Зварювально-наплавлювальні способи відновлення деталей

Під наплавленням розуміють процес нанесення на поверхню деталі металу або сплаву плавленням. Плавлення металу досягається за рахунок тепла електричної дуги (зварювання і наплавлення електродугою) або тепла, що утворюється при згорянні ацетилену, природного газу в струмені кисню (газополум'яне зварювання та наплавлення). У процесі плавлення металу і при його подальшому затвердінні, через нерівномірний розподіл тепла на ділянці, прилеглій до наплавленого шару (в зоні термічного впливу) відбуваються структурні зміни в металі та зміни лінійних розмірів деталі. Глибина зони термічного впливу, залежить від початкової температури деталі, швидкості та способу охолоджування, теплопровідності основного металу, способів і режиму наплавлення, коливається від 1 до 25 мм. Зміни структури металу і лінійних розмірів, якщо не вжити особливих заходів, приводять до місцевої деформації деталі і появи тріщин. До цих особливих заходів відносяться попередній підігрів і подальше повільне охолоджування деталі, особливі прийоми наплавлення, відпал і відпуск після наплавлення, захист розплавленого металу від дії повітря тощо.

У процесі наплавлення, наплавлений метал насищається киснем, азотом і воднем повітря, а легуючі елементи вигоряють. Утворення оксидів в наплавленому металі знижує межу міцності й ударну в'язкість шва, а насичення сталі азотом, погіршує його пластичні властивості, зменшує ударну в'язкість і відносне подовження тощо. Для захисту розплавленого металу від дії кисню й азоту повітря і компенсації вигорілих легуючих елементів застосовують електроди з покриттями або наплавлення ведуть під шаром флюсу і в середовищі захисних газів.

По ступеню механізації процесу зварювання і наплавлення електродугою розділяється на ручне, напівавтоматичне і автоматичне. При ручному зварюванні і наплавленні всі операції ведуться зварювальником вручну. Якість робіт залежить від кваліфікації зварювальника, продуктивність процесу невисока. Не дивлячись на ці недоліки, ручне зварювання знайшло широке застосування в ремонтному виробництві, особливо для наплавлення невеликих поверхонь, усунення тріщин, відколів тощо.

Напівавтоматичне й автоматичне зварювання і наплавлення відрізняється від ручного по основним параметрам якості. При автоматичному зварюванні під шаром флюсу механізовані подача електроду в зону дуги і пересування дуги уподовж шва, що накладається, при напівавтоматичному — лише подача електродного дроту в зону дуги. Разом з тим, автоматизований процес має і недоліки: значна глибина зони термічного впливу; утруднене наплавлення деталей діаметром менше 100 мм, оскільки розплавлений флюс і шлак не встигають тверднути, і стікають з поверхні деталі; деталь сильно деформується; для отримання шару великої твердості потрібні дорогі флюси; великі втрати часу на допоміжні роботи. Цим способом доцільно наплавляти деталі великих розмірів, наприклад, при ремонті електричних машин — наплавлення горловини остову, підшипникових щитів і т.д.

Зварювання і наплавлення сталевих деталей. Зварювання і наплавлення ручним способом ведеться електродами з тонкими (0,10-0,25 мм на сторону) і товстими (0,5-1,5 мм на сторону) покриттями для захисту зварювального шва від шкідливих дій повітря. Тонкі покриття (частіше всього з 80-85% крейди і 20-15 % рідкого скла) сприяють стійкості горіння дуги і тому їх називають стабілізуючими або іонізуючими покриттями. Електроди з тонкими покриттями використовують для зварювання мало відповідальних деталей, що працюють при статичних навантаженнях. Товсті покриття є захисно-легуючими. До їх складу входять газо-шлакостворюючі, легуючі речовини і розкислювачі, що сприяють формуванню шва з підвищеними механічними властивостями. Електроди з товстими покриттями застосовують для зварювання і наплавлення відповідальних частин з вуглецевих і низьколегованих сталей. Для нарощування зношених поверхонь сталевих деталей використовують наплавлювальні електроди, що забезпечують отримання щільного шару металу необхідної твердості.

Зварювання чавунних деталей виконується з урахуванням особливих умов. Це викликано тим, що в процесі зварювання через високий місцевий нагрів, швидке охолодження, усадку в металі, виникають значні внутрішні напруги, які можуть привести до появи тріщин. При швидкому охолоджуванні, окрім усадки, відбувається вибілювання чавуну, шов виходить пористим. Вибілений чавун характеризується високою крихкістю і твердістю, що знижує міцність шва й затрудняє механічну обробку. Для попередження цих небажаних явищ при зварюванні чавунних деталей застосовують відповідні електроди та флюси. Зварювання відповідальних деталей ведуть з попереднім підігрівом (гаряче зварювання) та в усіх випадках з повільним охолодженням деталі. Гаряче зварювання чавуну можливе як ацетиленокисневим полум'ям, так і електричною дугою.

Зварювання і наплавлення деталей з алюмінієвого сплаву. Зварювання ускладнюється через те, що при нагріванні ці сплави інтенсивно окислюються, а їх оксиди тугоплавкі. Температура плавлення алюмінію 657°С, а його оксидів 2050°С. Плівка оксидів затрудняє процес плавлення присадного матеріалу з основним і перешкоджає виходу газів з розплавленого металу. Видаляють оксиди флюсами або електродними покриттями, що розчинюють або зв'язують окисел алюмінію. Присадним матеріалом можуть служити стрижні того ж складу, що й основний метал. В процесі наплавлення відповідальних деталей їх підігрівають до температури 300-350°С, а після закінчення наплавлювальних робіт повільно охолоджують, щоб попередити викривлення. На практиці, для ремонту локомотивів, а частіше для зварювання і наплавлення алюмінію, користуються ацетиленокисневою зваркою.

Зварювання і наплавлення під шаром флюсу. Електрична дуга знаходиться під шаром сухого зернистого флюсу 1, що поступає перед дугою з патрубка 2 (рис. 1.42).

Рис. 1.42 – Схема наплавлення деталей під шаром флюсу: 1 — флюс; 2 — патрубок;

3 — мундштук; 4 — електродний дріт; 5 — газовий міхур; 6 — джерело струму; 7 — шлакова кірка; 8 — шар наплавленого металу

Плавиться як електрод 4 (голий не обмазаний дріт), що подається в зону плавлення з постійною швидкістю, так і частина флюсу 1. При цьому, над зварювальною ванною утворюється газовий міхур 5, оболонка флюсу (рідкий шлак) надійно захищає зону горіння від впливу повітря. Ця ж оболонка не дає розбризкуватися рідкому металу, зберігає тепло дуги, уповільнює охолодження шва, оскільки після охолодження над швом утворюється щільна шлакова кірка 7. Флюс створює сприятливі умови для виходу газів із зварювальної ванни, тобто сприяє формуванню однорідного і щільного шару наплавленого металу з меншою кількістю шлакових і газових включень і добрими механічними властивостями. Крім того, внаслідок тривалого контакту флюсу з рідким металом, відбувається легування наплавленого шару. При автоматизації процесу не тільки виходить більш якісний шов, але і значно підвищується продуктивність праці, економніше витрачається електродний дріт, електроенергія. Крім того, роботу можуть виконувати зварювальники більш низької кваліфікації.

Разом з тим, процес має і недоліки: значна глибина зони термічного впливу; утруднено наплавлення деталей діаметром менше 100 мм, оскільки розплавлений флюс і шлак не встигають затвердіти і стікають з поверхні деталі і, крім того, такі деталі сильно деформуються; для отримання шару великої твердості потрібні дорогі флюси; великі втрати часу на допоміжні роботи.

Автоматичним наплавленням під шаром флюсу доцільно відновлювати деталі класу «вал» і «отвір» великих розмірів зі значним зношуванням і деформацією, наприклад, горловину і постелі моторно-осьових підшипників остовів тягових електродвигунів.

Наплавлення в середовищі захисних газів відрізняється від наплавлення під шаром флюсу тим, що електрична дуга і зварювальна ванна ізолюються від повітря оболонкою інертного газу — вуглекислого газу, азоту, суміші газів (рис. 1.43).

Зварювання і наплавлення в захисному середовищі інертного газу рекомендується вести постійним струмом зворотної полярності для отримання більш стійкої дуги і меншої зони термічного впливу.

Даний вид наплавлення широко застосовується при відновленні постелі корінних підшипників колінчастого вала дизеля (наплавлення в середовищі вуглекислого газу) і при відновленні алюмінієвих блоків дизелів (плазменно-дугове зварювання і наплавлення).

Рис. 1.43 – Схема наплавлення електродуги в середовищі вуглекислого газу (а) і газовий пальник (б): 1 — балон з газом; 2 — редуктор; 3 — вологовіддільник; 4 — електричний підігрівач;

5 — газовий пальник; 6 — електродний дріт; 7 — мундштук з наконечником;

8 — охолоджувана порожнина пальника; 9 — механізм, що подає зварювальний дріт;

10 — зварювальний генератор

Вібродугове наплавлення відрізняється від звичайного автоматичного електродугового наплавлення тим, що електродний дріт в процесі наплавлення безперервно вібрує (частота вібрації 20-100 Гц, амплітуда 1-2,5 мм), внаслідок чого електрична дуга горить не постійно, а збуджується періодично.

Циклічність збудження дуги сприяє більш стійкому протіканню процесу і перенесенню матеріалу електроду на деталь в мілко крапельному стані. Це дозволяє отримати щільні шари наплавленого металу невеликої товщини (від 0,50 до 3,5 мм) при малій глибині зони термічного впливу, тобто практично без деформації деталі. Тому спосіб вібродугового наплавлення широко застосовують для відновлення деталей класу «вал» і «отвір» порівняно малого діаметра (від 40 мм) і з незначним зношуванням.

Вібродугове наплавлення ведеться з охолоджуванням рідиною (розчин 4-5% кальцинованої соди і 20% технічного гліцерину у воді), що подається на відстані 10-40 мм від електроду, під шаром флюсу або під шаром флюсу з одночасним охолоджуванням деталі рідиною, а також в середовищі захисних газів. Якщо обмежитися тільки подачею рідини в зону шару, що наплавляється, то виникатимуть мікротріщини і дрібні газові пори, що негативно впливають на міцність деталі і, крім того, твердість наплавленого шару виходить нерівномірною. При наплавленні під шаром флюсу (рис. 1.44, а) або під шаром флюсу з охолоджуванням деталі рідиною (рис. 1.44, б), всередину деталі, що обертається, подається, або на її поверхню вслід за різцем, що знімає шлакову кірку, мікротріщини і інші дефекти в наплавленому шарі практично не виникають.

Рис. 1.44 – Схема вібродугового наплавлення деталей: а — під шаром флюсу; б — під шаром флюсу з охолоджуванням внутрішньої поверхні деталі водою; 1 — патрон верстата;

2 — відновлювана деталь; 3 — патрубок для подачі флюсу; 4 — мундштук; 5 — пристосування, що утримує флюс; 6 — приставка; 7 — задній центр верстата; 8 — піноль верстата;

9 — шланги підведення і відведення охолоджуючої води

Деталі локомотивів, у тому числі схильні до змінного динамічного навантаження, після відновлення вібродуговим наплавленням під шаром флюсу працюють надійно. Для вібродугового наплавлення використовують старі токарно-гвинторізні верстати, що забезпечують обертання деталі і подовжнє переміщення вібродугової головки. Вібрація електроду досягається електромагнітним або механічним вібратором або за рахунок ексцентриситету мундштука головки.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: