 180…200

Восстановление деталей сваркой и наплавкой включает в себя три этапа: подготовку к сварке (наплавке); собственно сварку(наплавку); обработку после сварки (наплавки).

Трещины подготавливают к сварке путем разделки с помощью абразивного круга на гибком валу. Для этого может быть использовано также зубило. При толщине стенок детали до 5 мм (во избежание их поломки) разделку можно не производить, ограничившись зачисткой прилегающей к трещине поверхности шириной 15—20 мм с каждой стороны. При большей толщине стенок (до 12 мм)трещины разделывают V-образно. Если толщина стенок свариваемой детали больше 12 мм, трещину разделывают с двух сторон Х-образно. Концы трещины рекомендуется засверливать, чтобы при сварке она не распространялась дальше.

Изношенные поверхности деталей подготавливают к наплавке очисткой металлическим песком в специальных установках, стальной щеткой или путем механической обработки. Последним способом детали подготавливают в тех случаях, когда величина износа не превышает 1,0 мм. Это связано с тем, что рабочая поверхность детали с небольшим износом, если ее предварительно механически не обработать, после наплавки может оказаться в переходном слое, который имеет ухудшенные механические свойства.

Пробоины и разрывы подготавливают под заварку или приварку заплат зачисткой напильником, абразивным кругом или металлической щеткой на расстоянии 10—15 мм от их кромок.

Детали из листовых низкоуглеродистых сталей (детали кузовов, кабин, оперения и т.п.) сваривают пламенем газовой горелки или с помощью электрической дуги. В ряде случаев сварку реком-ся вести с проковкой шва в горячем состоянии. Это уменьшает напряжение в сварном шве и облегчает последующую его зачистку. Газовую сварку ведут нормальным пламенем.

Хорошие результаты получаются при сварке деталей из тонколистового металла с помощью угольного или графитового электродов.

Для уменьшения в металле внутренних напряжений, вызывающих появление трещин, детали из сталей с плохой свариваемостью (легированные и содержащие более 0,3% углерода) перед сваркой и наплавкой подогревают до температуры 200—300°С, а после сварки и наплавки медленно охлаждают в подогретом песке или асбесте.

Заплаты, как правило, приваривают внахлестку, реже- в стык.

При заварке отверстий небольших диаметров наплавка ведется по периметру до заполнения всего отверстия, после чего с обратной стороны (если это возможно) производится подварка.

С помощью наплавки восстанавливают изношенные резьбы на валах, других деталях. После срезания изношенной или сорванной резьбы шейку наплавляют с учетом припуска на последующую механическую обработку под резьбу.

Изношенные поверхности термически обработанных деталей из легированных сталей наплавляют электродуговой сваркой или газовой сваркой проволокой из стали 65Г или 85 с последующей термообработкой таких деталей, как шестерни, валы коробок передач и т.п.

Поверхности восстанавливаемых деталей наплавляют однослойными и многослойными швами. Обычно толщина слоя наплавки составляет 3…6 мм с учетом припуска на последующую механическую обработку. На предварительно очищенную поверхность накладывают первый валик, после зачистки его металлической щеткой от окалины и шлака наплавляют второй валик так, чтобы он перекрывал первыйна 1\3 его ширины. При правильной последовательности наложения валиков на границе с расплавленным металлом закалочная зона не образуется, т.к. каждый послед-й валик является отжиг-м по отношению к предыдущему.

Поверхности, имеющие цилиндрическую или коническую форму, наплавляют двумя способами:

1) валики металла наплавляют поочередно на противоположные стороны детали — продольная наплавка;

2) валики наплавляют по окружности — круговая наплавка.

Для наплавки деталь устанавливают в приспособление, позволяющее поворачивать ее в требуемом направлении. Наплавку металла на торцы валов и торцовые поверхности следует начинать от центра вала. Валики накладывают концентрично. Так же рекомендуется наплавлять сферические и выпуклые поверхности. Для предупреждения нагрева участков детали, прилегающих к наплавляемой поверхности, их изолируют мокрым асбестом или погружают деталь в ванну с водой, оставляя над поверхностью воды лишь места, подлежащие наплавке.

В результате наплавки нарушаются свойства детали, полученные после термической обработки, последнюю следует провести в полном объеме, как для новой детали.

Иногда термическая обработка деталей после наплавки отдельных поверхностей вызывает изменения других рабочих поверхностей, не требующих восстановления. В этом случае наплавку производят твердыми сплавами без последующей термической обработки всей детали, пример: При наплавке дефектных зубьев шестерни прямой передачи ведущего вала коробки передач стальной проволокой необходима последующая ее термическая обработка. Провести термообработку для восстановления твердости зубьев нельзя, так как это в свою очередь приведёт в негодность другие рабочие поверхности детали (шейки под подшипники, шлицы) вследствие образования окалины. Удаление окалины с помощью шлифования вызовет уменьшение размеров детали не допускаемое техническими условиями. Кроме того, при термообработке возможна деформация ведущего вала. Поэтому отдельные. дефектные зубья шестерни ведущего вала наплавляют твердыми сплавами типа сормайт-1(или 2).

Сплавы сормайт имеют высокую твердость и износостойкость, а также обладают хорошими механическими свойствами и дают шов высокого качества. В их состав, кроме углерода и железа, входят хром, никель, марганец, кремний, сера и фосфор. Сплав сормайт-2 отличается от сплава сормайт-1 более высокой прочностью, вязкостью и способностью воспринимать термообработку.

В целях предохранения от коробления и нарушения свойств, приобретенных после термической обработки, деталь помещают в ванну с водой так, чтобы над поверх-ю воды оказалось только место, подлежащее наплавке. Твердость слоя, наплавлепного сормайтом-1, НВ48…54, сормайтом- 2 после термообработки НВ60…62. Наплавка может производиться с помощью электрической дуги или газовой горелки. Если на поверхность детали необходимо наплавить слой толщиной более З мм, применяют многослойную наплавку: вначале наплавляют слой металла обычным электродом с меловым покрытием, а затем сверху — слой электродом ЦС-1 или ЦС-2 (сормайтом). При газовой наплавке пламя должно содержать избыток ацетилена, так как при этом меньше выгорают легирующие компоненты сормайта. В качестве флюса при наплавке применяют буру.

Сплавы сормайт используются для восстановления кулачков распределительных валов, вилок переключения передач, шлицевых валов и других деталей. Этими сплавами наплавляют также отдельные зубья шестерен в случае их местного выкрашивания или скалывания цементированного слоя, а также при износе по торцу.

Обработку мест, наплавленных сормайтом, вследствие высокой твердости металла производят абразивными кругами различного профиля. Часто для этой цели используют заточные станки.

Сварка деталей из серого чугуна представляет значительные трудности из-за наличия в нем графитовых включений, значительного содержания углерода и кремния, низкой вязкости, неоднородности состава и структуры, необратимого изменения объема при нагревании.

В процессе сварки вследствие высокого местного нагрева и быстрого охлаждения в чугунных деталях возникают внутренние напряжения, которые способствуют образованию трещин; в результате быстрого охлаждения расплавленного чугуна происходит его отбеливание. Отбеленный чугун отличается высокой хрупкостью и твердостью, снижает прочность сварного шва и затрудняет его последующую механическую обработку. В процессе сварки происходит выгорание углерода, сопровождающееся образованием большого количества газов, что вызывает пористость наплавленного металла.

Несмотря на отмечённые трудности, имеются способы, обеспечивающие качественную сварку чугунных деталей.

Детали из серого чугуна сваривают газовой и эл. сваркой. В зависимости от состояния деталей в процессе сварки последнюю принято подразделять на горячую и холодную. При горячей сварке всю деталь предварительно нагревают. Холодная сварка выполняется без предварительного нагрева всей детали.

Горячая сварка чугунных деталей обычно производится пламенем газовой горелки, её применяют для устранения трещин и соединения отломанных частей в деталях сложной конфигурации, например, в головках и блоках цилиндров двигателей, различных картерах и т.п.

Способы подготовки чугунных деталей к сварке аналогичны рассмотренным выше способам подготовки стальных деталей.

Перед сваркой деталь подвергают общему нагреву до темно- красного цвета (600…650С), после сварки медленно охлаждают. Это обеспечивает равномерную усадку всей детали и, как следствие этого, уменьшает возможность образования после сварки трещин, отбеленных участков, а также коробление. Детали нагревают в специальных печах или используют для этой цели обычные нагревательные печи. Перед сваркой деталь закрывают листовым асбестом, оставляя открытым место, подлежащее сварке. Деталь должна находиться в таком положении, чтобы это место было расположено горизонтально. В противном случае расплавленный чугун, обладая повышенной текучестью, будет стекать.

Температура детали в процессе сварки не должна быть ниже 150С. Если не успели произвести сварку, то нагрев нужно повторить. Количество нагревов не ограничивается. Для наиболее полного использования тепла нагретой детали а также для уменьшения напряжений и предотвращения отбеливания горячую сварку деталей часто производят в специальных кожухах-термостатах, смонтированных на стендах, позволяющих быстро изменять положение детали. Термостат представляет. собой сварную камеру из листов стали толщиной 2—3 мм. Между двойными стенками камеры помещается слой асбеста толщиной 15мм. В термостате имеются окна с крышками для доступа к дефектному месту детали.

Газовую сварку чугунных деталей ведут нормальным пламенем или с небольшим избытком ацетилена с применением чугунных прутков или выбракованных поршневых колец, очищенных от загрязнений.

В некоторых случаях чугунные детали несложной конфигурации заваривают с предварительным нагревом мест сварки до температуры 200—400°С. Такая сварка называется полугорячей. Заварку дефектов при ней можно производить как чугунными, так и стальными электродами.

В расплавленном состоянии чугун поглощает кислород, образуя окислы. Поскольку температура плавления чугуна 1200°С, а температура плавления его окислов 1400°С, при сварке необходимо применять флюсы.

Чугунные детали сложной конфигурации (блоки цилиндров, картеры) после сварки рекомендуется подвергать отжигу для снятия внутренних напряжений. При этом деталь нагревают до температуры 600—650°С в течение 10—12 мин, после чего она медленно охлаждается. Для охлаждения часто используют яму с крышками, выложенную кирпичом. В некоторых случаях можно ограничиться охлаждением деталей на воздухе.

Горячая сварка чугунных деталей является сложной и трудоемкой операцией, для выполнения которой, как было указано, требуется дополнительное оборудование (термоизоляционные кожух, нагревательные устройства и др.). При больших габаритах этот способ сварки вызывает трудности.

Холодная сварка чугунных деталей обычно производится электрической дугой; пламенем газовой горелки заваривают лишь трещины, отверстия под резьбы и приваривают части небольших деталей простой конфигурации в тех случаях, если к сварному соединению не предъявляются высокие требования в отношении прочности

Холодная электродуговая сварка применяется при заварке трещин и обломов, приварке заплат на деталях сложной конфигурации. Для сварки применяют электроды из стали, биметаллические и комбинированные (пучковые) электроды, также электроды из сплава меди с никелем (монель-металла). Сварку рекомендуется вести постоянным током обратной полярности и переменным с применением осциллятора. Для сварки используют стальные электроды марки УОНИ—1З/55 и др. Рекомендуемая сила тока I00...I60А при диаметре электродов 3...5мм.

Для уменьшения внутренних напряжений и предупреждения образования трещин в детали нельзя допускать перегрева завариваемого участка. Поэтому сварку рекомендуется вести короткими участками по 25…30 мм каждый. Накладывать очередной валик следует после остывания ранее наложенного до 50…60С.

Последовательность наложения сварного шва на чугунных деталях.

При сварке чугуна стальным электродом металл шва в зоне наплавления с основным металлом в результате сильного науглероживания приобретает структуру, характерную для белого чугуна, механическая обработка сварного шва чрезвычайно затруднена. Поэтому заварку стальным электродом производят только на тех поверхностях чугунных деталей, которые можно обработать абразивным кругом. Стальными электродами чаще всего сваривают чугунные детали простой конфигурации. Чтобы получить сварной шов, обладающий достаточной прочностью и по твердости допускающий механическую обработку, применяют биметаллические или комбинированные электроды.

Биметаллический электрод представляет собой стержень из меди диаметром 2…6 мм, на который намотана спираль из жести толщиной 0,3…0,4 и шириной 5…6 мм; сталь выполняет роль раскислителя. На медностальной электрод наносится покрытие. Возможно также применение мелового покрытия. Хорошие результаты при холодной электродуговой сварке чугуна дает применение медножелезного электрода. Электроды ОЗЧ- 1 изготовляют из медной проволоки диаметром 4…5 мм с покрытием, в состав которого входят (в весовых частях)

Железный порошок........ 50

Покрытие УОНИ—13/55 50

Общее соотношение меди и железа в электроде 80:20.

Для сварки чугунных деталей применяют также комбинированный электрод (пучок электродов), состоящий из стального электрода с покрытием УОНИ—13/55, медного и латунного прутков. Пучок связывают проволочками, для электрического контакта между электродом и прутками выполняют прихватку электросваркой. Хорошие результаты дает пучок электродов, у которого покрытие нанесено как на стальной электрод, так и на прутки.

Часто для обеспечения герметичности сварного шва (например, при заварке трещин водяной рубашки головки и блока цилиндров) его проковывают в горячем состоянии.

Сварку чугунных деталей электродами из монель-металла производят в тех случаях, когда необходима повышенная чистота поверхности после механической обработки шва или повышенная прочность и плотность. Монель-металл представляет собой сплав, содержащий 65—70% никеля и кобальта; 2—3% железа; 1,2— 1,8% марганца и медь. Для электродов из монель-металла рекомендуется покрытие, содержащее: мела 60%, графита 40%, жидкого стекла-30 % (к сумме всех компонентов) или покрытие УОНИ— 13/55. Сварку ведут постоянным током обратной полярности. Для получения плотного и водонепроницаемого шва его рекомендуется проковывать в горячем состоянии по мере наложения отдельных участков. Несмотря на отмеченные преимущества, применение электродов из монель ограничивается их высокой стоимостью.

Сварка деталей из ковкого чугуна. Сварка деталей из ковкого чугуна представляет значительные трудности, так как при этом происходит отбеливание чугуна и выгорание углерода отжига, в результате чего в расплавленном металле образуются газы, которые, не успевая выделиться из шва, делают его пористым. Механическую обработку сварного шва значительно затрудняет его высокая твердость.

Для предохранения ковкого чугуна от отбеливания сварку деталей следует производить при более низкой температуре, чем та, при которой образуется углерод отжига, т.е. ниже 950С. Электродуговую сварку деталей из ковкого чугуна производят электродами из монель-металла или медностальным постоянным током обратной полярности.

В деталях, изготовленных из ковкого чугуна, с помощью сварки и наплавки устраняют следующие дефекты: сорванные резьбы в отверстиях, изношенные поверхности, например в кронштейнах рессор; трещины в различных деталях, например в картерах заднего моста и рулевого управления.