Автоматическая наплавка и сварка под слоем флюса

Механизированные способы сварки и наплавки

Сварка и наплавка деталей вручную не всегда обеспечивают требуемое качество наплавленного металла, которое во многом зависит от квалификации сварщика. Производительность в этом случае весьма низкая. Кроме того, из-за таких особенностей ручной сварки, как большой нагрев, невозможность наплавки внутренних поверхностей и др. она не может быть применена для восстановления ряда деталей. Поэтому находят большое применение механизированные способы наплавки и сварки, обеспечивающие высокую производительность и качество работ.

для восстановления деталей применяют способы механизированной сварки и наплавки:

1) автоматическая наплавка и сварка под слоем флюса;

2) автоматическая наплавка и полуавтоматическая сварка в защитной среде углекислого газа;

3) автоматическая электроимпульсная наплавка;

4) контактная сварка.

Идея сварки под флюсом принадлежит Н.Г.Славянову. Способ автоматической наплавки и сварки под слоем флюса в том виде, в каком он в настоящее время применяется, разработан в Институте электросварки АН УССР имени академика Е.О.Патона. Сущность этого способа заключается в следующем. Между наплавляемой деталью и электродной проволокой образуется электрическая дуга. В зону горения дуги из бункера с помощью специального устройства сыплется сухой зернистый флюс, покрывающий толстым слоем наплавляемый участок поверхности детали. Выделяющееся при горении дуги тепло плавит электродную проволоку, основной металл детали и часть флюса. Над ванной расплавленного металла образуется полость (пузырь), заполненная газами и парами, выделяющимся при горении дуги. Расплавленный флюс (жидкий шлак) образует эластичную оболочку, надежно защищающую всю зону горения дуги от влияния атмосферного воздуха. Эта оболочка при повышенном давлении во флюсовом пузыре не мешает газам, образующимся в процессе наплавки, выходить наружу.

При наплавке Цилиндрической поверхности деталь вращается, для того чтобы металл не стекал с наплавляемой поверхности, электродную проволоку смещают с зенита (точки, находящейся над осью) детали в сторону, противоположную направлению вращения, на величину, которая в зависимости от режима наплавки и диаметра детали принимается равной 3…12мм.

По мере удаления расплавленного металла от места горения дуги происходит его кристаллизация и затвердевание шлака. В результате на поверхности детали образуется металлический валик, покрытый шлаковой коркой и нерасплавленным зернистым флюсом, который постепенно ссыпается вниз. Неиспользованный флюс возвращается в бункер. Электродная проволока подается в зону горения дуги с помощью подающего механизма, являющегося составной частью наплавочной головки, устанавливаемой на суппорте токарного станка. Скорость подачи проволоки составляет 80…160м/ч. Наплавляемую деталь устанавливают в центрах станка.

Наплавку производят постоянным током обратной полярности. Источниками тока обычно служат сварочные преобразователи ПС—З00, ПС—500 и др.

Наплавку цилиндрических поверхностей деталей чаще всего производят по винтовой линии. Наплавляемые валики накладывают так, чтобы каждый последующий перекрывал предыдущий. При этом валики металла должны быть хорошо сплавлены между собой (проварены) и не содержать шлаковых включений, для этого шлаковую корку необходимо удалять с поверхности наплавленного валика до того, как к нему будет приварен следующий валик, т.е. за время, меньшее, чем требуется для одного оборота детали ударами заостренного молотка.

При продольной наплавке шлицев деталь, установленная в центрах токарного станка, остается неподвижной, а суппорт станка наплавочной головкой совершает продольную подачу. После наложения одного продольного валика деталь поворачивают на 180°, с противоположной стороны ее наплавляют следующий валик.

В такой последовательности производят весь процесс продольной наплавки. При этом конец электродной проволоки должен находиться на середине впадины между шлицами. Величина продольной подачи наплавочной головки (суппорта станка) составляет 3,4— 12 мм/об (большие величины принимают при наплавке шлицев).

Круговую наплавку деталей производят электродной проволокой д1,2 или 1,4 мм, а продольную —2,0 мм наплавочной проволокой из сталей марок Нп-40, Нп-50 и сварочную проволоку из сталей марок Св-08,СП-ГА, Св-1ОГА, Св-I8ХГСА и др.

При наплавке используют аналогичные флюсы. Флюс служит не только для защиты наплавленного металла от атмосферного воздуха, но и для легирования, уменьшения обрызгивания и угара, а также сохранения тепла дуги.

Автоматической наплавкой под слоем флюса можно восстанавливать, цилиндрические поверхности и резьбы деталей диаметром более 35 мм, а также шлицы, возможна наплавка плоскостей и поверхностей отверстий, в последнем случае применяют специальные изогнутые мундштуки.

Удаление шлаковой корки при наплавке поверхности отверстия связано с известными трудностями. В этом случае наплавку производят в два прохода. Вначале наплавляют поверхность отверстия, чтобы соседние нитки не перекрывались (увеличивают шаг наплавки). Затем удаляют шлаковую корку специальным резцом или с помощью зубила и молотка, после чего оплавляют вторично (при том же шаге наплавки), но сдвинув электрод так, чтобы наплавляемый валик попадал посередине между нитками первого прохода. Твердость металла после наплавки может быть повышена термической обработкой (закалкой и отпуском). Режим наплавки:

Напряжение, В 25-40

Сила тока, А а) для круговой наплавки 75…140

б) Для продольной наплавки шлицев 170…270

Наплавленную поверхность детали подвергают механической обработке (точению, фрезерованию, шлифованию) до требуемых размеров и шероховатости поверхности. В некоторых случаях для облегчения механической обработки и уменьшении внутренних напряжений деталь после наплавки подвергают отжигу или отпуску, твердость наплавленного металла снижается.

Автоматическую наплавку под слоем флюса применяют для восстановления: коленчатого вала (наплавка шеек), полуоси (наплавка шлицевого конца), карданного в (наплавка шлицевого конца и сварка вилки с трубой), трубы оси (наплавка шеек под подшипник и под резьбу), распределительного вала (наплавка концевой шейки под резьбу) и других деталей

Особенно эффективно использование этого способа для восстановления коренных и шатунных шеек коленчатых валов. На ремонтных предприятиях освоены различные технологические процессы наплавки шеек коленчатых валов под слоем флюса.

Восстановлению подлежат коленчатые валы, не имеющие подрезанных галтелей и трещин любого характера. Перед наплавкой шейки коленчатого вала зачищают наждачной шкуркой до металлического блеска, изолируют отверстия для смазки асбестовыми пробками и заполняя их сверху огнеупорной глиной. Уровень глиняного заполнения должен быть ниже поверхности шейки на 1…1,5 мм, отверстия не залавляются (расплавленный металл к ним не пристает) и поэтому отпадает необходимость в сверлении.

Шейки коленчатого вала наплавляют по всей длине за один проход. Вначале наплавляют шатунные шейки. При этом должен быть предусмотрен припуск на последующее шлифование шеек 0,75—1,0 мм на сторону. Необходимо отметить, что при этом способе наплавки коленчатый вал подвергается значительному нагреву и деформациям. Исследования показали, что деформации происходят не сразу после наплавки, а в период охлаждения коленчатого вала от температуры 150°С до комнатной. Для уменьшения деформации коленчатый вал охлаждается в вертикально подвешенном положении. Затем его проверяют по средней коренной шейке на биение, величина которого не должна превышать 0,3 мм. Коленчатые валы с большим биением необходимо править. После этого их шатунные шейки шлифуют начерно.

Наплавку шеек коленчатого вала производят постоянным током обратной полярности.

Наплавленные коренные шейки подвергают черновому шлифованию, после чего коленчатый вал проверяют на биение и, если необходимо, правят. Затем зенковкой, оснащенной пластинками из твердого сплава, зенкуют отверстия для смазки в шатунных и коренных шейках коленчатого вала. После этого удаляют глину, асбестовые пробки, очищают масляные каналы от загрязнений и продувают их сжатым воздухом. Завершающими операциями являются чистовое шлифование коренных и шатунных шеек коленчатого вала под нормальный размер и полирование.

Наплавка шеек коленчатых валов под слоем флюса с легирующими компонентами обеспечивает получение наплавленного слоя, соответствующего по своему составу хромомарганцевой стали марки 60ХГ. При охлаждении на воздухе этот слой приобретает однородную структуру мелкозернистого мартенсита с твердостью в пределах НRС56…62, благодаря чему отпадает необходимость в термической обработке. Наплавленный металл получается без пор, раковин и трещин. Восстановленные коленчатые валы по износостойкости поверхности шеек не уступают новым. Этот способ наплавки обеспечивает достаточно высокую усталостную прочность восстановленных коленчатых валов. Как показали исследования, запас усталостной прочности на кручение вала двигателя ГАЗ, шейки которого наплавлены этим способом, составляет 1,22 (для нового коленчатого вала 1,74), что при отсутствии больших перегрузок вполне обеспечивает надежность его работы. Этим способом шейки коленчатого вала нельзя восстанавливать много кратно из-за его укорочения.

Наплавка шеек коленчатых валов двигателей ГАЗ под слоем флюса с последующей термической обработкой. Технологический процесс восстановления шеек коленчатых валов этим способом имеет много общего с технологическим процессом восстановления шеек коленчатых валов наплавкой под слоем флюса с легирующими компонентами. Перед наплавкой шеек отверстия для смазки закрывают стальными заглушками. Наплавку ведут электродной проволокой 1,8 мм с применением флюса марки АН-348А, предусматривая припуска на последующую механическую обработку шеек 2—2,5 мм на сторону. Указанную величину припуска выбирают, исходя из необходимости удаления окалины и обезуглероженного слоя, образующегося при высоком отпуске коленчатого вала.

В результате наплавки шеек отверстия для смазки оказываются заправленными. Их сверлят на радиально или настольно- сверлильном станке в горизонтальном положении: на радиально-сверлильном станке — в постелях блока цилиндров, на настольно-сверлильном — на призмах. Наклонное расположение отверстий обеспечивается наклоном шпинделя станка на соответствующий угол. В радиально станке наклон шпинделя предусмотрен его конструкцией (бабка шпинделя может поворачиваться в вертикальной плоскости). Настольно-сверлильный станок устанавливают наклонно на специальной клиновой подставке.

После черновой механической обр. (точением или шлифованием) и зенкования отверстий для смазки шейки коленчатого вала подвергают термической обработке, которая состоит из высокого отпуска и поверхностной закалки (с нагревом токами высокой частоты) с самоотпуском. Для проведения высокого отпуска коленчатые валы нагревают в печи до температуры 650С, выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч, после чего они охлаждаются на воздухе при температуре не ниже 15°С. Затем шейки коленчатого вала закаливают на глубину 3,0—3,5 мм с нагревом ТВЧ, в процессе закалки шейки охлаждают водой (не до полного остывания), дальнейшее охлаждение шеек производится на воздухе. При этом происходит самоотпуск закаленного слоя детали, в результате чего уменьшаются внутренние напряжения, возникающие при закалке. Твердость поверхности шеек после термообработки НRС 53…60.

Деформация коленчатого вала после термической обработки, проверенная по биению средних коренных шеек относительно крайних, не превышает в среднем 0,1 мм и устраняется шлифованием шеек. После термической обработки шейки коленчатых валов шлифуют и полируют до получения требуемых размеров и шероховатости поверхности.

Коленчатые валы восстановленные этим способом, по износостойкости шеек и усталостной прочности не уступают новым. Вместе с тем наплавка шеек коленчатых валов под слоем флюса с последующей термической обработкой несколько усложняет технологический процесс восстановления (увеличивается трудоемкость, возникает необходимость в установке ТВЧ) и поэтому ее целесообразно применять только на крупных специализированных предприятиях, для ремонтных предприятий с небольшой производственной программой можно рекомендовать наплавку шеек коленчатых валов под слоем флюса с легирующими компонентами.

Успешное внедрение в практику работы ремонтных предприятий автоматической наплавки под слоем флюса объясняется следующими ее преимуществами:

1) Высокой производительностью (в 5—10 раз выше, чем при ручной сварке и наплавке) в результате более высокой плотности тока (до 125 А/мм, рационального использования тепловой энергии и уменьшения количества расплавляемого металла.

2) Высоким качеством наплавленного металла, которое достигается благодаря защите его от действия атмосферного воздуха, а также легированию флюсом.

3) Экономией электродной проволоки и электроэнергии, которая обеспечивается отсутствием потерь на угар, разбрызгивание, лучеиспускание и уменьшением сечения швов на 20—40% против ручной сварки. Количество наплавленного металла уменьшается в результате уменьшения припусков на последующую механическую обработку. КПД дуги, горящей под слоем флюса, составляет 0,86—0,92, в то время как открытой дуги — 0,4.

4) Улучшением условий работы сварщика, так как дуга горит под слоем флюса.

5) Возможностью использования сварщиков более низкой квалификации.

6) Более низкой стоимостью работ (в 2—2,5 раза ниже стоимости таких же работ, выполненных вручную).

Автоматическая наплавка и полуавтоматическая сварка в защитной среде углекислого газа

Электрическая дуга горит в среде углекислого газа, который, оттесняя воздух, защищает от его вредного воздействия расплавленный металл сварочной ванны. Голая электродная проволока подается в зону горения дуги через специальную газоэлектрическую горелку, к которой подводятся электрический ток и углекислый газ.

Сварку и наплавку в защитной среде углекислого газа рекомендуется вести постоянным током обратной полярности, для этого используют сварочные полу и автоматы.

Для защиты расплавленного металла в процессе сварки (на плавки) используют главным образом сжиженную пищевую углекислоту, поставляемую в стальных баллонах. При выходе из баллона углекислота образует углекислый газ. В одном баллоне емкостью 40 л находит 25 кг жидкой углекислоты под давлением 4Мпа, из которой при испарении образуется около 12,5куб.м углекислого газа. Его хватает на 12…15 ч непрерывной работы одной горелки. В обычной пищевой углекислоте содержится некоторое количество воздуха и воды, которые могут увеличивать разбрызгивание металла при сварке, снижать пластические свойства шва и вызывать в нем образование пор и трещин. Для получения сварочного шва требуемого качества необходимо удалить влагу, т.е. осушить газ. С этой целью применяют специальные осушители, представляющие собой фильтры, в которых в качестве осушающего материала используется безводный порошок медного купороса или силикагель.

Для снижения давления углекислого газа до рабочего (0,3— 1,5 атм) служит редуктор (могут быть использованы обычные кислородные редукторы для газовой сварки). При большом отборе углекислого газа из баллона возможно замерзание содержащейся в нем влаги и закупорка редуктора. Для предотвращения этого между баллоном и редуктором устанавливают электрический подогреватель. Работа без подогревателя категорически запрещена правилами безопасности.

Газоэлектрическую горелку перемещают при сварке вручную применяя те же приемы, что и при обычной ручной электродуговой сварке металлическим электродом.

Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа применяется для соединения деталей кузовов, кабин и деталей оперения, для устранения трещин отверстий на деталях, изготовленных из листового материала (пластина крышки распределительных шестёрен двигателя ГАЗ, детали рамы и др.), закрепления дополнительных деталей (пластин, втулок и др.). Этот способ сварки может быть использован также для устранения трещин на деталях из серого чугуна (картер коробки передач и др.).

Автоматическая наплавка в защитной среде углекислого газа применяется для восстановления изношенных поверхностей деталей цилиндрической формы. В этом случае механизированы вращение детали и перемещение электродной проволоки. Деталь устанавливают в центрах токарного станка, где она вращается в процессе наплавки.

Автоматическая наплавка поверхностей деталёй в защитной среде углекислого газа применяется для восстановления резьб, шеек под подшипники (втулки) и др.

Преимущества этого способа являются следующие:

1) Качество сварного соединения выше, чем при обычной ручной электродуговой и газовой сварке. При этом деформация тонкого листового материала в два-три раза меньшае, чем при газовой сварке.

2) Производительность труда ко сравнению с ручной электродуговой сваркой и наплавной при сварке в защитной среде углекислого газа выше на 30…40%, а при автоматической наплавке в защитной среде углекислого газа — на 70…80%

3) Стоимость наплавки на 20% ниже, чем наплавки под слоем флюса

4) Техника сварки и наплавки весьма проста и позволяет использовать рабочих более низкой квалификации, чем при ручной сварке без ущерба для качества работы.

5)Подготовка деталей к сварке отличает простотой. Не требуется зачистка кромок свариваемых деталей

6)Хорошая видимость открытой дуги обеспечивает точность наложения

7) Вредных газов выделяется значительно меньше, чем при ручной электродуговой сварке электродами с толстым покрытием.

К недостаткам этого способа сварки и наплавки следует отнести необходимость защиты сварщика от излучений дуги.