Восстановление деталей сваркой и наплавкой

В эксплуатационных и ремонтных предприятиях сварка и наплавка нашли самое широкое применение из-за простоты, надежности и экономической целесообразности. При восстановлении изношенных и поврежденных деталей подвижного состава использование и распространение получили ацетилено-кислородная (газовая) и электродуговая сварка и наплавка. Детали подвижного состава преимущественно изготовляют из серого и ковкого чугуна, конструкционных углеродистых и легированных сталей, а также из алюминия. Основными дефектами деталей, устраняемыми при ремонте, являются трещины, износ, отколы и повреждения резьбы. Устранение дефектов требует разных приемов сварочных и наплавочных работ из-за различия свойств используемых материалов, проявляемых после воздействия высокой температуры.

Серый чугун неоднороден по составу, имеет графитовые включения, большое содержание углерода и кремния, обладает низкой пластичностью и необратимостью изменения объема при нагреве (рост чугуна). Ковкий чугуи при высокой температуре переходит в белый, при этом теряет пластичность и приобретает хрупкость, что особенно проявляется в зоне сварного шва.

Углеродистые и легированные стали под влиянием высокой температуры, сопровождающей процесс сварки, утрачивают часть своих механических свойств, так как легированные присадки от высокой температуры образуют в поверхностном слое тугоплавкие окислы; в специальных сталях происходит самозакаливание и рост внутренних напряжений, что способствует возникновению поверхностных трещин.

диаметр электрода. Ионизирующие обмазки обеспечивают устойчивое горение электрической дуги и при сварке требуют пониженного напряжения. Обмазка может готовиться непосредственно в сварочном отделении и состоять из смеси 80% мела и 20% жидкого стекла, нанесенной тонким слоем па электродную проволоку.

Качественная обмазка электродов выполняется специализированными предприятиями и содержит компоненты, легирующие наплавленный металл шва и замедляющие процесс его охлаждения. Электроды с такой обмазкой делят в зависимости от химического состава и твердости наплавленного металла па типы, а в зависимости от химического состава покрытия на марки. Наплавка представляет собой процесс нанесения слоя расплавленного присадочного металла на поверхность детали с целью восстановления ее или достижения необходимых геометрических размеров и формы. Способ наплавки зависит от материала детали, возможности достижения требуемой поверхностной твердости и обеспечения условий работы детали, величины и характера износа восстанавливаемой поверхности, последующей механической обработки и технико-экономического обоснования целесообразности выбора способа наплавки.

Наплавка включает в себя процесс подготовки детали, непосредственно наплавку и последующую механическую обработку. Для подготовки поверхности к наплавке (преимущественно посадочных мест, имеющих небольшой износ) требуется снять с поверхности слой металла в 23 мм. Это вызвано тем, что прн небольшом износе после механической обработки остается очень малый слой присадочного материала со структурно неоднородным составом н плохими механическими характеристиками. Граничный слой основного металла детали также утрачивает некоторые механические качества. Для достижения целей восстановления необходимо, чтобы поверхность восстановленной детали находилась по возможности дальше от границы соединения основного и присадочного материалов. Если предварительно снять небольшой слой с поверхности детали, после механической обработки наплавленной поверхности рабочая поверхность сопряжения будет содержать металл требуемого или допустимого качества. Наплавка ведется с перекрытием сварного валика, что обеспечивает однородность наплавленного слоя и исключает такие дефекты, как иепровары, кратеры, шлаковые включения. Наплавку цилиндрических деталей значительной длины следует вести короткими продольными швами для снижения внутренних напряжений, поворачивая детали на 180° после наложения каждого валика (для целей выравнивания деформаций). Наплавка многослойными швами нежелательна, так как в этом случае происходит сварка присадочного металла с присадочным, что ухудшает механические свойства наплавленного слоя. При электродуговой сварке может использоваться переменный и постоянный ток (прямой и обратной полярности). Наиболее высокое качество наплавленного слоя достигается при использовании постоянного тока обратной полярности (деталь плюс, электрод минус). Силу постоянного тока, необходимую для сварки, можно определить приближенно:

где d диаметр электрода, мм. После наплавки выполняется механическая обработка деталей резанием на токарных стайках, чем достигаются необходимые геометрические размеры и нужная степень шероховатости поверхности.

Так как надежность восстановительных работ способом сварки и наплавки зависит при отлаженных технологических операциях и от свойств осиовного металла детали, то необходимо знать специфические приемы выполнения этих работ. При сварке деталей из серого чугуна возникающие внутренние напряжения от высокого местного нагрева и быстрого охлаждения могут привести к возникновению трещин по шву или к отбеливанию чугуна, особенно в тонкостенных деталях. Поэтому сварку рекомендуется вести с предварительным равномерным подогревом, желательно без непосредственного воздействия пламени, и последующим медленным охлаждением. Нагрев до температуры 600650° С при ацегиленово-кислородной сварке и до 400 450° С при электродуговой и медленное охлаждение предотвращают отбеливание, образование отдельных закаленных участков и трещин. Для предотвращения остывания деталь покрывают листовым асбестом, а сварку ведут нижним швом во избежание растекания расплавленного чугуна. Газовую сварку (рис. 35) рекомендуется вестн нейтральным пламенем или с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного материала используются чугунные прутки марки А с флюсом, изготовленным на основе буры или специальными электродами марки ОМЧ. При сварке серого чугуна без предварительного подогрева пользуются электродами из малоуглеродистой стали, медными электродами или электродами из монельметалла (сплав меди с никелем). При сварке деталей из ковкого чугуна для предотвращения отбеливания ее ведут при пониженной температуре. В качестве электродов используют латунные стержни марки Л и моиель-металл. Сварку алюминия и его сплавов ведут преимущественно газовым пламенем, но не исключается и применение электрической дуги. Тугоплавкость окислов, алюминия, превышающая в три раза температуру его плавления, препятствует сварке алюминия. Окислы алюминия в процессе сварки необходимо растворить, что достигается применением специальных флюсов типа АФ. В качестве присадочного металла используют алюминий того же состава, что и основной металл. Основной металл в зоне шва целесообразно предварительно нагреть до температуры 200250° С и произвести отжиг после сварки при 300350° С. При сварке деталей из легированных или термически обработанных деталей электроды выбирают применительно к марке стали деталей. Покрытия применяемых электродов содержат газон шлакообразующие легирующие вещества и раскислители. Связывающим веществом всех покрытий электродов является жидкое стекло. Качество сварки и наплавки зависит от режима, который выбирается в зависимости от размеров, конструкции и химического состава основного металла, а также от материала электрода. Режим сварки позволяет в широких пределах изменять степень участия основного и присадочного металлов в образовании сварного валика. Диаметр электрода должен соответствовать толщине ос

Повысить качество сварного шва и материала наплавки можно, применив струю углекислого газа для предотвращения доступа кислорода и азота воздуха к расплавленному металлу. Максимальный диаметр присадочного электрода при сварке в среде углекислого газа не должен превышать 3 мм. Сварка в среде углекислого газа ведется плавящимися и неплавящимися электродами. При не-плавящнхся электродах (угольных или вольфрамовых) используют присадочные прутк из проволоки.

Для получения пластичного наплавленного слоя высокого качества применяют наплавку под флюсом, что обеспечивает наиболее полную защиту расплавленного металла от кислорода и азота

воздуха (рис. 36). Наплавку под флюсом можно вести и пластинчатым электродом (рнс. 37), что технологически оправдано при большой площади наплавки и небольшой высоте слоя. Кроме того, флюс замедляет охлаждение металла и способствует удалению из расплавленного металла неметаллических частиц и газа. Наибольшее применение получили высокомарганцовистые флюсы. Широко распространена на ремонтных предприятиях наплавка вибрирующим электродом (рис. 38). Этот способ обеспечивает слабый нагрев восстанавливаемой детали и незначительную зону термического воздействия, что сохраняет почти неизменными физико-механические свойства детали. Наплавка ведется при напряжении от 12 до 22 В и токе от 80 до 300 А.

Установка содержит головку с электромагнитным вибратором и механизмом подачи присадочной проволоки. Вибрирующая головка замыкает и размыкает контур, в состав которого входит деталь и электродная проволока, создавая непрерывный контактно-дуговой процесс. Частота вибрации 50100 Гц. В зону контакта электродов подается охлаждающая жидкость для закалки наплавленного металла. Вибродуговая наплавка в принципе позволяет наращивать слой металла любой высоты. Наплавку можно вести и без охлаждающей жидкости, под флюсом и в среде защитных газов. Недостатком способа вибродуговой наплавки является образование больших остаточных напряжений, пор и мелких трещин, из-за чего не рекомендуется применять его для деталей, работающих при знакопеременных нагрузках.

Восстановление деталей пайкой

Пайка — процесс соединения деталей в твердом состоянии металлическим расплавом, образующимся из присадочного материала (припоя) непосредственно в месте пайки. Локальный подвод тепла, которым расплавляется припой и подогреваются соединяемые поверхности, производится нагретым паяльником или газовым пламенем.

При ремонте машин чаще используют легкоплавкие припои, температура плавления которых 150-450°С, и средне-плавкие (450-1100°С).

Качество пайки зависит от смачивающей способности припоя, толщины его слоя, а также от чистоты паяемых поверхностей. Чем лучше смачивающая способность, тем лучше припой заполняет стыковые участки. При этом обеспечивается и меньшая толщина слоя припоя между соединяемыми поверхностями.

В паяном соединении между основным металлом и припоем имеет место взаимное растворение металлов. В итоге усиливается химическая неоднородность металла в зоне пайки и ухудшается антикоррозийная стойкость. Влияние этого фактора тем больше, чем толще соединительный слой в паяном соединении. Меньшая химическая неоднородность обеспечивает большую прочность соединения. Поэтому пайку необходимо вести с обеспечением минимальной толщины прослойки присадочного материала, что требует правильного подбора температурного режима пайки.

Перед пайкой проводят предварительную зачистку поверхностей до металлического блеска. Однако на воздухе поверхности окисляются, а при нагреве процесс окисления усиливается. Поэтому необходима очистка от окислов соединяемых поверхностей в процессе пайки. Она достигается с помощью флюсов, которые раскисляют окислы и способствуют очистке от образующихся загрязнений.

При ремонте машин для пайки меди, латуни, бронзы и стали используют обычно бессурьмянистые оловянно-свинцовые припои ПОС 40, ПОС 30 и ПОС 10; малосурьмянистые оловянно-свинцовые — ПОССу 50-0, 5, ПОССу 40-0, 5, ПОССу 30-0, 5 и ПОССу 25-0, 5 и сурьмянистые оловянно-цинковые — ПОССу 35-2 и ПОССу 30-2. В приведенных обозначениях цифра после буквенной части указывает среднее содержание олова, а последующая за тире — содержание сурьмы 6%. Эти припои пластичны, обладают хорошей смачиваемостью, коррозийной стойкостью. Более высокую коррозионную стойкость создают припои с боль-шим содержанием олова, а лучшие пластические свойства — с большим содержанием свинца.

При пайке оловянно-свинцовистыми припоями используют флюсы на основе хлористых соединений металлов и канифоли. Большее распространение получили водные растворы хлористого цинка: 40%-ный раствор хлористого цинка; раствор хлористого цинка (10-50%) и хлористого аммония (5-10%), а также флюс- паста 15-85 и др. Они обладают высокой химической активностью.

Флюсы на основе канифоли применяют в тех соединениях, которые нельзя промыть после пайки. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии. Часто используют канифоль и флюсы JITH- 115, ЛТН-120, ЛК-2, КС и др.

Пайку легкоплавкими припоями применяют при ремонте радиаторов, топливных баков, генераторов, электропроводов и др.

Для получения паяных соединений высокой прочности и стойкости к повышенной температуре применяют среднеплавкие припои медные, медно-цинковые и серебряно-медно-цинковые.

Медные припои марок Ml, М2, МФ1 и МФ2 хорошо смачивают поверхности, затекают в мельчайшие зазоры и дают прочные пластические соединения.

Медно-цинковые припои (латуни) марок ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54, П-62 (цифры указывают процентное содержание меди) представляют собой сплавы меди и цинка. Припои ПМЦ применяются для пайки деталей, не испытывающих динамических нагрузок и вибрации ввиду недостаточной пластичности. Латуни Л-62 и Л-68 используют для пайки стали и меди, а МцН48-10, ЛК62-0.5, ЛСЖ62-06-04 — для пайки чугуна. Для пайки режущего инструмента применяют латуни ЛЖМц57-1, 5-0, 75, МНМц50-2.

Серебряно-медно-цинковые припои марок ПСрЮ, ПСр25, ПСр45, ПСр70 (цифры указывают процентное содержание серебра) позволяют получить соединения с высокой прочностью и пластичностью. На практике чаще применяют припои ПСр25 и ПСр45 при пайке стали, меди и ее сплавов для получения соединений с высокими механическими свойствами. Припой ПСр70 обладает высокой электропроводимостью, поэтому его используют для пайки токоведущих элементов.

Пайку среднеплавкими припоями ведут с использованием флюсов на основе буры и борной кислоты. Наиболее распространенный флюс этой группы — бура. Перед применением ее прокаливают при температуре 400-450°С. Борную кислоту, как менее активный флюс, обычно применяют в смеси с обезвоженной бурой.

Для пайки деталей из алюминиевых сплавов используют алюминиевые припои марок П590А, П755А, П550А, 34А и др. Наиболее распространен припой 34А с температурой плавления 525°С. Пайку ведут газовой горелкой с помощью флюсов марок Ф320А, Ф380А, Ф17 и других, в состав которых входят хлористый калий, хлористый литий, фтористый натрий и хлористый цинк.

Пайку среднеплавкими припоями деталей из чугуна проводят в следующей последовательности. Вначале поверхности соединяемых деталей тщательно подгоняют одну к другой и разделывают кромки под усиленные швы. Затем их подогревают до температуры 900-930 С» ацетилено-кислородным пламенем горелки, посыпают флюсом, облуживают, натирая прутком припоя (латуни), и постепенно заполняют шов. Пайку ведут окислительным пламенем. Детали при пайке нагреваются, что исключает возможность возникновения в них внутренних напряжений. Это выгодно отличает процесс пайки от сварки.

Рис. Подготовка чугунной детали при пайке латунью: S — толщина стенки.

Контакты реле-регуляторов, прерывателей припаивают серебряными или медными (медная лента Ml толщиной 0, 1 мм) припоями электроконтактным способом.