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
 Скачать 4.21 Mb.
|
|
1.11 Наплавка под слоем флюса Этот вид восстановления вагонных деталей пока уступает наплавке порошковой проволокой и наплавке в среде углекислых газов и по данным обзора [10] составляет около 10% в общем объеме механизированных способов сварки и наплавки. Широкие перспективы наплавки под слоем флюса связаны с последними работами в этой области по восстановлению интенсивно изнашиваемых узлов (пятник-подпятник, фрикционный клин - надрессорная балка), а также по восстановлению профиля катания колеса наплавкой [6]. Наплавку производят голой электродной проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом - головкой автомата, а сама зона сварки находится под слоем флюса. Основным назначением флюса является защита расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. Кроме того, флюс должен обеспечивать правильную форму шва, надлежащий химический состав металла шва, высокие механические свойства наплавленного изделия, устойчивость процесса сварки, легкую удаляемость шлаковой корки с поверхности шва. В процесса сварки флюсы не должны выделять в большом количестве вредные газы и дымы, которые могут отравить работающих. Флюсы подразделяются на плавленые, керамические и флюсы-смеси. Последние используются в ограниченных объемах по рецептуре, например [3. табл.16], на заданную твердость наплавленного металла. Наибольшее распространение получили плавленые флюсы. Для наплавки углеродистых и низколегированных сталей применяются в основном высококремнистые марганцовые флюсы ОСЦ-45 и АН-348. Первый малочувствителен к ржавчине на поверхности основного металла и обеспечивает получение плотных швов, стойких против образования трещин. К недостаткам флюса следует отнести высокое содержание фтора, выделение которого требует эффективной вентиляции. Флюс АН-348 обеспечивает несколько большую устойчивость горения дуги и выделяет меньше вредностей из-за пониженного содержания фтористого кальция, но более чувствителен к коррозии. Известны и другие плавленые флюсы, например АН-20, АН-28, АН-60. По структуре плавленые флюсы делятся на стекловидные, пемзовидные (пористые) и кристаллические. Стекловидные имеют светло-серый, желтый и коричневый цвета разных оттенков. Зерна пемзовидного флюса светлых оттенков. Стекловидный флюс по сравнению с пемзовидным обеспечивает более совершенную защиту зоны сварки от действия воздуха. Для сварки проволокой диаметром менее 3 мм применяют стекловидный флюс с размерами зерен 0,25-1мм. Керамические флюсы АНК-18, АНК-19,К-11, КВС-19 кроме стабилизирующих и шлакообразующих элементов содержат легирующие добавки - ферросплавы, обеспечивающие высокую твердость и износостойкость наплавленного металла. Основными параметрами режима сварки являются сварочный ток и диаметр электродной проволоки, напряжение на дуге и скорость ее перемещения. Влияние сварочного тока проявляется в том, что с его увеличением растет и глубина провара и доля участия основного металла в металле шва. Обратная зависимость наблюдается при увеличении диаметра проволоки. Напряжение дуги почти не влияет на глубину проплавления, но с ее увеличением увеличивается подвижность дуги, а вместе с ней возрастает ширина шва и снижается его выпуклость. С увеличением скорости перемещения дуги увеличивается горизонтальная составляющая давления дуги на расплавленный металл сварочной ванны, жидкий металл из-под дуги вытесняется и глубина проплавления возрастает, несмотря на уменьшение погонной энергии. Это приводит к сокращению площади шва и увеличению доли участия основного металла в металле шва. На форму и размеры шва влияют и такие технологические факторы, как род и полярность тока, наклон электрода и изделия, вылет электрода, марка и структура флюса. Влияние рода тока и полярности на форму шва объясняется различным количеством теплоты, выделяющейся на катоде и аноде. При сварке под флюсом на аноде выделяется меньше теплоты, чем на катоде, и поэтому при прямой полярности глубина провара на 40-50% меньше, чем при обратной. В тоже время глубина провара на 15-20% меньше, чем при сварке на переменном токе. Влияние наклона электрода сказывается на изменении положения дуги. Так, при наклоне электрода углом назад происходит более интенсивное вытеснение металла сварочной ванны, несколько увеличивая при этом глубину провара. Этот метод применяют редко. В основном наплавку ведут при наклоне электрода углом вперед. Изменение вылета электрода и марки флюса приводит к изменению условий выделения теплоты. Увеличение вылета электрода ведет к усилению предварительного подогрева электрода током и к увеличению скорости его плавления. Суммарное напряжение при этом несколько увеличивается, а сварочный ток и глубина провара уменьшаются. Состав и строение флюса оказывают влияние на форму и размеры шва. При уменьшении насыпной массы флюса (пемзовидные флюсы) повышается газопроницаемость слоя флюса над сварочной ванной, в результате чего уменьшается давление в газовом пузыре, что увеличивает толщину прослойки под дугой и уменьшает глубину проплавления (валик низкий и широкий с плавным переходом к основному металлу). Стекловидный флюс увеличивает глубину проплавления. Крупнозернистый флюс дает более широкий валик и меньшую глубину проплавления, чем мелкозернистый. При наплавке следует стремиться к тому, чтобы припуск на обработку не превышал 1,5-2 мм, т.е. поверхность должна быть достаточно ровной без значительных наплывов и провалов между валиками. Это достигается определенным соотношением между током и напряжением. При наплавке плоских поверхностей небольшой ширины, например, клина гасителя колебаний или пятника, приходится ограничивать стекание шлака и металла в процессе наплавки дополнительными устройствами. При наплавке цилиндрической поверхности детали небольшого диаметра (например, шпинтоны, цапфы триангеля) следует учитывать возможность стекания жидкого металла. Это ограничивает выбор режима по току и напряжению. С учетом длины сварочной ванны необходимо выбирать величину смещения электрода с "зенита" в сторону, противоположную направлению вращения детали. Для деталей малого диаметра, где формирование валиков практически не удается, наплавку ведут самозащитной проволокой или в защитной среде углекислого газа. Расчет режима наплавки производят в следующей последовательности: а) Выбирают диаметр электродной проволоки в зависимости от величины износа или диаметра детали. б) Определяют сварочный ток по формуле:
где  - плотность тока, А/мм. = 35-160А/мм2;FПР - площадь поперечного сечения проволоки, мм2. в) Скорость подачи проволоки (см/с) находят по формуле:
где αР– коэффициент расплавления проволоки, г/(Аּч); IСВ – сварочный ток, А; dЭ – диаметр электродной проволоки, мм; ρ – плотность металла проволоки, г/см3. Для сварки в углекислом газе значение αР может быть рассчитано по формуле:
г) Коэффициент расплавления определяют в зависимости от рода тока по формулам - для переменного тока
- для постоянного тока прямой полярности
д) Скорость наплавки (см/с) определяется соотношением
где αН - коэффициент наплавки. αн = α р(1 - 0,01Ψ); Ψ - коэффициент потерь. Принимается менее 3%; FШ - площадь сечения шва, см2. Значительное повышение производительности наплавочных работ можно получить при сварке двумя проволоками и более. Если все проволоки присоединены к одному полюсу источника питания, процесс называют многоэлектродным (до 6 электродов); при присоединении каждого из электродов к отдельному источнику питания, процесс называют многодуговым. Возможно питание и по трехфазной схеме, когда одну из фаз подводят к изделию, а две других - к электродам. Значительное повышение производительности автоматической сварки может быть достигнуто при введении в сварочную ванну дополнительного присадочного металла, не несущего электрического заряда и подаваемого в зону дуги дополнительно к основному присадочному металлу - плавящемуся электроду. Это может быть как сплошной материал (проволока, лента), так и сыпучий (порошок, рубленая проволока и др.). Введением в сварочную ванну металлической крупки из сварочной проволоки диаметром 0,8-2 мм достигается перераспределение тепловой мощности и существенно уменьшается количество теплоты, поглощаемой основным металлом, его доля в металле шва уменьшается. Меньше перегревается изделие, повышается его стойкость против трещин. Повышается производительность процесса. В ряде случаев в вагонных депо используют в качестве электрода вырезанную по шаблону металлическую пластину толщиной 3-4 мм. Эту пластину накладывают на изношенную поверхность под слой флюса и ведут процесс наплавки путем искусственного возбуждения дуги. Известно также применение пластинчатых электродов при наплавке изношенных поверхностей корпуса автосцепки. Восстановление деталей специальными способами наплавки Электрошлаковая наплавка заключается в нагревании основного и электродного металлов теплом, которое выделяется при прохождении электрического тока от электродной проволоки через электропроводящий жидкий шлак к основному металлу. Другими словами, дуговой процесс заменяется шлаковым. Плавление электродного металла осуществляется в шлаковой ванне, температуру которой поддерживает проходящий через нее электрический ток. Этот вид наплавки можно применять для восстановления массивных стальных деталей с большим износом (более 10 мм). Протекание процесса сопровождается большими теплопотерями расплава через само изделие и через медные ограждения ванны (ползуны, металлизаторы, кокиль), что должно быть сбалансировано поступлением электрической энергии. Поэтому технология наплавки, оборудование и оснастка разрабатываются для конкретного изделия. Так, установка Т-1063, разра-ботанная отделом сварки ПКБ ЦВ при участии института сварки им. Е.О.Патона предназначена для восстановления перемычки хвостовика автосцепки, имеющей трещины в зоне перемычки и размеры менее 40 мм. К достоинствам установки следует отнести и то, что последующей механической обработки наружной и внутренней поверхности перемычки не требуется. Наплавка трением осуществляется за счет тепла, выделяющегося при трении. Трение обеспечивается вращением одной из деталей относительно другой (неподвижной) при воздействии сжимающих усилий. Область применения этого способа ограничивается деталями круглого сечения, присоединяемая часть которых может быть закреплена в шпинделе токарного (револьверного) станка - это тормозные тяги, стяжные болты поглощающего аппарата, магистральные трубы. Отметим, что свариваемые поверхности должны быть подготовлены (чистовое точение, шлифование). Газопламенное напыление заключается в нанесении различных покрытий в расплавленном состоянии на изделие, при ударе о поверхность которого и образуется покрытие для защиты металла от коррозии или исправления поверхностных дефектов. Основная часть выпускаемого оборудования для газопламенного напыления предназначена для покрытий термопластическими полимерными материалами, а также цинком и алюминием. Для нанесения покрытий из стали выпускается стационарный аппарат ЭМ-17. Производительность напыления по стали (материал – проволока Св08 диаметром 2мм)-18,8 кг/час при потребляемой мощности 16 кВт. Плазменная наплавка предназначена для нанесения на поверхность изделия материалов при высокой температуре (температура плазмы около 30000 градусов). Плазмообразующий газ (чаще всего аргон) под давлением пропускают через узкий канал плазмотрона, где и создается дуговой разряд, ионизирующий и нагревающий газ. Под действием электрического поля создается направленная плазменная струя, направляемая на присадочный материал. Корпус плазмотрона требует водяного охлаждения. Выпускаемые промышленностью установки для плазменного напыления предназначены для нанесения покрытий из порошковых керамических и металлических материалов и наплавки самофлюсующихся твердых сплавов. Вместе с тем, использование универсальной установки модели УПУ-8М позволило на ряде вагоноремонтных предприятий приступить к плазменной упрочнению поверхности катания колес (без нанесения дополнительных покрытий). Электродуговая металлизация заключается в том, что расплавление электродной проволоки производится дугой, горящей между двумя концами проволоки, непрерывно подаваемой в зону горения дуги. Распыление расплавленной проволоки производится сжатым воздухом. Применяется сварочная или наплавочная проволока диаметром 1,2-2,5 мм при скорости подачи 1,5 - 12 м/мин и расходе воздуха до 60 м /час. Установки смонтированы на базе станков, но имеются и ручные металлизаторы. Этот способ нашел широкое применение при ремонте оборудования. К его недостаткам следует отнести большие потери металла при напылении (до 40%), повышенное окисление металла и выгорание легирующих материалов. В инструкции [14] имеются сведения о металлизации шеек осей. Ручная газовая сварка деталей Газовая сварка осуществляется плавлением металла пламенем горючего газа, сжигаемого в кислороде при помощи специальных сварочных горелок. Процесс сварки при восстановлении деталей производится в большинстве случаев с введением присадочной проволоки в ванну расплавленного металла. В качестве горючих газов могут служить ацетилен, водород, природный газ, пропан, бутан, пары бензина и керосина. Наибольшее распространение получил ацетилен, выделяющий большое количество полезно используемого при сварке тепла и развивающий наибольшую температуру при сгорании в кислороде. Основными факторами, определяющими режим газовой сварки, являются способ сварки, мощность и характер пламени, диаметр присадочного прутка и угол наклона горелки. Различают два способа ручной газовой сварки: правый и левый. При левом способе сварки пламя сварочной горелки направлено от шва, процесс сварки ведется справа налево и горелка перемещается за присадочным прутком. В отличие от левого способа сварки при правом пламя направлено на формирующийся шов. Благодаря этому обеспечивается лучшая защита шва от окружающего воздуха, и замедленное охлаждение соединения. Однако внешний вид шва при левом способе лучше, так как сварщик при этом способе хорошо видит верхнюю кромку застывающей ванны и благодаря этому обеспечивает равномерную высоту и ширину валика. Рекомендуется детали толщиной до 3-5 мм сваривать левым способом, а толщиной более 4 мм (с разделкой кромок) или крупногабаритных деталей - правым. Мощность пламени определяется количеством сжигаемого горючего газа в единицу времени. Она зависит от толщины свариваемого металла и его теплофизических свойств. Часовой расход ацетилена рекомендуется определить по формуле:
где К - коэффициент, характеризующий материал свариваемой детали и тип соединения, л/ч на 1 мм толщины детали; S - толщина детали, мм. Значения коэффициента К для сварки деталей толщиной от 1 до 15 мм приведены в табл. 1.13 Таблица 1.13 Значения коэффициента К для сварки деталей
По часовому расходу ацетилена, толщине и размерам детали выбирают номер наконечника горелки. Диаметр присадочного прутка выбирают в зависимости от толщины свариваемой детали и способа сварки. Для сварки стали толщиной до 15 мм он может быть определен по следующим формулам: (для левого способа сварки)
(для левого способа сварки)
где S - толщина свариваемой детали, мм. При сварке деталей толщиной более 15 мм диаметр присадочного прутка принимают равным 6-8 мм. Угол наклона горелки к поверхности детали зависит от толщины стенки, тепловых и физических свойств свариваемого металла. Чем больше угол наклона горелки, тем больше удельное тепловое воздействие пламени на поверхность детали. Угол наклона горелки зависит также от температуры плавления и теплопроводности металла. Чем выше температура плавления металла и чем больше его теплопроводность, тем больший угол наклона горелки необходимо устанавливать при сварке. В процессе сварки угол наклона должен меняться. В первый период для быстрого прогрева металла и образования сварочной ванны угол наклона должен устанавливаться наибольшим. Затем величина угла будет зависеть от толщины стенки детали. В конце сварки угол наклона уменьшают во избежание пережога металла. В процессе газовой сварки и наплавки расплавленный металл ванны вступает во взаимодействие с газами. В результате на поверхности возникают окисные пленки, которые при расплавлении металла переходят в сварочную ванну и препятствуют прочному сцеплению основного металла с присадочным. Это особенно наблюдается при сварке высоколегированных сталей, чугуна, цветных металлов и сплавов. В связи с этим необходимо применять при газовой сварке флюсы. Флюсы, вводимые в сварочную ванну, раскисляют расплавленный металл и извлекают из него образующиеся окислы и неметаллические включения. Кроме того, они покрывают поверхность сварочной ванны пленкой шлака и тем самым предохраняют металл от дальнейшего окисления. Для газовой сварки легированной стали, чугуна, меди и ее сплавов рекомендуется в качестве флюса применять буру, борную кислоту, углекислый калий, углекислый и двууглекислый натрий, а также их смеси. Для сварки алюминия и его сплавов - смеси хлористых и фтористых солей лития, натрия, калия, кальция и бария. Для получения качественного сварного соединения необходимо хорошо подготовить свариваемые кромки. Подготовка кромок заключается в их очистке, разделке под сварку и прихватке короткими швами. Рекомендуется производить очистку свариваемых кромок на ширину 20—30 мм с каждой стороны шва. Для этой цели можно использовать пламя сварочной горелки. При нагреве окалина отстает от металла, а краска и масло выгорают. Затем поверхность свариваемых деталей зачищают стальной щеткой до металлического блеска. При необходимости (например, при сварке алюминия) свариваемые кромки травят в кислоте и затем промывают и сушат. Разделка кромок под сварку зависит от типа сварного соединения, который, в свою очередь, зависит от взаимного расположения свариваемых деталей. При стыковом соединении детали толщиной до 2 мм сваривают с отбортовкой кромок без присадочного материала или без разделки кромок и без зазора, но с присадочным материалам. Металл толщиной от 2 до 5 мм сваривают встык без разделки кромок, но с зазором между ними. При сварке металла толщиной более 5 мм применяют V-образную или Х-образную разделку кромок. Угол скоса выбирают в пределах 70-90°. При этих углах получается хороший провар вершины шва. Соединения внахлестку и тавровые допустимы только при сварке металла толщиной менее 3 мм, т. к. при больших толщинах металла, неравномерный местный нагрев вызывает большие внутренние напряжения, деформации и даже трещины в шве и основном металле. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
,
,
,
,
,
, л/ч,
