Организация ремонта строительнодорожных машин
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
5.6. Вибродуговая наплавка Вибродуговая наплавка является разновидностью автоматической дуговой наплавки плавящимся электродом. В процессе вибродуговой на- плавки в зону дуги подается жидкость, которая защищает расплавленный металл от воздействия окружающего воздуха, уменьшает нагрев наплав- ляемой детали и повышает твердость наплавленного слоя. Использование вибрирующих электродов повышает стабильность горения дуги. Толщина наплавленного слоя – 0,3 мм и выше. Образование наплавленного слоя происходит в результате периодически повторяющегося переноса элек- тродного материала в виде отдельных капель. В качестве защитной среды можно использовать также флюс, водяной пар и различные защитные га- зы. Наибольшее распространение получила вибродуговая наплавка в среде жидкости – 4% раствора кальцинированной соды. Сущность вибродуговой наплавки заключается в следующем. К элек- троду и детали подводится электрический ток от сварочного генератора. В момент касания детали электродом происходит короткое замыкание свароч- ной цепи. Ток максимальной плотности проходит через точку контакта с ме- таллом, в результате чего металл расплавляется. При отрыве вибратором электрода от детали возбуждается дуга, расплавляющая на поверхности дета- ли металл электрода. Затем дуга гаснет, и процесс повторяется. Таким образом, при вибродуговой наплавке вначале при коротком замыкании ток возрастает, нагревает электрод до состояния, когда на его конце возникает капля расплавленного металла. Затем электрическая цепь разрывается, и электрод вновь начинает приближаться к поверхности де- тали. Если электрод не коснется поверхности детали, то под действием инерционных и электродинамических сил образовавшаяся капля металла вытягивается до тех пор, пока не замкнет дуговой промежуток. При этом образуется жидкий мостик между торцом электрода и поверхностью на- плавляемой детали. Электрический разряд, возбуждаемый в промежутке между поверхностью детали и электродом при напряжении 14…25 В, яв- ляется периодическим дуговым разрядом. Период электродугового разряда составляет 20 % общей длительно- сти цикла. С удалением электрода от детали дуга гаснет, и наступает период холостого хода, равный 30% длительности цикла. В процессе наплавки постоянным током более 80% тепла выделяется в период лугового разря- да, остальное тепло выделяется во время короткого замыкания. Вибродуговая наплавка производится при вращении наплавляемой детали в центрах токарного станка и одновременной подаче вибрирующей проволоки посредством специальной головки, установленной на суппорте станка. Установки для вибродуговой наплавки цилиндрических деталей в 119 охлаждающей жидкости состоят из токарного станка, источника питания, наплавочной головки, механизма подачи жидкости, пульта управления ус- тановкой и кассеты для электродной проволоки. Вибродуговая наплавка отличается от ранее рассмотренных тем, что при этом способе механизированной сварки и наплавки конец электрода со- вершает колебательные движения в плоскости, перпендикулярной наплав- ляемой поверхности, а также и тем, что наплавляемый слой охлаждается. Наплавочная головка устанавливается на суппорт токарного станка и перемещается с ним вдоль детали, а наплавляемая деталь устанавливается в центре станка и приводится во вращение. Головка для вибродуговой наплавки, кроме обычного механизма по- дачи проволоки, имеет вибратор, сообщающий колебательное движение хоботку мундштука. Частота колебаний равна частоте перемены направ- ления тока (50 раз в сек.), а размах составляет 1,5…2,5 мм. Для вибродуго- вой наплавки выпускаются наплавочные головки с механическим вибра- тором (ОКС–12–62М, ОКС–65–69), где колебательное движение хоботка головки создается кулачковым или эксцентриковым приводом. Охлаждение наплавленного слоя производится охлаждающей жид- костью (обычно 3…5 %-ный раствор кальцинированной соды в воде), по- даваемой насосом. Небольшое количество жидкости (до 0,3 л/мин) пода- ется непосредственно в зону горения дуги, одновременно охлаждая мунд- штук наконечника, остальная часть жидкости (2…25 л/мин) направляется на наплавленный слой на некотором удалении от зоны горения дуги. В электрическую цепь последовательно с источником питания, деталью и электродом включается дроссель (катушка индуктивности), представляю- щая собой железный сердечник с обмоткой. Индуктивность электрической цепи при вибродуговой наплавке обычно составляет 300…400 мкГн. Наплавка ведется на постоянном токе обратной полярности при на- пряжении 16…24 В (чаще всего 18…22 В). Благодаря вибрации электрода и значительной индуктивности цепи при отходе электрода от детали возникает электродвижущая сила самоин- дукции, напряжение повышается до 28…30 В, и загорается электрическая дуга. Происходит плавление электрода и наплавка металла на деталь. Наплавленный валик интенсивно охлаждается за счет теплоотвода в деталь и охлаждающую жидкость и получает закалку. Последующий валик наплавленного металла, частично расплавляя предыдущий, создает зону отжига. Это приводит к тому, что наплавленный слой получается пестрым по структуре и твердости. Для вибродуговой наплавки применяют сварочные и наплавочные проволоки диаметром 1,2…2,2 мм, скорость подачи электродной проволо- ки берется в пределах 0,75…3,0 м/мин, а шаг наплавки – 1,0…1,5 диаметра проволоки. 120 При вибродуговой наплавке в качестве защитной среды, кроме ох- лаждающей жидкости, могут применяться защитные газы (в т.ч. водяной пар) и флюсы. В качестве источника питания применяют сварочные преобразова- тели (ПСГ–500, ПСУ–500), выпрямители, а также низковольтные генера- торы типа АНД–500/1000. Наибольшее распространение на ремонтных предприятиях получили головки для вибродуговой наплавки ОКС–1252 и ОКС–6569 с механическим вибратором. Используются вибродуговые головки ГВНД–72 для двухэлек- тродной наплавки, которая на 60…80% производительнее одноэлектродной наплавки и позволяет получить наплавленный слой более высокого качества. Восстановление изношенных деталей вибродуговой наплавкой име- ет ряд преимуществ перед другими способами восстановления. Низкое на- пряжение, при котором идет процесс, и его прерывистый характер позво- ляют вести наплавку при малой глубине нагрева детали, практически без ее деформации. Этому же способствует интенсивное охлаждение. Совме- щая процесс наплавки и закалки слоя, можно получать слои малой толщи- ны – от 0,5 до 25 мм. Все это делает этот способ наплавки особенно удоб- ным при восстановлении деталей малого диаметра. Однако появление внутренних напряжений в наплавленном слое и возможность образования микротрещин вследствие интенсивного охлаж- дения приводят к снижению усталостной прочности детали, что ограничи- вает область применения вибродуговой наплавки для деталей, работаю- щих в условиях тяжелых, знакопеременных и ударных нагрузок. Большин- ство деталей машин имеет двойной и более запас прочности и вполне при- годны к ремонту вибродуговой наплавкой. 5.7. Особенности сварки и наплавки чугунных деталей Cварка и наплавка чугунных деталей связаны со значительными труд- ностями. Из-за быстрого охлаждения шва происходит отбеливание чугуна, т.е. значительная часть углерода не успевает выделиться в виде графита, и чу- гун кристаллизуется в виде белого чугуна – цементита, представляющего со- бой химическое соединение углерода с железом (Fe 3 C). Это придает шву вы- сокую твердость и хрупкость и, кроме того, способствует образованию тре- щин. Неравномерность нагрева и охлаждения детали при сварке, разность ко- эффициентов усадки материала детали и шва создают значительные внутрен- ние напряжения, являющиеся причиной образования новых трещин в про- цессе сварки и после нее. Вследствие выгорания углерода и кремния образу- ется большое количество газов и различных шлаковых соединений, которые не успевают выйти из расплавленного металла: шов получается пористым и загрязненным неметаллическими включениями. 121 Подготовка чугунных деталей к сварке начинается с выявления де- фектных участков и границ трещин. Концы трещин засверливают диамет- ром 3…4 мм, поверхность металла вокруг трещины зачищают до блеска. Горячая сварка чугунной детали дает наилучшее качество сварного шва. При этом способе деталь нагревают в печи до температуры 650…700 ºС и в горячем состоянии производят заварку трещин или наплавку. Дли- тельность нагрева 1,5…2 часа. В процессе сварки деталь не должна охлаждаться ниже 500 ºС. Для этого ее после нагрева помещают в термос, имеющий двойные стенки из листовой стали с асбестовым наполнителем. В термосе сделаны люки для заварки типичных для данной детали дефектов. После сварки детали под- вергают отжигу при температуре 600…650 ºС и охлаждают вместе с печью или в специальных термосах. Скорость охлаждения рекомендуется 50…100 ºС в час. Сварку обычно проводят газовой горелкой, устанавливая пламя с избытком горючего газа. Присадочный материал – чугунные прутки типа А, изношенные поршневые кольца из серого чугуна. В качестве флюса может применяться техническая бура (желатель- но, прокаленная) или смесь 50% буры и 50% двууглекислого натрия. Для сварки чугуна чугунными крутками промышленность выпускает флюсы марок ФСЧ–1 и ФСЧ–2. При заварке трещин у нагретых деталей электродуговой сваркой применяют электроды из чугунных прутков с покрытием, значительную долю которого (40…50 %) составляет графит (например, электроды ОМЧ–1, МСТ и ЦНИИВИТ) Сварка чугунной детали с общим ее нагревом позволяет получить прочный, плотный и однородный с материалом детали шов. Таким спосо- бом можно восстанавливать головки цилиндров (заварка трещин, наплавка изношенных клапанных гнезд). Недостатки этого способа заключаются в сложности применяемого оборудования, малой производительности и высокой стоимости восста- новления деталей. Холодная сварка чугунных деталей производится без подогрева, по- этому должны применяться такие приемы, а также электроды и присадочные материалы, которые снижали бы до минимума возможность отбела чугуна, закалки сварочного шва и повышения внутренних напряжений в деталях. При холодной газовой сварке чугун в месте заварки расплавляют го- релкой медленно, чтобы графит успел раствориться. При этом нельзя пе- регревать металл. Поэтому выбирают горелку с меньшим расходом ацети- лена (80…90 л/ч на 1 мм толщины свариваемого металла), чем при сварке стали; расстояние между деталью и конусом пламени устанавливают в пределах 20…30 мм. 122 Холодную электросварку чугуна рекомендуется вести на постоян- ном токе при обратной полярности, применяя электроды малого диаметра (3…4 мм). Величину тока J устанавливают пониженную, принимая J = (25…30) d эл. Холодную газовую и электродуговую сварку чугуна следует вести вразброс короткими швами длиной до 40…50 мм с промежуточным охла- ждением швов до 50…60 ºС. Холодную сварку чугуна можно вести следующими присадочными материалами и электродами: чугунными прутками или электродами; стальными электродами (электродуговая сварка); комбинированными и пучковыми электродами; монелевыми прутками или электродами; лату- нью или специальными припоями (сварка – пайка газовым пламенем). Сварку чугунными прутками или электродами обычно применяют при заварке небольших дефектов на поверхности детали или таких участ- ков, где сварка не вызовет значительных внутренних напряжений (напри- мер, приварка отломанной части фланца, лап кронштейнов и т.п.) При газовой сварке используют прутки марок Б, НЧ–1, НЧ–2. Мож- но применять также изношенные чугунные поршневые кольца. Флюсы ос- таются те же, что и при горячей сварке. Электродуговую сварку ведут чугунными электродами, покрытия которых дают возможность получать наплавленный слой в виде чугуна. Для этого в состав покрытия вводят углеродосодержащие и графитообра- зующие компоненты, способные осуществить графитизацию металла шва в условиях кратковременного существования сварочной ванны. Часто при- меняют покрытия следующего состава: графит (40%), ферросилиций (40…45%), алюминиевый порошок (10%), углекислый барий (5…10%), графит и мел по 50%. Как уже отмечалось, выпускаются электроды с чу- гунными стержнями ОМЧ–1, МСТ, ЦНИИВТ и др. Сварка электродами из малоуглеродистой стали получила широкое распространение. Для получения шва хорошего качества, а также для того, чтобы избежать закалки шва и образования трещин, применяют специаль- ные способы сварки, например, сварку наложением отжигающих валиков. При этом способе обычно используют электроды Св–08 с меловым покры- тием или электроды с покрытием УОНИ–13/55 и др. Первый валик, накла- дываемый на чугун, вследствие перемешивания электродного материала с основным представляет собой сталь с содержанием углерода 0,6…0,8%. При охлаждении шов закаливается. Последующие валики, накладываемые на первые, отжигают нижележащие слои, что позволяет получить относи- тельно мягкий шов. При заварке трещины в тонкостенной чугунной детали вначале обва- ривают концы трещины. Затем вразброс на участках длиной 40…50 мм с промежуточным охлаждением наплавляют вдоль трещины подготовительные 123 валики, после чего наносят соединительные валики, которые одновременно являются отжигающими. Можно вначале нанести на подготовительные вали- ки отжигающие, а потом уже соединительные. После нанесения каждого ва- лика рекомендуется его проковка (до охлаждения не ниже 800 ºС). При сварке толстостенных чугунных деталей шов перед сваркой раз- делывают так, чтобы ширина разделки в верхней части в 2…3 раза превы- шала толщину свариваемой детали. Способ сварки с нанесением отжигающих валиков применяют при восстановлении блоков, картеров, корпусов задних мостов и т.д. Этот спо- соб позволяет получить шов, поддающийся механической обработке при сравнительно высоких прочности и плотности. Для сварки чугуна выпускаются специальные стальные электроды ЦЧ–4 и железоникелевые ЦЧ–ЗА. Этими электродами можно проводить сварку в один слой (без отжигающих валиков). Для обеспечения плотности шва часто на него наносят клеевой со- став, например эпоксидный. Сварку стальными электродами с установкой упрочняющих штиф- тов и скоб применяют для получения большой прочности (80…100% прочности основного металла), например, приварка лап к корпусу заднего моста, приварка отломанных проушин к переднему брусу рамы и т.д. В за- висимости от толщины детали после ее подготовки устанавливают штиф- ты или скобы. Обварку их проводят в два слоя: первый шов – подготови- тельный, второй – отжигающий. Дальнейшую и окончательную сварку проводят способом отжигающих валиков. Сварка медно–стальными и пучковыми электродами позволяет полу- чить плотные соединения при сварке чугуна. Электроды содержат 80…90 % меди и 10…20 % железа. Такие электроды выпускают под марками ОЗЧ–1 (медный стержень с покрытием УОНИ–13/55, в которое добавлен железный порошок), АНЧ–1 (проволока из хромоникелевой стали 04Х18Н9 с медной оболочкой и защитным покрытием) и т.п. Медно–стальные электроды мож- но изготавливать самостоятельно, надевая на стальной стержень медную трубку, обматывая медный стержень полоской листового железа и т.п. По- сле изготовления на электрод наносят стабилизирующее (меловое) или за- щитное покрытие (типа УОНИ–13/55). Сварку рекомендуется проводить на постоянном токе обратной полярности. Прочность шва, полученного при сварке медно–стальными электродами, меньше, чем при сварке стальными или чугунными электродами. Поэтому этот вид сварки применяют для вос- становления герметичности и плотности в таких деталях, где не предъявля- ется высоких требований к прочности. Сварка чугуна монель-металлом (медно-никелевый сплав: медь 30%, никель 65%, марганец 1,5…2% и железо 3…3,5%) дает хорошие результа- ты. Сварку можно вести как газовым пламенем, так и электрической ду- 124 гой. При электродуговой сварке применяются электроды, состоящие из монелевого стержня с покрытием УОНИ–13/55 (электроды МНЧ–1). Сварку ведут на постоянном токе при обратной полярности короткими участками, вразброс, с промежуточным охлаждением и проковкой каждо- го валика. Монель-металл удовлетворительно сплавляется с чугуном, от- беливания чугуна не происходит. Плотность сварного соединения вполне удовлетворительная, а прочность шва несколько пониженная. Недостаток – сравнительная дороговизна и дефицитность монель-металла. 5.8. Особенности сварки и наплавки деталей из алюминиевых сплавов Алюминиевые сплавы, из которых изготавливают корпусные детали машин и автомобилей, обладают рядом свойств, затрудняющих их сварку. Благодаря близости свойств алюминия и кислорода на открытых по- верхностях всегда образуется окисная пленка, которая затрудняет процессы сварки. Окисная пленка по своим свойствам значительно отличается от ос- новного металла. Удельный вес окисной пленки – 3,85 г/мм 3 , а удельный вес основного металла – 2,65 г/мм 3 . Температура плавления окисной пленки со- ставляет 2060 о С, температура плавления основного металла – 670…650 о С. При сварке тугоплавкая и тяжелая окисная пленка не растворяется, опускается в расплавленный металл, оседает на границе расплава и основного металла и препятствует соединению наплавленного металла с основным. Для получения качественного сварного соединения самой важной задачей является удаление окисной пленки или предупреждение ее обра- зования. Известны и применяются различные способы предупреждения и удаления с поверхности деталей окисной пленки: механические, химиче- ские, защитных газов и т. д. У алюминиевых сплавов, обладающих скрытой теплотой плавления, цвет при нагревании не меняется, поэтому переход из твердого состояния в жидкое почти невозможно заметить, и если не предприняты дополни- тельные меры (подкладки и т. д.), то расплавленный металл может вытечь и провалиться. Из- за высокой теплопроводности, в 3 раза превышающей теплопроводность малоуглеродистой стали, место сварки быстро охлажда- ется, поэтому для сварки требуются мощные источники тепла или предва- рительное подогревание детали. В сварочных швах алюминия возникают большие растягивающие напряжения из-за большой усадки при остывании после сварки, и если не принять дополнительных мер, то возникнут трещины. При сварке деталей со сложной конфигурацией необходимо учиты- вать, что остывание различных по толщине стенок происходит в различные промежутки времени, так как тонкие стенки остывают и приходят в свое окончательное состояние быстрее толстых. В результате возникают напря- 125 жения и коробление детали. Дефекты в деталях из алюминиевых сплавов устраняют с помощью газовой, электродуговой и аргонодуговой сварки. Чтобы исключить или значительно уменьшить вероятность возникновения трещин, перед сваркой деталь целесообразно подогреть до температуры 180…300 о С в зависимости от толщины свариваемого металла. Электродуговую сварку деталей из алюминиевых сплавов произво- дят на постоянном токе обратной полярности, так как при переменном то- ке имеет место большое разбрызгивание наплавляемого металла. Наилуч- шие результаты получаются при сварке алюминиевых деталей с использо- ванием электрода ОЗА–2, который представляет собой алюминиевую про- волоку Св–АК3 или Св–АК10 толщиной от 4 до 8 мм, покрытую специ- альной обмазкой толщиной 0,6…0,8 мм на сторону методом опрессовки. Обмазка содержит следующие компоненты: флюс АФ–4А – 65%, криолит – 25%, хлористый калий – 9%, губчатый титан – 1%, раствор кар- боксиметилцеллюлозы – 12…14%. Обмазка электрода ОЗА–2 обладает большой влагопоглощающей спо- собностью и быстро сыреет. Отсыревшие электроды перед применением прокаливают в нагревательной камере при температуре 200…230 о С в тече- ние 1…1,5 ч. Величина коэффициента наплавки электродов ОЗА–2 составля- ет 6,25…6,5 г/А·ч. Диаметр электрода и силу тока подбирают в зависимости от толщины свариваемого металла: при толщине 4…9 мм используют элек- троды диаметром 5 мм и ток 140…260 А. Трудно восстанавливать детали с толщиной стенок менее 4 мм, так как возможны прожоги стенок. Скорость электродуговой сварки алюминиевых сплавов в несколько раз превышает скорость сварки сталей (при аналогичных режимах) и в среднем составляет 4…6 м/мин. При газовой сварке алюминиевых сплавов используют ацетилен и реже – пропан-бутановую смесь. Образующиеся окислы удаляют специ- альными флюсами, которые реагируют с окислами алюминия, образуя лег- кие шлаки, плавающие над расплавленным металлом, предохраняя его от дальнейшего окисления и попадания в него газов. Для сварки алюминия разработано несколько марок флюсов. Флюсы содержат хлористый калий, натрий, литий, кальций, а также фтористый ка- лий, кислый сернокислый натрий, криолит в разных сочетаниях с разным процентным количеством. Флюсы, содержащие хлористые элементы, до- вольно агрессивны и вызывают коррозию при соприкосновении с алюмини- ем, поэтому после сварки остатки флюса нужно сразу удалить, прочистить место сварки стальной щеткой до появления блеска и смыть теплой водой. Присадочным металлом при сварке деталей из алюминиевых спла- вов служат прутки или проволока того же состава, что и свариваемый ме- талл, а также проволока Св–АК12, Св–АК5, Св–АК10. Можно использо- вать кусочки алюминиевого сплава, изготовленные из деталей, которые 126 восстанавливают, в том числе из блоков, головок блока и других алюми- ниевых деталей. Пламя горелки при сварке деталей из алюминиевых сплавов должно быть нейтральным или с небольшим избытком ацетилена. Давление газа устанавливают на 5…10% меньше, чем при сварке сталей аналогичной толщины. Часовой расход газа зависит от толщины свариваемого металла. Для сварки деталей из алюминия с толщиной стенки до 5 мм применяют левый способ сварки, при толщине более 5 мм – правый. Основная задача при сварке алюминия – удалить окисную пленку, которая, как более тяжелая, осаждается и располагается на границе основ- ного и наплавленного металла. При газовой сварке алюминия без флюса (способ В.И. Евстигнеева) для удаления окислов из жаростойкой стали из- готавливается специальный крючок, который не плавится при температуре плавления алюминия (600 о С). Наплавленный металл держат в расплав- ленном состоянии, погружают в него крючок и им выскребают окислы. При аргонно-дуговой сварке алюминиевых деталей дуга горит между деталью и вольфрамовым электродом. В зону дуги подается аргон под опре- деленным давлением. Одновременно с помощью тепла дуги расплавляется присадочный материал. Дуга разрушает поверхностную окисную пленку, а аргон предохраняет расплавленный и присадочный металл от окисления. В качестве присадочного материала можно использовать проволоки АМГ, АМГ3 диаметром 1,6…3,0 мм или прутки, нарезанные из основного металла. С присадочного материала перед сваркой необходимо удалить жир, грязь и окисную пленку механическим или химическим способом. После очистки присадочный материал промывают в холодной воде и су- шат при температуре 60…100 о С. Сварочную дугу возбуждают на графитовой пластине и после доста- точного накала переносят на деталь. В качестве неплавящегося электрода при аргоно-дуговой сварке применяют вольфрамовые прутки марки ВА–1А. Возможно применение так называемых тарированных вольфрамовых электродов марки ВП1 и вольфрамовых прутков. Диаметр устанавливаемого в горелку электрода зависит от силы сварочного тока. Применение электродов с завышенным диаметром для данной силы сварочного тока не рекомендуется, так как из-за более низкой температуры нагревания электрода уменьшается элек- тронная эмиссия тока. Для закрепления вольфрамового электрода, подвода к нему свароч- ного тока и подачи в зону дуги защитного газа применяют горелки ГРАД–200 и ГРАД–400 с водяным охлаждением. Малая горелка ГРАД–200 предназначена для сварки при силе тока до 200 А, большая го- релка – для сварки при силе тока до 400 А. Возможно применение горелок с естественным охлаждением АР–3 и АР–10. 127 Для сварки алюминиевых сплавов в качестве защиты применяют ар- гон чистый марки А, содержащий не более 0,003…0,005% кислорода и не более 0,01…0,04% азота. Аргон поставляют в баллонах емкостью 40 л под давлением 14715·10 3 Па. Расход аргона зависит в основном от толщины свариваемого металла. В качестве присадочного материала при аргонно-дуговой сварке де- талей из алюминиевых сплавов применяют ту же проволоку, что и при га- зовой сварке алюминиевых сплавов, но диаметром на 1 мм меньше. Ниже приведен расход газа при аргонно-дуговой сварке: Сварочный ток, А 60…80 80…120 120…200 200…350 350…500 Расход аргона, л/мин 4…5 5…6 8…10 6…8 10…15 Сила сварочного тока зависит от толщины металла. Соответствую- щие соотношения приведены ниже: Толщина метал- ла, мм 2…3 4…5 5…6 7…10 Сила сварочного тока, А 80…130 140…190 200…280 280…400 |