Восстановление деталей сваркой и наплавкой. Восст. дет. сваркой и наплавкой. Удельный вес сварных конструкций по сравнению с литыми и клепаными в машиностроении и строительстве непрерывно возрастает

• Название: Удельный вес сварных конструкций по сравнению с литыми и клепаными в машиностроении и строительстве непрерывно возрастает
• Анкор: Восстановление деталей сваркой и наплавкой
• Дата: 24.10.2022
• Размер: 4.21 Mb.
• Имя файла: Восст. дет. сваркой и наплавкой.doc
• Тип: Документы; #751817
• страница: 2 из 8

Часть энергии дуги, горящей в сопле, расходуется на нагрев сопла и канала: от 25-30 до 60-70% для головок с выделенной струей соответственно при большом и малом расходе газа и от 5-6 до 30-40% для головок со струей, совпадающей со столбом дуги. Значение тепловой мощности и эффективного к.п.д. нагрева составляют для этих двух газовых сред соответственно 139 кал/с и 30% и 75 кал/с и 28%.

Институтом металлургии им. А.А. Байкова АН СССР разработаны конструкции плазменных головок для сварки и резки металлов, наплавки и нанесения покрытий (ИМЕТ-104, ИМЕТ-105, ИМЕТ-106).

Предварительная подготовка изделий к сварке заключается в их очистке и отбортовке кромок. Возможна сварка и без отбортовки. Для уменьшения коробления листов толщиной менее 1 мм их устанавливают в специальном приспособлении с прижимами.

Испытания показали, что сварное соединение не склонно к межкристаллитной коррозии, трещины в соединении не обнаруживаются.
1.7 Холодная сварка давлением
Метод холодной сварки основан на использовании пластической деформации, с помощью которой разрушают на свариваемых поверхностях хрупкую пленку окислов - основное препятствие для соединения металлов. В результате сближения чистых поверхностей до расстояния действия межатомных сил между ними возникает прочная металлическая связь. Соединяемые детали подвергаются сжатию, которое вызывает в них значительную пластическую деформацию и высокие удельные давления. Металл в зоне сварки течет. При этом атомы поверхностей соприкосновения сближаются, между ними возникают силы межатомного взаимодействия. В результате этого образуется прочное монолитное соединение с полным исчезновением поверхности раздела и электрического сопротивления.

Холодной сваркой можно соединять металлы, достаточно пластичные при комнатной температуре. Свариваемость зависит, кроме того, от соотношения твердостей металла и поверхностных пленок. Чем больше твердость пленок по сравнению с твердостью металла, тем легче их разрушение при деформировании, а следовательно, и образование соединения.

Снижение прочности соединения в результате уменьшения толщины деталей в месте сварки компенсируется наклепом при деформации.

Наиболее широко холодная сварка применяется для соединения алюминия и меди. Возможна сварка и других металлов в однородном и разнородном сочетании, в частности, алюминия и его сплавов со свинцом, латунью, никелем, меди со сталью, никелем, латунью и пр.

Методом холодной сварки можно осуществлять соединения: стыковое, тавровое и внахлестку. Перед сваркой поверхности, подлежащие сварке, очищаются от загрязнений обезжириванием, обработкой вращающейся проволочной щеткой, шабрением.

Для сварки алюминиевых одножильных проводов сечением от 2,5до10мм², а также медных сечением 2,5 и 4 мм², применяются клещи КС-6.

Для стыковой сварки алюминиевых и медных проводов сечением до 25 мм² выпускается настольный станок СНС-3. Многожильные провода и кабели обычно соединяют последовательной сваркой отдельных жил.

В последнее время предложено осуществлять холодную сварку путем сдавливания соединяемых изделий с одновременным их тангенциальным относительным смещением. Этот способ сварки получил название сварки сдвигом. При сварке сдвигом механизм образования сварного соединения несколько иной. При приложении тангенциальной силы начинается перемещение поверхностей. В процессе этого перемещения происходит сдирание окисных пленок и загрязнений с образованием отдельных мостиков контакта. Тангенциальное смещение соединяемых изделий дает возможность получить сравнительно большие площади очищенных от пленок поверхностей при сравнительно небольшом растекании каждой из них. С другой стороны, наличие тангенциальной силы уменьшает сопротивление пластическим деформациям и при данной нормальной силе позволяет получить большую площадь контакта. Это ведет к тому, что при точечной сварке сдвигом заметные сцепления развиваются уже при сравнительно небольших деформациях и усилиях.

При сварке сдвигом разноименных металлов прочное остаточное сцепление будет возникать только у металлов с близкими металлическими свойствами, например, наклепанного алюминия, отожженной меди и некоторых других.

Широкие перспективы развития холодной сварки заложены в простоте процесса, высокой производительности, экономичности и возможности автоматизации.


1.8 Ультразвуковая сварка металлов
В сварочном производстве ультразвук может быть использован в различных целях. Воздействуя им на сварочную ванну в процессе кристаллизации, можно улучшить механические свойства сварного соединения благодаря измельчению структуры металла шва и удалению газов. Ультразвук может быть источником энергии для создания точечных и шовных соединений.

При сварке ультразвуком неразъемное соединение металлов образуется при совместном воздействии на детали механических колебаний высокой частоты и относительно небольших сдавливаю­щих усилий. В принципе этот метод сварки имеет много общего с холодной сваркой сдвигом. При ультразвуковой сварке для получения механических колебаний высокой частоты обычно используются изменения размеров некоторых металлов и сплавов под действием переменного магнитного поля.

Для сварки ультразвуком применяются установки, разработанные МВТУ и МЭИ. Сварка ультразвуком по сравнению с другими видами сварки имеет ряд преимуществ, главным из которых является то, что при сварке не происходит нагрева значительных объемов металла до температуры плавления или близких к ней.

Более того, ультразвуковая сварка может применяться для сварки металлов с неметаллами (полиэтилена, полипропилена и др.) через прокладку из алюминиевой фольги. Однако, несмотря на свои преимущества, она пока не получила широкого распространения. Это в значительной мере связано с недостаточной изученностью процесса.
1.9 Сварка и наплавка в защитных газа
При ремонте вагонов наиболее распространенным в качестве защитной среды является углекислый газ. Он защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом, который особенно вреден для сварки из-за присутствия в нем азота, вызывающего пористость и хрупкость металла шва. Двуокись углерода выпускают в соответствии с ГОСТ 8050-85. Из трех марок: сварочной, пищевой и технической, последнюю для целей сварки применять не разрешается. Газ транспортируется в баллонах в жидком состоянии под давлением до 5 МПа. В стандартный баллон вместимостью 40л заливается 25 кг жидкой углекислоты. Из баллона она забирается в газообразном состоянии. Двуокись углерода нетоксична и не взрывоопасна. Содержание ее в рабочей зоне до 0,5% объема воздуха опасности для здоровья человека не представляет, но при более высокой концентрации, что характерно для замкнутых и необеспеченных вытяжной вентиляцией помещений, снижается содержание кислорода в воздухе и возникает угроза для здоровья.

Присутствие в баллоне воды снижает качество сварного шва и поэтому необходимо дополнительное осушение, которое обеспечивается или установкой для осушения или путем удаления влаги из баллона после отстаивания его в течение 1-2 часов вентилем вниз и продувкой в течение 8-10 секунд. Кроме того, для удаления воздуха, попавшего в баллон, перед сваркой выпускают небольшое количество газа.

Расход углекислого газа для номинальных токов 200,315, 500 и 630А соответственно составляет 600,900,1200 и 1400 л/ч.

Воздействие углекислого газа на расплавленный металл двояко. С одной стороны - он защищает расплавленный металл от воздуха, а с другой разлагается при высокой температуре на окись углерода (СО) и кислород, что оказывает окисляющее действие на расплавленный металл. Устранение вредного воздействия осуществляется раскислением металла кремнием и марганцем (проволока Св08ГС, Св08Г2С2 и др.). При недостатке этих компонентов раскисление идет за счет углерода, и в этом случае шов содержит много пор.

Режим сварки и наплавки в среде углекислого газа характеризуется диаметром проволоки, величиной сварочного тока и напряжением, а также скоростью подачи проволоки и скоростью перемещения мундштука полуавтомата относительно изделия и размером вылета электродной проволоки.

При назначении режима следует учитывать следующие обстоятельства. На параметры шва влияют напряжение дуги и скорость сварки. Длина (напряжение) дуги является одним из основных технологических факторов, определяющих качество сварки. Так, она оказывает существенное влияние на глубину проплавления основного металла. Наиболее глубокое проплавление получается при короткой дуге. Укорочение дуги способствует получению плотных швов и уменьшению разбрызгивания металла. Однако при очень короткой дуге шов получается узким и высоким. Скорость сварки по сравнению с током и напряжением оказывает меньшее влияние на глубину проплавления.

Разбрызгивание электродного металла в значительной степени зависит от длины дуги, диаметра электрода, полярности и плотности тока. С увеличением напряжения дуги разбрызгивание растет, а с увеличением сварочного тока уменьшается. Следовательно, для уменьшения разбрызгивания необходимо применять короткую дугу и сварочную проволоку малых диаметров при высокой плотности тока (порядка 250-450 А/мм² [4, с.151]).

Известны форсированные режимы сварки тонких металлов проволокой малого диаметра с плотностью тока до 250 – 400 А/мм² [4,c. 151].

Сварку в среде углекислого газа производят на постоянном токе обратной полярности. Это связано с тем, что при прямой полярности характерно большое разбрызгивание металла. Хотя коэффициент плавления электродной проволоки при сварке на обратной полярности в 1,5-1,8 раза меньше, чем при прямой, это преимущество не удается использовать, так как при сварке на прямой полярности ширина шва значительно меньше, а высота выпуклости больше, чем при сварке на обратной полярности. Кроме того, при прямой полярности увеличивается окисляемость элементов, что повышает склонность к образованию пор.

На качество сварного шва влияет и расход углекислого газа. Необходимое для сварки количество газа зависит от режима сварки и от формы и размеров изделия. Так, с увеличением расхода газа снижается значение коэффициента плавления из-за охлаждения зоны сварки поступающим газом, хотя малый расход может не обеспечить газовую защиту. Повышение расхода газа при прочих постоянных факторах ведет к некоторому увеличению выгорания раскислителей - кремния и марганца.

В связи с отсутствием расчетных методик определения режима сварки в среде углекислого газа, пользуются опытными данными и рекомендациями, например [4, табл.4.12 и табл.4.14].

Технологическими преимуществами сварки в углекислом газе являются относительная простота процесса сварки, возможность получения качественных соединений при различной конфигурации швов и расположении их в пространстве, возможность полуавтоматической и автоматической сварки швов, отсутствие необходимости применения флюсов или покрытий, доступность наблюдения за процессам сварки, малая зона термического влияния и относительно небольшие деформации изделий в связи с высокой концентрацией дуги.
1.10 Сварка порошковой проволокой
Отличительной особенностью этого вида сварки является сочетание преимуществ ручной сварки - простоту и мобильность, и механизированной сварки в углекислом газе - высокую производительность и высокое качество сварных соединений.

Порошковая проволока - это непрерывный электрод, состоящий из металлической оболочки и порошкового сердечника - шихты. Металлическая оболочка, через поверхность которой подводится сварочный ток, удерживает порошковый сердечник и дает возможность осуществлять непрерывный процесс плавления при небольшом (20-70 мм) вылете и подаче непосредственно в зону сварки защитных материалов. Порошковые проволоки позволяют применять вести процесс при высокой плотности тока (порядка 170 - 200 А/мм², в то время, как при ручной сварке штучными электродами плотность не превышает 20 А/мм²). Производительность повышается не только за счет теплоты дуги, но и за счет выделения тепла при протекании тока по металлической оболочке. Высокая производительность обеспечивается также и благодаря наличию в сердечнике порошковой проволоки железного порошка. Вместе с тем, использование в качестве компоненты различных легирующих добавок обеспечивает наплавляемому слою наперед заданные свойства - износостойкость, жаростойкость, кислотостойкость и т.п.

По способу защиты металла шва порошковые проволоки делятся на самозащитные и требующие дополнительной защиты зоны сварки газом и флюсами.

Порошковые проволоки для сварки в углекислом газе не содержат газообразующих материалов, но благодаря повышенному содержанию рутила (достоинства которого известны по отличным сварочно-технологическим свойствам электродов марки МР-3 и АНО-4) - это проволока марок ПП-АН8, ПП-АН10, ПП-АН14, пользуются высокой репутацией. Оптимальный сварочный режим для проволоки ПП-АН8: сварочный ток 400-430А, напряжение на дуге 29-33В, скорость подачи проволоки 435 м/час, расход углекислого газа 12-14л/мин. Этот же режим может быть рекомендован и для проволоки более поздней разработки – ПП - АН21 и ПП - АН22 с шихтой рутилового типа. Для обеспечения повышенных характеристик металла шва, особенно при отрицательных температурах, предложены порошковые проволоки с другим основным компонентом – плавиковым шпатом. Это порошковые проволоки ПП-АН4 и ПП-АН9, используемые для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей повышенной прочности (в том числе стали 09Г2С, 10ХСНД). Оптимальный режим сварки для большинства работ: сварочный ток 250-300А, напряжение на дуге 24-28В, скорость подачи проволоки 265м/час, расход углекислого газа 12-14 л/мин [5].

Самозащитная проволока не нуждается в дополнительной защите зоны сварки. Проволоки, предназначенные для сварки низкоуглеродистых сталей, например ПП-АН1, ПП-1ДСК, относятся к рутилорганическому типу и обладают удовлетворительными сварочно-технологическими свойствами.

Наплавленный металл по химическому составу близок к кипящей или полуспокойной низкоуглеродистой стали. Для сварки ответственных конструкций из низкоуглеродистых и низколегированных сталей предназначены порошковые проволоки карбонатно-флюоритного типа, например ПП-АН3, СП-2, шлаковую часть которых составляют флюоритовый и рутиловый концентраты. Эти проволоки допускают более высокие токи, а значит, имеют более высокую производительность. Так, для проволоки ПП-АН3 диаметром 3 мм сварочный ток составляет 350-500А при напряжении 25-30В, а для проволоки СП-2 диаметром 2,3 и 2,5 мм - 280-500А и 26-34В соответственно.

Сварка порошковой проволокой выполняется шланговыми полуавтоматами (А-765, ПДГ-603) с источниками питания дуги постоянного тока с жесткими или пологопадающими характеристиками при обратной полярности и отрегулированных на падение напряжения холостого хода не более, чем на 3В. Не допускается колебание напряжения в сети более 5% номинальной величины.

Для получения качественного слоя наплавленного металла необходимо стремиться к уменьшению в нем доли основного металла так как вместе с ним в наплавляемый металл попадают и вредные примеси. Для этого необходимо использовать наплавку на спуск, установку большого вылета проволоки, наклон проволоки углом впереди уменьшение шага наплавки. Принцип заполнения сердечника порошкообразной смесью компонентов использован для создания порошковой ленты, использование которой позволяет улучшить процесс легирования наплавляемого металла и еще более повысить производительность наплавки. Особенность плавления порошковой ленты заключена в перемещении дуги от одной кромки ленты к другой. При этом на некоторых участках образуются перемычки, в которых отдельные капли металла входят в контакт с шихтой сердечника и легируются в течение перехода капли. Кроме того, часть шихты переходит в сварочную ванну помимо перемычек. В этом случае коэффициент перехода легирующих элементов в металл ванны в два раза выше, чем у контактирующей с каплями. Наплавка порошковой лентой выполняется в углекислом газе, под флюсом и открытой дугой.

Углекислый газ применяется при наплавке порошковой лентой ПЛ-9Х6Т2Г4С шириной 30мм. Оптимальный режим: сварочный ток 800А, напряжение на дуге 28-30В, расход углекислого газа 1800-2000л/час. Для наплавки под флюсом характерно применение повышенного тока. Оптимальный режим наплавки для ленты шириной 30мм: ток 900-1000А, напряжение на дуге 30-34В, скорость наплавки 0,4-0,55см/с. По сравнению с ручной наплавкой покрытыми электродами производительность повышается в 2,5-3 раза. При наплавке открытой дугой, например при износостойкой наплавке порошковой лентой ПЛ-АН101, на умеренном режиме (сварочный ток 950-1000А, напряжение на дуге 30-36В, скорость наплавки 0,45-0,70 см/с) производительность процесса составляет 25-30 кг/час, а на форсированном режиме (1700А, 42-45В, 1,10-1,15см/с) - 50-60кг/час.

Наплавка с помощью порошковой проволоки и ленты обладает рядом преимуществ перед другими способами - получение наплавленного слоя металла проще и дешевле, чем при сварке под флюсом и в защитных газах, а по сравнению с ручной наплавкой увеличивается производительность труда и улучшается качество наплавки. Так, при ручной наплавке покрытыми электродами производительность составляет 0,8-3 кг/час, автоматической под флюсом - 3-30 кг/час, автоматической в углекислом газе - 1,5-8 кг/час, автоматической самозащитной проволокой - 10-40 кг/час, а самозащитной порошковой лентой - 10-40кг/час. Однако приведенные значения максимальной производительности не всегда можно реализовать из-за небольших размеров деталей или сложности формы. Для тонких же деталей и небольшого диаметра нельзя использовать большой ток из-за возможности прожогов и стекания металла.

При определении технико-экономической эффективности процесса интересны данные по себестоимости 1 т наплавленного электродами и порошковыми проволоками металла. Они выражены в рублях по ценам 91 года и составляют: для электродов диаметром 5 мм УОНИ-13/55 - 2355, для порошковой проволоки ПП-АН3 - 1379, а ПП-АН8 - 1234 рубля. При этом следует иметь в виду, что металл шва, выполненного порошковой проволокой в углекислом газе, имеет высокую ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах. Последнее обстоятельство приобретает большую значимость для вагонных деталей.