Восстановление деталей электродуговой сваркой и наплавкой. Лекция Восстановление деталей электродуговой сваркой и наплавкой
 Скачать 155.66 Kb.
|
|
33 Лекция № 4. Восстановление деталей электродуговой сваркой и наплавкой 4.1. Классификация способов варки Различают три класса сварки в зависимости от вида энергии, применяемой при сварке, — термический, термомеханический и механический. К термическому классу относятся виды сварки, осуществляемые плавлением, т. е. местным расплавлением соединяемых частей с использованием тепловой энергии. Основными источниками теплоты при сварке плавлением являются электрическая дуга, газовое пламя, электромагнитное поле, лучевые источники энергии и теплота, выделяемая при электрошлаковом процессе. Из термического класса в ремонтном производстве в основном используют следующие виды сварки: электродуговую, газовую, электрошлаковую, индукционную, электронно-лучевую, лазерную. Электродуговая сварка — сварка плавлением, при которой нагрев осуществляется электрической дугой. Разновидностью электродуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляется сжатой дугой. Газовая сварка — сварка плавлением, при которой кромки соединяемых частей изделия нагревают пламенем газов, сжигаемых на выходе горелки для газовой сварки. К термохимическому классу относятся виды сварки, при которых используется тепловая энергия и давление. К данному классу относятся контактная, диффузионная и прессовая. Контактная сварка — сварка давлением, при которой нагрев деталей осуществляется теплом, выделяемым при прохождении тока в соединяемых частях, находящихся в контакте. К механическому классу относятся виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления: холодная, взрывом, магнитоимпульсная, ультразвуковая и трением. Сварка трением — сварка давлением, при которой нагрев осуществляется трением, вызываемым вращением друг относительно друга свариваемых частей. 34 4.2. Основы электродуговой сварки Сварочная дуга. Источником тепла при дуговой сварке является сварочная дуга — устойчивый электрический разряд в сильно ионизированной смеси газов и паров материалов, используемых при сварке, и характеризуемый высокой плотностью токов и высокой температурой. Температура дуги — неравномерная, наиболее высокая в центре газового столба — около 6000° С (рис. 4.1). При восстановлении деталей используют три вида сварочных дуг (рис. 4.2). Они отличаются количеством электродов и способом их включения и свариваемого металла в электрическую цепь. Когда дуга горит между электродом и изделием, ее называют дугой прямого действия. Когда дуга горит между двумя электродами, а свариваемое изделие не включено в электрическую цепь, ее называют дугой косвенного действия. Рис. 4.1. Распределение температуры t в сварочной дуге Рис. 4.2. Виды сварочных дуг: а —- прямого действия; б — косвенного действия; в —комбинированного действия (трехфазная) 35 По роду тока различают электрические дуги, питаемые переменным и постоянным током. При использовании постоянного тока различают сварку на прямой и обратной полярности. При горении электрической дуги постоянного тока наибольшее количество тепла выделяется на положительном полюсе. Если же отрицательный полюс источника питания присоединен к свариваемому металлу, а положительный — к электроду, то такая полярность называется обратной. Она применяется реже и только в тех случаях, когда необходимо получить меньший нагрев детали. В зависимости от материала электрода различают дуги между неплавящимися электродами (угольными, вольфрамовыми) и плавящимися (металлическими)электродами. 4.3. Сварка и наплавка под слоем флюса Сущность процесса сварки и наплавки. Сварка (наплавка) под слоем флюса представляет собой разновидность электродуговой сварки, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, обеспечивающего защиту сварочной ванны от воздуха. Наряду с защитными функциями флюс стабилизирует горение дуги, обеспечивает раскисление, легирование и рафинирование расплавленного сплава сварочной ванны. Схема процесса наплавки под слоем флюса приведена на рис. 4.3. Восстанавливаемая деталь вращается в процессе наплавки с определенной скоростью. Электродная проволока автоматически подается в зону сварки. Дуга горит между концом электрода и восстанавливаемой поверхностью изделия под слоем флюса, который непрерывно подается из бункера. Под действием теплоты, выделяемой сварочной дугой, плавятся электродная проволока и основной металл, а также часть флюса, попавшего в зону горения дуги. В зоне горения дуги образуется полость, заполненная парами металла, флюса и газами. Их давление поддерживает флюсовый свод, образующийся над сварочной ванной. Под влиянием давления дуги жидкий металл оттесняется в сторону, противоположную направлению сварки, образуя сварочную ванну. 36 Расплавленный флюс в результате значительно меньшей плотности всплывает на поверхность расплавленного металла шва и покрывает его плотным слоем. К достоинствам сварки (наплавки) подслоем флюса относится: высокая производительность процесса, благодаря применению больших токов, большой глубины проплавления, а также почти полного отсутствия потерь металла на угар и разбрызгивание; возможность автоматизации процесса; высокое качество наплавленного металла в результате надежной защиты флюсом сварочной ванны; улучшение условий труда сварщика. К недостаткам этого процесса сварки следует отнести: значительный нагрев детали; невозможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм по причине стекания расплавленных наплавляемого металла и флюса с поверхности восстанавливаемой детали; необходимость в отдельных случаях повторной термической обработки детали. Наплавку цилиндрических поверхностей деталей выполняют, как правило, по винтовой линии с перекрытием предыдущего валика последующим на 1/2 — 1/3 ширины. Для предотвращения стекания расплавленных флюса и металла с восстанавливаемой поверхности наплавку ведут со смещением А электрода с зенита в сторону, обратную направлению вращения детали (см. рис. 4.3). Рис. 4.3. Схема наплавки под слоем флюса: а — поперечный разрез; б — продольный разрез; 1—ванна расплавленного металла; 2— расплавленный флюс; 3 - электродная проволока; 4 — наплавленный слой металла; 5 — деталь; 6 — шлаковая корка; А — смешение электродной проволоки с зенита 37 При сварке под слоем флюса производительность процесса по машинному времени повышается в 6 — 12 раз по сравнению с ручной дуговой сваркой. Это достигается за счет использования больших плотностей тока в электродной проволоке. Производительность сварки определяется массой металла, наплавляемого в единицу времени в граммах в час Q=k H I СВ где k H — коэффициент наплавки, г/А*ч; I СВ — сила сварочного тока, А. Производительность наплавки под флюсом одним электродом составляет 9 — 15 кг/ч, а лентой 5 — 30 кг/ч. Сварочным флюсом называется неметаллический материал, расплав которого необходим для сварки и улучшения качества шва. К флюсам для автоматической и полуавтоматической сварки предъявляют ряд следующих требований: - обеспечение стабильности горения дуги в процессе сварки; - получение заданного химического состава наплавленного металла; - обеспечение требуемого формирования металла; - получение швов без трещин и с минимальным (допустимым) числом шлаковых включений и пористостью; - обеспечение легкой отделяемости шлаковой корки от поверхности наплавленного металла. Режимы наплавки. Качество сварного соединения и наплавленной детали во многом определяется режимами наплавки, которые характеризуются размером сварочного тока, напряжением, родом тока и его полярностью, скоростью сварки, диаметром и скоростью подачи электродной проволоки: К дополнительным параметрам, режима относится вылет электрода, наклон электрода к наплавляемой поверхности, марка флюса. Параметры режима наплавки. выбирают исходя из толщины слоя наплавляемого металла, размеров детали, требуемой формы наплавляемого валика. Режим сварки выбирают по экспериментальным таблицам или расчетом. 38 Силу сварочного тока ориентировочно можно определить по эмпирической форме J св =110d+10d 2 где d— диаметр электрода, мм. Скорость наплавки в метрах в минуту υ н =α н J св /60M где α н — коэффициент наплавки, г/(А- ч); J св — сила сварочного тока. А; М - масса 1 м металла наплавки, г. Скорость подачи электродной проволоки в метрах в минуту υ п =4α н J св /(60πd 2 γ) где d — диаметр электродной проволоки, мм; γ — плотность наплавленного металла, г/см 3 Частота вращения наплавляемой детали в оборотах в минуту N=[250 υ п d 2 υ п d 2 /(ΔsD)]η где υ п — скорость подачи электродной проволоки, м/мbн; Δ — толщина слоя наплавки, мм; s — шаг наплавки, мм/об; D — диаметр восстанавливаемой детали, мм; η — коэффициент наплавления, Оборудование. Для восстановления деталей наплавкой под слоем флюса наиболее широко используется специальная установка УД-209. Наплавка осуществляется методом винтового или прямолинейного наложения сварочных швов на восстанавливаемую поверхность детали. Установка обеспечивает практически все виды наплавочных работ: - наплавку цилиндрических поверхностей по спирали с шагом наплавки от 2,8 до 12,6 мм; - наплавку деталей с колебаниями электрона на ширину наплавляемой поверхности (до 60 мм); - линейную наплавку; - наплавку конусных поверхностей. На установке возможна наплавка деталей диаметром от 25 до 360 мм и длиной от 100 до 800 мм. В качестве электродного материала используют проволоку сплошную и порошковую диаметром 1,2 — 3,2 мм. 39 Наплавочная установка обеспечивает фиксацию восстанавливаемой детали, ее вращательное движение, подачу электродной проволоки в зону горения дуги, поступательное перемещение электродной проволоки вдоль оси вращения детали и при необходимости приведение электродной проволоки в колебательное движение. Наплавочная установка УД-209 (рис. 4.4) состоит из сварной станины, на которой размещены каретка, вращатель детали, механизм подачи электродной проволоки, мундштука, задней бабки с подвижной пинолью, устройства для отсоса газов, бункера для флюса и пульта управления. Рис. 4.4. Схема наплавочной установки УД-209 Каретка 5 установлена на станине 1 наплавочного станка и представляет собой плиту, на которой закреплены ролики: верхние — на неподвижных осях и нижние, имеющие устройство, поджимающее их к направляющим станины. На корпусе каретки крепятся механизмы подъема сварочной головки, а также концевые выключатели механизма подъема и перемещения каретки, Механизм подачи 6 служит для подачи электродной проволоки через мундштук 4 в зону наплавки. Механизм подачи установлен ни каретке и состоит из электродвигателя и червячного редуктора, соединенных между собой изоляционной муфтой и изолирующей прокладкой. Кроме того, механизм подачи электродной проволоки содержит колебатель мундштука и обеспечивает одновременную подачу и колебания электрода. 40 4.4. Сварка и наплавка в защитных газах Сварка и наплавка деталей в среде углекислогогаза. Сварка (наплавка) в углекислом газе — это способ сварки плавящимся электродом с защитой сварочной ванны от воздуха углекислым газом. Сварка в углекислом газе голой, сплошной проволокой от носится к самым дешевым способам сварки углеродистых и низколегированных деталей. Поэтомупо объему производства она занимает первое место среди механизированных способов сварки плавлением. При сварке в среде углекислого газа (рис. 4.5) из сопла горелки, охватывающего поступающую в зону горения дуги электродную проволоку, вытекает струя газа, достаточная для оттеснения воздуха от реакционной зоны сварки. Защитные свойства струи зависит от физических свойств газа, в частности, от соотношения его плотности к плотности воздуха, Плотность углекислого газа достаточно высокая, приблизительно в 1,5 раза больше плотности воздуха что позволяет обеспечить защиту реакционного пространства дуги от воздуха при относительно небольших расходах газа в струе. Исследованиями установлено, что расход, газа в объёме 10 л/мин уже обеспечивает достаточную защиту реакционного пространства. Рис. 4.5. Схема установки для сварки (наплавки) в среде СО 2 : 1 — баллон с углекислым газом; 2 — осушитель; 3 — подогреватель газа; 4 - - газовый редуктор; 5 — расходомер газе;6 — клапан; 7 — электромагнит; 8 — аппаратный ящик; 9 — механизм подачи проволоки; 10 — горелка; 11 — восстанавливаемая деталь; 12 — источник тока 41 На ремонтных предприятиях наиболее широко используется полуавтомат А- 547-У, который обеспечивает качественную сварку металла толщиной 0,8 — 4,0 мм. Диаметр применяемой электродной проволоки может изменяться в широких пределах от 0,6 до 1,2 мм при скорости ее подачи 140 — 600 м/ч. Номинальный сварочный ток — 300 А. В качестве источника питания используется сварочный селеновый выпрямитель ВС-300. 4.5. Вибродуговая наплавка деталей Вибродуговая наплавка отличается от ранее рассмотренных способов наплавки, тем что в процессе восстановления детали конец электродной проволоки совершает колебательные движения в плоскости, перпендикулярной наплавляемой поверхности, а также тем, что наплавленный слой металла принудительно охлаждается. Процесс осуществляется нестабильной дугой (дуга на стадии тлеющего разряда) в сочетании с периодически повторяющимся коротким замыканием электрической сварочной цепи. Это способствует смягчению теплового режима наплавки. Перенос металла в режиме коротких замыканий облегчает формирование наплавляемых валиков. Вибродуговую наплавку осуществляют на установке стальной проволокой (рис. 4.6), которая подается через мундштук 9 до соприкосновения с поверхностью детали 1. К детали и проволоке подводится сварочный ток низкого напряжения. В момент соприкосновения электрода 10 с деталью 1 по проволоке протекает ток короткого замыкания. Это способствует расплавлению поверхности детали в месте контакта, и торец электрода быстро нагревается до температуры плавления. В результате такого взаимодействия достигается структурная связь между деталью и наплавленным металлом. Благодаря колебательному движению мундштука 9 торец электрода 10на короткое время отходит от поверхности детали 1, и в разрыве сварочной электрической цепи возникает искровой разряд с переходом в стадию тлеющего разряда, который длится до момента очередного соприкосновения торца электрода с поверхностью детали. 42 Рис. 4.6. Схема установки для вибродуговой наплавки: 1— источник сварочного тока; 2 — штуцер для подачи охлаждающей жидкости; 3 — механизм подачи электродной проволоки; 4 — электровибратор; 5 — кассета с электродной проволокой; 6 — уравновешивающие пружины; 7 — насос для подачи охлаждающей жидкости; 8 — мундштук; 9 — электрод; 10 — наплавляемая деталь; 11 — дроссель Полезность выполнения электродом данного колебательного цикла состоит в том, что при коротком замыкании сварочной цепи основное количество тепла практически аккумулируется в вылете электрода и небольшом микрообъеме поверхностного слоя детали. При этом температура жидкой ванны достигает 1450 — 1500 °С, т. е. не превышает температуры плавления металла. Это не только смягчает тепловой режим наплавки, но и предотвращает возможность выгорания и испарения химических компонентов металла. |