Механизированная сварка и наплавка

Сварка и наплавка являются самыми прогрессивными и широко распространенными способами ремонта деталей. Они занимают около 70% всего объема работ по восстановлению деталей. Сваркой и наплавкой рекомендуют ремонтировать детали, изготовленные из стали, чугуна и цветных металлов, например, блоки цилиндров, головки блоков цилиндров, коленчатые валы, картеры, опорные катки, направляющие колеса, звенья гусениц, ковши, валы, оси. Ремонт деталей этими способами наиболее экономичный, не требует сложного оборудования и прост при выполнении технологического процесса.

Сваркой называется процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании, или совместным действием того и другого. Сварку применяют для соединения и закрепления отломанных и добавочных деталей (втулок, пластин, зубчатых венцов), заделки трещин, разрывов, пробоин.

Наплавкой называется процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных поверхностей деталей, а также повышения износостойкости поверхностей трения.

В настоящее время при ремонте применяются следующие основные виды сварки и наплавки деталей: ручная дуговая сварка и наплавка; автоматическая дуговая наплавка под флюсом; автоматическая вибродуговая наплавка; дуговая сварка и наплавка в защитном газе.

3.1 Ручная дуговая сварка и наплавка. Ручная дуговая сварка применяется для заварки трещин в блоках и головках цилиндров, картерах, для восстановления сварных швов в рамах и корпусах, заварки отверстий, приварки отломанных частей и добавочных деталей. Ручная дуговая наплавка применяется для наплавки изношенных поверхностей отверстий, валов, осей, ножей отвалов, щек дробилок, звездочек и т. д. Ручная дуговая сварка и наплавка осуществляется неплавящимися угольными, графитовыми или вольфрамовыми и плавящимися металлическими электродами. Сварка и наплавка неплавящимися электродами имеют ограниченное применение, используются только при сварке цветных металлов и наплавке изношенных поверхностей твердыми сплавами. В ремонтном производстве широко применяется дуговая сварка и наплавка плавящимися металлическими электродами.

Для повышения производительности труд а и снижения расхода электроэнергии в ремонтном производстве применяются высокопроизводительные методы ручной дуговой сварки и наплавки пучком электродов и трехфазной дугой.

Сварка и наплавка пучком электродов применяется тогда, когда требуется наплавлять большое количество металла. Сущность этого метода состоит в следующем. Несколько обычных покрытых обмазкой электродов складывают вместе и скрепляют проволокой. Контактные концы сваривают и вставляют в электродержатель. В этом случае получается блуждающая дуга, так как горит она попеременно между отдельными электродами и поверхностью детали (рисунок 13). При сварке и наплавке пучком, состоящим из пяти и более электродов, часть стержней не включается в цепь сварочного тока, и они плавятся за счет тепла сварочной ванны. Сварка и наплавка пучком электродов может выполняться на повышенном токе и увеличивает производительность в 1, 5-2 раза.

Рисунок 13 - Схема горения дуги в пучке электродов:
1, 2, 3 - электроды; 4 – деталь

Применение этого метода на 20-30% снижает расход электроэнергии за счет лучшего использования тепла дуги. Кроме того, значительно уменьшается местный нагрев детали, вследствие чего деталь меньше подвергается короблению.

Сварка и наплавка трехфазной дугой применяется там, где требуется наплавлять большой объем металла. Этим методом сваривают детали из низколегированных и легированных сталей большой и средней толщины, а также ведут наплавку твердых сплавов. Для сварки и наплавки трехфазной дугой применяют специальные электроды, состоящие из двух стержней (см. ниже рисунок 14, а), имеющих общее покрытие, но изолированных один от другого. Зачищенные концы стержней соединяют с электродержателем особой конструкции (см. ниже рисунок 14, б), позволяющим подводить ток к каждому стержню отдельно. При сварке (наплавк е) две фазы присоединяют к электродержателю и третью - к изделию. В процессе сварки (наплавки) горят одновременно три дуги, две - между каждым стержнем и деталью (см. ниже рисунок 14, а) и одна - между двумя стержнями. Вследствие выделения большого количества тепла производительность сварки (наплавки) по сравнению с однофазной увеличивается в 2-3 раза. При диаметре стержней электрода 6 мм и трехфазной дуге можно наплавить до 8 кг металла в час, при этом за счет лучшего использования тепла расход электроэнергии снижается на 20-30%. Питание дуги производится от специальных трансформаторов типа 3-СТ и ТТС-400.

Процесс сварки и наплавки металла состоит из трех этапов: подготовки деталей, сварки ( наплавки ), зачистки.

Подготовка деталей. Если поверхности, подлежащие сварке или наплавке, загрязнены или покрыты ржавчиной, в наплавленном металле будут образовываться шлаковые включения, непровар, трещины. Газовые поры появляются в наплавленном металле, если поверхность покрыта маслом или влагой. Эти дефекты значительно ухудшают качество сварки (наплавки) или приводят к браку. Поэтому все детали, поступающие на сварку или наплавку, тщательно очищают от грязи, ржавчины и других загрязнений.

Рисунок 14 - Сварка трехфазной дугой:

а - схема процесса; б - заварка трещин

Затем детали обезжиривают в горячих растворах, моют в горячей воде и сушат. Наплавляемую или свариваемую поверхность желательно очистить до металлического блеска пескоструйной обработкой, стальными щетками, абразивными кругами или резцом. Если поверхности отверстий или валов имеют неравномерный износ, превышающий 0, 5 мм на сторону, то такие поверхности протачивают резцом. 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 пониженные механические свойства. Изношенные или поврежденные резьбы (внутренние и наружные) перед наплавкой необходимо срезать для того, чтобы в углубления старой резьбы не попадал шлак, так как загрязнения между гребнями резьбы трудно очистить. В противном случае при наплавке могут образовываться шлаковые включения или поры, снижающие качество наплавленного металла.

Имеющиеся на наплавленной поверхности отверстия, шпоночные пазы и канавки заделывают медными графитовыми вставками, которые после наплавки удаляют. Трещины подготавливают к сварке путем разделки кромок при помощи шлифовального круга на гибком валу. Для этого может быть использовано зубило. При толщине стенок детали до 5 мм разделку можно не делать, а ограничиться зачисткой, прилегающей к трещине поверхности шириной 15-20 мм с каждой стороны. При большой толщине стенок (до 12 мм) трещины разделывают V-образно. Если толщина стенок свариваемой детали более 12 мм, трещину разделывают с двух сторон Х-образно. Концы трещин рекомендуется засверливать, чтобы при сварке они не распространялись дальше.

Сварка и наплавка металла. Для получения доброкачественного сварного соединения или заданного качества наплавленного слоя при восстановлении деталей первостепенное значение имеют правильный выбор типа и марки электрода, а также режимов сварки (наплавки). Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки материала (сталь, чугун, алюминий), из которого изготовлена деталь, и требований к наплавляемому слою.

При заварке трещин или поломок обычно применяют сварочные электроды. Они подразделяются на ряд типов от Э-34 до Э-145. Основной характеристикой каждого типа является временное сопротивление разрыву сварного соединения. Оно указывается в наименовании типа электрода. Например, электроды типа Э-42 дают сварное соединение, имеющее временное сопротивление разрыву, равное 4, 2 МПа. К каждому типу может относиться несколько марок электродов. Например, к типу Э-42 относятся электроды марок ОЗЦ-1, 0ММ-5; к типу Э-42А - электроды ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; к Э-46 —ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; к типу Э-50А - электрод УОНИ-13/55 и др.

Перечисленные типы электродов применяются для сварки мало-и среднеуглеродистых сталей. Стержни всех электродов изготовлены из проволоки Св-08 диаметром от 1, 6 до 12 мм. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием (обмазкой). Электроды с меловой обмазкой, состоящей из 70-80% молотого мела и 20-30% жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Меловая обмазка является только стабилизирующей, то есть способствующей устойчивому горению дуги. Остальные типы и марки электродов имеют качественную обмазку. Эта обмазка, кроме стабилизирующих, содержит защитные, шлакообразующие и газообразующие, а иногда раскисляющие и легирующие элементы. Условное обозначение типов составов покрытий: руднокислое - Р, рутиловое - Т, фтористо-кальциевое - Ф, органическое - О. Полное условное обозначение электрода по ГОСТу содержит последовательно марку и тип электрода, его диаметр, вид состава покрытия и номер ГОСТа. Например, электрод ЦМ-7 диаметром 5 мм, относящийся к типу Э-42, и имеющий покрытие руднокислого типа, будет иметь обозначение ЦМ-7-Э-42-5-Р-ГОСТ 9467-75.

Сварка малоуглеродистых (с содержанием углерода до 0, 20%), а также низколегированных сталей, например, марок 15Х, 20ХНА, 20Х, ЗОХ не встречает трудностей.

Углеродистые и легированные стали со средним и высоким содержанием углерода свариваются труднее и склонны к образованию пор и трещин, поэтому при сварке и наплавке средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей требуется предварительный подогрев деталей. При содержании углерода от 0, 2 до 0, 3% детали рекомендуется подогревать до температуры 100-150 °С, от 0, 3 до 0, 45% - до 150-250 °С, от 0, 45 до 0, 80% - до 250-400 °С. При восстановлении изношенных деталей дуговой наплавкой выбор электродов зависит от марки стали наплавляемой детали, необходимой твердости и износостойкости наплавленного слоя.

Наплавку изношенных поверхностей деталей, изготовленных из малоуглеродистой стали и не подвергающихся термической или химикотермической обработке, можно проводить сварочными электродами.

При наплавке деталей из среднеуглеродистых и легированных сталей (например, сталей марок 30, 35, 45, ЗОХ, 40Х), закаленных, а также из малоуглеродистой стали, но с цементированной поверхностью, должны применяться специальные наплавочные электроды или твердые сплавы.

ГОСТ 10051-75 устанавливает ряд типов наплавочных электродов, различаемых по химическому составу наплавленного слоя. Обозначение типа электрода расшифровывается следующим образом: буквы «ЭН» означают «электрод наплавочный», затем указываются основные химические элементы, входящие в состав наплавленного слоя, и их среднее содержание в процентах. Обозначение химических элементов общепринятое: У - углерод, С - кремний, Г - марганец, Н - никель, X - хром, Т - титан и т. д. Сначала указывается содержание углерода. При этом, если в обозначении типа электрода имеется буква «У», то содержание углерода дано в десятых долях процента, а если она отсутствует - в сотых долях.

Последние цифры указывают твердость слоя (HRC). Например, обозначение типа электрода ЭН-14Г2Х-30 означает: электрод наплавочный, в наплавленном слое содержится 0, 14% углерода, 2% марганца, 1% хрома, твердость слоя — 30 HRC.

Указания на твердость наплавленного слоя (НВ) содержатся иногда и в обозначениях марки электрода, например, электрод ОЗН-300, Т-590 и др. Типам электродов соответствуют определенные марки электродов. Полное условное обозначение наплавочного электрода содержит его марку, тип, диаметр и ГОСТ. Например, электрод марки ОЗН-300 типа ЭН-15ГЗ-25 диаметром 5 мм будет иметь обозначение: ОЗН-300-ЭН-15ГЗ-25, 5, 0 - ГОСТ 10051-75 и ГОСТ 9466-75.

Стержни наплавочных электродов изготовляют как из углеродистой, так и из легированной сварочной проволоки. Легирующие элементы вводят в наплавленный слой как и покрытия и материала стержня, так и только из материала покрытия.

Наиболее широкое применение для наплавки деталей машин нашли электроды марок ОЗН-300 (тип ЭН-15ГЗ-25), ОЗН-400 (тип ЭН-20Г4-40); для наплавки деталей из высокомарганцовистой стали ПЗ - электроды ОМГ-Н (тип ЭН-70ХН-25); для наплавки быстроизнашивающихся деталей, которые работают в условиях абразивного изнашивания, - электроды марок Т-590, Т-620, ЦС-1, ЦС-2 и др. В последние годы для получения наплавленных слоев высокой твердости применяют трубчатые наплавочные электроды ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4. В качестве наполнителя используют твердые сплавы, чаще всего сормайт, ферросплавы, карбид вольфрама. Для холодной сварки (наплавки) деталей из чугуна применяют электроды марок ОМЧ-1, МСТ, МНЧ-1 ЦНИИВТ, ЦЧ-ЗА, АНЧ-1 и др. Для сварки чистого алюминия применяют электроды марки ОЗА-1, а для сварки сплавов алюминия - ОЗА-2.

3.2 Основными параметрами режимов сварки и наплавки являются: 1) род тока и полярность; 2) диаметр электродной проволоки; 3) величина сварочного тока и напряжение дуги. Дуговая сварка и наплавка металла может производиться постоянным или переменным током. На постоянном токе дуга горит более устойчиво. Сварку (наплавку) на постоянном токе можно вести на прямой и обратной полярности. При сварке (наплавке) на прямой полярности к детали присоединяют «плюс» источника тока, а к электроду - «минус». На обратно й полярности наоборот. Тепло электрической дуги распределяется (примерно) следующим образом: положительный полюс - 43%, отрицательный полюс - 36% и электрическая дуга - 21%. Это необходимо учитывать при выборе полярности. Обычно к детали подключают положительный полюс в тех случаях, когда она имеет большую массу и требует значительного количества тепла для нагрева. Детали, имеющие небольшую массу или толщину (< 3 мм), сваривают при обратной полярности. При сварке переменным током на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла.

Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемого материала (см. таблицу 1).

Таблица 1 – Диаметр электрода в зависимости от толщины свариваемого металла

Величина тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода. Для сварки стали в нижнем положении необходимую величину тока можно выбрать по данным табл. 1. При сварке вертикальных и потолочных швов величина сварочного тока принимается на 10-20% меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Как было сказано выше, диаметр электрода при наплавке подбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя. Величину тока принимают в зависимости от выбранного диаметра электрода примерно такую же, как и при сварке, ближе к нижнему значению. Наплавку следует вести короткой дугой с перекрытием соседних валиков на 30-50%, причем электрод должен быть наклонен под углом 15-20° к вертикали по направлению движения. Наплавку рекомендуется проводить, сочетая перемещение электрода в направлении наплавки с поперечным колебанием его таким образом, чтобы ширина валика равнялась примерно 2, 5 диаметра электрода. Толщина наплавленного слоя получается равной примерно 0, 7 мм. Устойчивое горение дуги при сварке (наплавке) металлическим электродом происходит при напряжении 18-28 В, а угольным или графитовым — при 30-35 В.

Зачистка сварных швов и наплавленных поверхностей производится металлическими щетками с целью удаления с их поверхностей шлака и металлической брызги.

3.3 Оборудование для сварки и наплавки. В качестве источников питания электроэнергией при ведении дуговой сварки и наплавки применяют сварочные трансформаторы переменного тока, преобразователи и выпрямители постоянного тока. Наибольшее распространение получили сварочные трансформаторы типов ТС-120, ТС-300, ТС-500, ТСК-300, ТСК-500 (число обозначает величину номинального сварочного тока).

Сварочный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из сварочного генератора постоянного тока и двигателя, вращающего генератор. Наибольшее распространение имеют преобразователи типов ПСО-120, ПСО-300, ПСО-500, ПСО-800.

Для ручной дуговой сварки (наплавки) в последнее время применяют выпрямители ВСС-120-4, ВСС-300-3 (селеновые), ВКС-120, ВКС-300, ВКС-500 (кремниевые).

3.4 Автоматическая дуговая наплавка под флюсом - это дуговая наплавка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, а подача плавящегося электрода и перемещение дуги вдоль наплавляемой поверхности детали механизированы (см. рисунок 15).

Рисунок 15 - Схема горения дуги под слоем флюса:
1 - источник тока; 2 - устройство для подачи флюса; 3 - оболочка из жидкого флюса; 4 - мундштук; 5 - электродная проволока; 6 - электрическая дуга; 7 - шлаковая корка; 8 - наплавленный слой; 9 - деталь; 10 - подвод тока к детали

Автоматическая дуговая наплавка под слоем флюса впервые создана в институте электросварки имени Е. О. Патона. Она применяется для восстановления поверхности деталей диаметром более 50 мм и плоских деталей с величиной износа от 1 до 15 мм. Детали с большой величиной износа наплавляют в несколько слоев. Для наплавки используют переоборудованные токарно-вин-торезные станки с частотой вращения шпинделя от 0, 25 до 4 об/мин, на суппорте которых установлены наплавочные головки или установки. Источником тока являются сварочные преобразователи или выпрямители.

Сущность наплавки под слоем флюса (рис. 15) состоит в том, что в зону горения дуги 6 автоматически подается сыпучий флюс в гранулах размером от 1 до 4 мм и электродная проволока 5. Под действием высоких температур часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку 3 из жидкого флюса, которая защищает расплавленный металл от окисления, поглощения азота и других элементов. Вследствие этого наплавленный металл 8 приобретает высокую пластичность, так как в нем оказывается примерно в 20 раз меньше кислорода и в 3 раза меньше азота, чем при ручной наплавке. Потери металла на разбрызгивание, угар, огарки не превышают при этом 2-4%, в то время как при ручной наплавке они в 10 раз больше.

Наплавка ведется постоянным током напряжением 25-40 В при прямой полярности. Для предотвращения стекания жидкого металла и флюса при наплавке круглых деталей электрод смещают с зенита в сторону, противоположную направлению вращения, на величину е (см. рис. 15).

Преимущества автоматической наплавки перед ручной: высокая производительность (больше в 5-10 раз), меньшая стоимость (в 5-8 раз), высокое качество наплавленного слоя.

Для улучшения качества наплавленного металла, сохранения первоначальной твердости и структуры закаленных деталей, уменьшения коробления наплавляемой детали и повышения износостойкости Ташкентским институтом железнодорожного транспорта предложен прогрессивный способ наплавки деталей под слоем флюса с принудительным охлаждением водой и разработана установка (рис.16).

Рисунок 16 - Схема установки для наплавки под слоем флюса с принудительным охлаждением деталей водой

На продольном суппорте токарно-винторезного станка смонтирована автоматическая наплавочная головка с бункером для флюса, с флюсоудерживающим устройством, подъемником флюсо-удерживающего устройства и мундштуком наплавочной головки. На поперечном суппорте смонтированы распределитель охлаждения, душевое устройство и резец. В центрах станка закрепляется наплавляемая деталь. При наплавке одновременно производится охлаждение наплавляемого слоя металла и удаление резцом шлаковой корки.

Себестоимость восстановления деталей этим способом снижается за счет того, что не нужно производить работу по устранению коробления и термообработки. При автоматической дуговой наплавке под флюсом твердость и износостойкость наплавленного слоя в основном зависит от применяемой электродной проволоки и марки флюса.

Электродная проволока. Для наплавки малоуглеродистых и низколегированных сталей применяют проволоку из малоуглеродистых (Св-0, 8, Св-08А, Св-15), марганцовистых (Св-08Г, Св-08ГА, Св-15Г) и кремнемарганцовистых (Св-ЮГС) сталей. Для наплавки высоколегированных и высокоуглеродистых сталей применяют проволоку Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА и Нп-ЗХ13.

Флюсы. В зависимости от марки стали, подвергающейся наплавке, марки электродной проволоки, необходимой твердости и износостойкости наплавленного слоя флюсы делятся на плавленые, керамические и флюсы-смеси. Плавленые флюсы содержат стабилизирующие и шлакообразующие элементы, но в них не входят легирующие добавки, поэтому они не могут придавать слою, наплавленному малоуглеродистой, марганцовистой и кремнемарганцови-стой проволоками, высокую твердость и износостойкость. Из плавленых флюсов наибольшее распространение получили флюсы марок АН-348А, АН-60, ОСЦ-45, АН-20, АН-28. Керамические флюсы марок АНК-18, АНК-19, ЖСН-1 и другие, кроме стабилизирующих и шлакообразующих элементов, содержат легирующие добавки, главным образом в виде ферросплавов (феррохрома, ферроти-тана и др.), дающие слою, наплавленному малоуглеродистой проволокой, высокую твердость без термообработки и износостойкость.

Флюсы-смеси (АНЛ-1) представляют собой механическую смесь, состоящую из 93% плавленого флюса марки АН-10 и 7% лигатуры алюминия с железом (15% железа - 85% алюминия). Твердость покрытия деталей, наплавленных этим флюсом, достигает 380-400 НВ.

Иногда во флюсы-смеси добавляют магнитный железный порошок. В процессе наплавки детали под действием магнитного поля железный порошок притягивается к зоне наплавки, что способствует повышению производительности процесса.

Режим наплавки оказывает существенное влияние на стабильность процесса, толщину наплавленного металла и его физико-механические свойства.

Для деталей диаметром от 50 до 300 мм режим наплавки можно подобрать по таблице 2.

Таблица 2 - Диаметр электрода в зависимости от диаметра направляемой детали

3.5 Технология наплавки. Для подготовки наплавочной установки (рисунок 17) к наплавке цилиндрических деталей выполняют следующие операции. В центрах станка закрепляют деталь, ставят кассету, заправленную электродной проволокой, на ось сварочной головки и протягивают проволоку через ролики в мундштук.

Устанавливают необходимую скорость подачи электродной проволоки при помощи сменных шестерен подающего механизма. Корректором наклоняют мундштук на требуемый угол (примерно 6-8° в сторону вращения детали). Вращая рукоятку механизма подъема, подводят сварочную головку к наплавляемой детали. Устанавливают смещение и вылет электрода.

Рисунок 17 - Автомат А-409 для наплавки цилиндрических деталей под слоем флюса

Наплавку ведут в таком порядке: устанавливают реостатом генератора рассчитанную величину сварочного тока; пускают флюс из бункера 5 по патрубку 11, открыв шиберную задвижку 8; пускают сварочный преобразователь, нажимают кнопку «Пуск», расположенную на пульте управления 6. Наплавка производится по винтовой линии. Наплавляемые валики накладывают так, чтобы каждый последующий валик примерно на 1/3 перекрывал предыдущий. Во время наплавки молотком удаляют шлаковую корку, следят за показаниями контрольных приборов и равномерностью подачи флюса в зону наплавки. Первый и последний кольцевые валики наплавляют при выключенной продольной подаче наплавочной головки. Прекращают процесс наплавки путем нажатия кнопок «Вниз - стоп 1» и «Вверх - стоп 2», после чего закрывают шиберную задвижку и выключают сварочный преобразователь.

Оборудование. На предприятиях по ремонту машин широкое распространение для наплавки деталей получили: автоматические аппараты типов А-384МК, А-409, А-508М, А-874Н, АБС, А-929, А-1030, ОКС, А-1031Б в сочетании со сварочными преобразователями (ПС-300, ПСУ-300, ПСГ-500, ПСУ-500) и выпрямителями (ВСУ-300, ВСУ-500, ВСС-300, ИПП-300, ВДГ-1001, ВДУ-1001 и др.), а также токарно-винторезными станками типов 1А62, 1А64, 1Д62Г, 1К62, 1А616, 1А665, 1А680 и др.

Автоматическая дуговая наплавка изношенных деталей трубчатыми электродами, порошковой проволокой и порошковой лентой.

Все большее применение в ремонтном производстве находит автоматическая дуговая наплавка изношенных деталей трубчатыми электродами марок ИЗ-1, ИЗ-2, ТЗ-3, ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4, ЭТН-5, порошковой проволокой марок ПП-АН-124, ПП-АН-105, ПП-АН-170 и порошковыми лентами марок ПЛ-У40Х38ГЗТЮ, ПЛ-628, ПЛ-634. Трубчатые электроды, порошковые проволоки и ленты применяют для наплавки зубьев экскаваторов, щек камнедробилок, козырьков ковшей, ножей бульдозеров и скреперов, опорных катков и гусеничных звеньев тракторов, экскаваторов.

Трубчатый электрод представляет собой трубку, свернутую из стальной ленты толщиной 0, 68-0, 80 мм и наполненную порошкообразной смесью из сталинита, ферромарганца или других материалов. Смесь защищена от воздействия воздуха как самой трубкой, так и ее наружной обмазкой. Наплавленный слой обладает большой износостойкостью и имеет твердость HRC 55-58.

Порошковая проволока представляет собой металлическую оболочку, плотно наполненную порошкообразными легирующими элементами - шихтой. Шихту применяют разную. Простейшей и наиболее дешевой является мелкая чугунная стружка с добавлением до 20% доменного ферромарганца. Наплавленный слой обладает хорошей износостойкостью и имеет твердость HRC 40-60 в зависимости от примененной шихты.

Порошковые ленты (рисунок 18, а) состоят из двух лент (изготовленных из полосовой стали 0, 8 толщиной 0, 6 мм и шириной 50 мм) и порошковой легирующей смеси, расположенной в ячейках одной из лент. В качестве легирующей смеси применяют различные компоненты, состоящие из ферросплавов. Физико-механические свойства наплавленного металла определяются составом легирующих смесей и режимами наплавки. Наплавленный слой обладает хорошей износостойкостью и имеет твердость HRC 48-54.

Рисунок 18 - Наплавка порошковой лентой:
а - порошковая лента; б - схема автоматической установки для наплавки под флюсом: 1, 2 - ленты; 3 - порошковая шихта; 4 - бухты с лентой; 5, 6 - формирующие ролики; 7 - подающие ролики; 8 - дозатор шихты; 9 - щелевой паз; 10 - бункер с порошком; 11 - обжимные ролики; 12 - шланг для флюса; 13 - бункер для флюса; 14 - токоподво

Разработана установка, в которой совмещены процессы изготовления порошковой ленты и наплавки (рис. 18, б). Процесс изготовления порошковой ленты сводится к пропусканию лент между формирующими роликами, которые придают лентам П-образную и гофрированную ячейкообразную форму, наполнению ячейки нижней ленты легирующей смесью и обжатию ленты роликами. При наплавке дуга горит под слоем флюса.

3.6 Автоматическая вибродуговая наплавка - это дуговая наплавка плавящимся электродом, который вибрирует, вследствие чего дуговые разряды чередуются с короткими замыканиями. Подача и перемещение электрода вдоль наплавляемой поверхности детали механизированы.

Этот вид наплавки прост, не требует дефицитных материалов, позволяет наплавлять на детали диаметром от 8 мм и выше слой металла толщиной 0, 5-3, 5 мм. При этом деталь не испытывает деформаций, а твердость слоя может быть доведена до HRC 50-58 без последующей термической обработки. Вибродуговая наплавка может проводиться в жидкой среде, среде защитных газов (аргон, углекислый газ и др.) и под флюсом. Большее распространение получила наплавка в жидкой среде.

Принципиальная схема установки для вибродуговой наплавки показана на рисунке 19. Наплавляемую деталь закрепляют в центрах или трехкулачковом патроне токарного станка. На суппорте станка устанавливают изолированно от массы вибродуговую головку. К детали и головке подводят ток низкого напряжения. К наплавляемой поверхности вращающейся детали роликами 5 из кассеты 6 автоматически через вибрирующий мундштук подается электродная проволока, которая все время вибрирует. Соприкасаясь с поверхностью детали, проволока оплавляется под действием импульсных электрических разрядов и расплавленный металл электрода приваривается к поверхности. Для охлаждения и закалки наплавленного слоя к нему через специальный канал в мундштуке насосом из системы охлаждения подается жидкость, состоящая из 4-6%-ного раствора кальцинированной соды в воде. Вибрация мундштука осуществляется при помощи электромагнитного вибратора.

Диаметр электродной проволоки выбирают в зависимости от толщины наплавляемого слоя и силы тока. Чем толще наплавляемый слой, тем берут больший диаметр проволоки.

Например, для наплавки слоя толщиной до 1 мм применяют проволоку диаметром 1- 1, 6 мм, для слоя 2 мм - диаметром до 2, 5 мм и для слоя толщиной больше 2 мм - диаметром 2-3 мм.

Рисунок 19 - Схема установки для вибродуговой наплавки

Режимы наплавки. Наплавку ведут постоянным током при обратной полярности. Сила тока определяется диаметром электродной проволоки и скоростью ее подачи при наплавке. Для проволоки диаметром 1, 3-1, 8 мм рекомендуется сила тока 100-200 А. На практике силу тока выбирают по величине его плотности. Например, при диаметре электродной проволоки до 2 мм плотность тока принимают 60-75 А/мм2, для проволоки большего диаметра — 50-70 А/мм2. Наиболее рациональное напряжение при наплавке слоя толщиной до 1 мм 12-15 В, при большей толщине 15-28 В.

Расход охлаждающей жидкости составляет для средне- и высокоуглеродистых, а также легированных сталей 0, 3-0, 5 л/мин, для малоуглеродистых - 1 л/мин. При наплавке тонких деталей из низкоуглеродистых сталей обычно расходуется 3-5 л/мин.

Наплавка ведется по винтовой линии. После, наплавки поверхность обрабатывают шлифованием, первоначально грубым (обдирочным), а затем чистовым под требуемый размер. При наплавке проволокой Св-08 поверхность легко обрабатывается резцами.

Оборудование. Широкое распространение получили автоматические наплавочные головки типов УАНЖ-5, УАНЖ-6, ГМВК-2, ВГ-4, ВГ-8М и другие в сочетании со сварочными преобразователями (ПСО-300, ПСУ-300, ПСУ-500) и выпрямителями (ВС-400, ИПП-500, ВАГГ-15-600), а также токарно-винторезными станками типов 1А62, 1А64, 1Д63А и др.

Для подачи охлаждающей жидкости используют систему охлаждения токарного станка или устанавливают насос с подачей 6-10 л/мин и бачок вместимостью до 100 м. Токарные станки переоборудуют для того, чтобы получить частоту вращения детали в пределах от 0, 5 до 20 об/мин.

3.7 Дуговая сварка и наплавка в среде защитных газов. Схемы процесса дуговой сварки или наплавки в среде защитного газа показаны на рисунке 20. В зону горения дуги под небольшим давлением подается газ, который вытесняет воздух из этой зоны и защищает расплавленный металл от воздействия кислорода и азота воздуха. Сварку и наплавку в среде защитных газов можно вести как плавящимся (рис. 20, а), так и неплавящимся (рис. 20, б) электродом (обычно вольфрамовым), а присадочный материал вводится в зону дуги отдельно.

Неплавящиеся электроды широко применяются при сварке (наплавке) деталей из алюминия и его сплавов.

В качестве защитных газов применяют аргон, гелий (для сварки и наплавки всех металлов), азот (для сварки и наплавки меди и ее сплавов), углекислый газ (для сварки и наплавки стали и чугуна).

Полуавтоматическая наплавка в защитной средеуглекислого газа. Наплавку ведут постоянным током на обратной полярности плавящимся электродом. Подача электродной проволоки механизирована.

Рисунок 20 - Схема сварки (наплавки) в среде защитных газов:
а - плавящимся электродом; б - неплавящимся электродом;
1 - газовое сопло; 2 - плавящийся электрод; 3 - дуга; 4 - защитный газ; 5 - деталь;

6 - присадочный пруток; 7 - неплавящийся электрод

Газоэлектрическую горелку перемещают при наплавке вручную, применяя те же приемы, что и при ручной дуговой наплавке металлическим электродом. Рабочее напряжение при наплавке тонколистовых конструкций и деталей небольшого диаметра находится в пределах 17-22 В при диаметре проволоки 0, 5-1, 2 мм, и в пределах 28-32 В при диаметре проволоки 2, 0-2, 5 мм для более толстых листовых конструкций и деталей большего диаметра. Наибольшее распространение при сварке получили электродные проволоки марок Св-08ГС, Св-10ГС, Св-10ХГ2С, Св-ЮХГСА, а для наплавки - Нп-ЗОХГСА.

Сила сварочного тока зависит от диаметра и скорости подачи электродной проволоки. Для наиболее распространенных диаметров проволоки 0, 8-2 мм при сварке стыковых соединений толщиной до 3 мм сила тока находится в пределах 70-180 А, а скорость подачи проволоки 170—260 м/ч. Меньшему значению диаметра проволоки соответствуют меньшие значения силы тока и скорости подачи. При наплавке режим несколько иной, чем при сварке. Так, при диаметре наплавляемой детали от 10 до 40 мм и диаметре проволоки 0, 8-1, 2 мм сила тока находится в пределах 75-95 А, а скорость подачи проволоки 175-250 м/ч. Первые значения соответствуют меньшим диаметрам проволоки и детали, а последние - большим. Рабочее давление углекислого газа в горелке находится в пределах 0, 03-0, 15 МПа (0, 3-1, 5 кгс/см2).

Установка для наплавки в среде углекислого газа состоит из газовой аппаратуры, полуавтомата для наплавки и источника питания током.

Газовая аппаратура состоит из баллона с газом, осушителя, подогревателя, газового редуктора, расходомера, шлангов и др. Полуавтоматы для наплавки применяют следующих марок: А-547Р, А-547У, А-537, А-929 и др.

Источниками тока могут быть сварочные преобразователи ПСГ-900 и ПСГ-500, а также выпрямители ВСС-300, ВСК-300 и др. Полуавтоматическую наплавку (сварку) в среде углекислого газа применяют для соединения деталей кабин, оперения, устранения трещин и отверстий на стальных деталях, заварки трещин в картерах коробок передач и других деталях из серого чугуна.

3.8 Полуавтоматическая аргонодуговая наплавка. Наплавку ведут постоянным током на прямой полярности или переменным током так же, как и при наплавке в среде углекислого газа.

Рисунок 21 -. Горелка для аргонодуговой сварки неплавящимся электродом

Аргонодуговая наплавка неплавящимся электродом является одним из лучших способов наплавки алюминия и его сплавов. В качестве неплавящегося электрода преимущественно применяют вольфрамовые стержни диаметром от 0, 8 до 6 мм. Проволока для наплавки (сварки) алюминия и его сплавов применяется диаметром 0, 8-6 мм из чистого алюминия (Св-АВ00, Св-А1), из алюминиево-магниевого сплава (Св-АМг-3, АМг-5 и др.), из алю-миниево-марганцевого сплава (Св-АМц) и из алюминиево-крем-ниевого сплава (Св-АК-3, Св-АК-5 и др.). Дуга горит между вольфрамовым электродом и деталью. Подача проволоки для наплавки (сварки) в зону горения дуги механизирована.

Сила тока принимается в зависимости от диаметра вольфрамового электрода и толщины свариваемой детали. При толщине свариваемой детали от 1 до 8 мм силу тока можно принять равной 40—50 диаметрам электрода, а при толщине от 6 до 12 мм - 50-60 диаметрам. Рабочее напряжение составляет 22-26 В.

Установка для наплавки (сварки) в среде аргона состоит из сварочного преобразователя постоянного тока (ПСУ-300, ПСУ-500), реостата, газоэлектрической горелки (АР-9, АР-10, ГРАД-200, ГРАД-400 и др.), механизма подачи проволоки, редуктора с расходомером газа и баллона с газом. Горелка для аргонодуговой наплавки (сварки) неплавящимся вольфрамовым электродом состоит из головки (рис. 21) и корпуса. К корпусу присоединяется кабель, в котором размещены шланг для аргона и токопровод.

Вольфрамовый электрод, размещенный в головке горелки, крепится при помощи цанговой втулки и закрывается колпаком 5. Поток аргона формируется вокруг электрода и зоны сварки (наплавки) соплом. Сварочная проволока подается в зону горения дуги в гибком шланге, который крепится к корпусу горелки. Расход аргона составляет от 2 до 12 дм3/мин.

Преимущества сварки и наплавки в защитных газах: стоимость наплавки (сварки) на 20% ниже, чем наплавки под слоем флюса; почти полная защита металла шва от окружающего воздуха; хорошая видимость открытой дуги обеспечивает точность наложения шва; меньше расход электродов, чем при ручной сварке (наплавке). В последнее время при ремонте деталей машин применяется плазменная, лазерная и высокочастотная сварка и наплавка.

Плазменная наплавка основана на том, что тугоплавкие жаропрочные и износостойкие покрытия различной толщины наносятся на деталь с помощью низкотемпературной плазмы.

Лазерная сварка - это сварка плавлением, при которой для местного расплавления соединяемых частей деталей используется энергия светового луча, полученного от оптического квантового генератора.

Высокочастотную сварку или наплавку ведут в индукторе токами высокой частоты на специальных высокочастотных установках.

При сварке и наплавке могут возникать следующие дефекты: подрезы, прожоги, непровары, пористость, трещины и шлаковые включения.

Контроль сварки и наплавки осуществляется внешним осмотром, замером швов, механическими испытаниями, химическим анализом, рентгеновским просвечиванием, а также ультразвуковой, люминесцентной, электромагнитной дефектоскопией и др. Обнаруженные дефекты подлежат исправлению.

Организация рабочих мест. Рабочие места для сварочных и наплавочных мест должны располагаться в отдельных помещениях или кабинах, изготовленных из металлических разборных щитов высотой 1, 8-2, 0 м. Участок сварки (наплавки) ремонтного предприятия обычно имеет несколько рабочих мест, каждое из них целесообразно специализировать с учетом технологических особенностей выполняемых работ. В качестве примера можно назвать следующие специализированные рабочие места: сварка чугунных деталей сложной конфигурации; сварка и наплавка деталей из цветных металлов и их сплавов; сварка и наплавка стальных деталей; сварка и наплавка рам; автоматическая дуговая сварка и наплавка под слоем флюса вибродуговая наплавка (рисунок 22).

Рисунок 22 - Планировка рабочего места для вибродуговой наплавки:
1 - источник тока; 2 - электродвигатель: 3 - щит с электроизмерительными приборами; 4 - кронштейн с кассетой; 5 - вентиляционная установка; 6 - бак для охлаждающей жидкости; 7 - консольный кран с электротельфером; 8 - шкаф; 9 - станок для наплавки; 10 - тумбочка для инструмента; Л - верстак; 12 - наплавочная головка; 13 - деревянный настил; 14 - стеллаж; 15 - верстак с вертушкой для перемотки проволоки

Оборудование участка следует размещать так, чтобы создать удобство в обслуживании и затрачивать минимальное количество движений в процессе работы. Стены и потолок участка наплавки должны быть окрашены в светлые тона. Норма освещенности рабочего места должна составлять не менее 150 Лк. Участок должен быть оборудован местной вытяжной вентиляцией, стеллажами для деталей и подъемно-транспортным оборудованием. Проходы между оборудованием должны быть не менее 1, 5 м.

Вопросы организации и оборудования рабочих мест сварки и наплавки должны решаться в каждом конкретном случае в зависимости от типа и мощности ремонтного предприятия, его производственных возможностей, объектов ремонта, принятой технологии, санитарных норм, техники безопасности и других факторов.