Сварка конструкций с дополнительной порошкообразной присадкой

Наплавка лежачим электродом с дополнительным порошкообразным присадочным металлом

Преимущества процесса сварки с порошкообразным присадочным металлом позволяют и при наплавочных работах существенно повысить производительность Процесса, улучшить качество • наплавленного металла Н соединения в целом, а также снизить расход сварочных материалов и электроэнергии. Перспектив­ным способом наплавки является процесс наплавки Неподвижным плавящимся (лежачим) электродом. Он отличается от других способов своей чрезвычайной простотой, а поэтому сварщики разных стран и в раз­ное время возвращались к сто усовершенствованию с целью более широкого применения на производстве. К. основным преимуществам наплавки лежачим Электродом относится простота и возможность автома­тизации процесса без применения сварочных автома­тов, стабильность качества наплавки независимо от Квалификации сварщика, возможность наплавки изде­лий самой различной и сложной конфигурации. На­плавку неподвижным плавящимся электродом можно производить как покрытыми, так и голыми электрода­ми под флюсом. За рубежом большое распростране­ние получила наплавка покрытыми электродами. В нашей стране применяют наплавку под флюсом голыми пластинчатыми электродами, как один из спо­собов широкослойной наплавки. Процесс характеризу­ется низким коэффициентом расплавления, 14— 18 г/(А • ч), что значительно ниже производитель­ности механизированных способов наплавки. Толщина наплавляемого за один проход слоя ограничена тем, что качественную наплавку можно выполнять только электродами толщиной 2—3 мм. Другие пока­затели производительности и эффективности процесса ниже показателей современных механизированных спо­собов наплавки, например автоматизированной под флюсом. Поэтому этот способ наплавки находит при­менение в тех случаях, где использование автоматов невозможно, а ручная наплавка менее производительна и ниже по качеству, в частности, при наплавке деталей сложной конфигурации и при наплавке поверхностей небольшой протяженности. Однако эф­фективность и возможности рассмотренного способа наплавки значительно возрастают, если в зону дей­ствия сварочной дуги вводить дополнительный по­рошкообразный присадочный металл.

Способ наплавки неподвижным плавящимся (ле­жачим) электродом под флюсом с дополнительным порошкообразным присадочным металлом, разработан­ный во ВНИИмонтажспецетрое, заключается в сле­дующем. На наплавляемый участок изделия насыпают изолирующий слой сварочного флюса толщиной 3— 4 мм, на который укладывают пластинчатый голый электрод. На поверхность электрода равномерным сло­ем насыпают порошкообразный присадочный металл таким образом, чтобы он вместе с электродом был изолирован от изделия ранее насыпанным слоем флюса. Сверху на порошкообразный металл насыпают уже второй слой флюса. В результате этого электрод и порошкообразный металл оказывается среди свароч­ного флюса. Один конец электрода крепят к токо - подводу, другой замыкают на изделие порошкообраз­ным присадочным металлом. Этим обеспечивается ав­томатическое и надежное возбуждение дуги при вклю­чении источника питания сварочным током. Возникшая сварочная дуга самопроизвольно перемещается по тор­цу электрода, расплавляя его и порошкообразный присадочный металл. Особенностью рассмотренного способа наплавки является то, что с целью повышения производительности и качества наплавки масса по­рошкообразного присадочного металла берется более 100% массы электрода. Использование присадки в меньшем количестве не дает существенного повыше­ния эффективности процесса. При значительно боль­шем, чем 100%, количестве порошкообразного при­садочного металла, размещенного под электродом, создается достаточно толстый слой присадки, что уда­ляет электрод от наплавляемой поверхности, ведет к увеличению длины дуги и снижению величины тока наплавки. В результате могут образовываться не - сплавления, снижается производительность и эффек­тивность процесса в целом. Сложно также насыпать порошкообразный присадочный металл равномерным слоем на слой изолирующего флюса и исключить возможность просыпания порошкообразного металла через изолирующий слой, а это может привести к замыканию электрода на изделие. Поэтому порошко­образный присадочный металл располагают на верх­ней поверхности электрода. Пластинчатые электроды можно укладывать на наплавляемую поверхность ши­рокой стороной или на ребро. В зависимости от формы сечения электрода и характера его расположения на наплавляемой поверхности можно получать различные по форме наплавленные валики. Пластинчатыми электродами, лежащими на широкой поверхности, на­плавляются широкие валики, а электродами, уста­новленными на ребро, и круглыми электродами оди­накового диаметра — более узкие валики большой вы­соты.

В табл. 31 приведены данные, характеризующие влияние величины массы дополнительного порошко­образного присадочного металла на различные факторы процесса наплавки.

Пользуясь данными таблицы, следует иметь в виду, что суммарная масса электрода и порошкообразной присадки должна оставаться постоянной; наплавка производится пластинчатыми электродами длиной 400 мм и шириной 15 мм. Из таблицы видно, что

с увеличением количества порошкообразного приса­дочного металла величина сварочного тока снижается. Однако, несмотря на это, с увеличением количества дополнительной присадки коэффициент расплавления возрастает примерно в два раза. Снижается расход электроэнергии и сварочного флюса на единицу массы наплавленного металла. Следовательно, с увеличением доли порошкообразного присадочного металла по отношению к расплавляемой массе электрода эффек­тивность процесса выше, а глубина проплавления основного металла сокращается, что ведет к уменьше­нию ширины и увеличению высоты наплавленного валика. При ширине электродов 15 мм расположение их по отношению к наплавляемой поверхности (ши­рокой частью или на ребро) на характеристики процесса наплавки существенного влияния не имеет. Несмотря на уменьшение сварочного тока при увели­чении относительного количества дополнительного по­рошкообразного присадочного металла (5, плотность тока в электроде увеличивается. Это связано с умень­шением - площади сечения электрода и непрямопро­порциональным снижением тока с увеличением допол­нительной присадки. С учетом длины электрода, вре­мени прохождения тока, величины удельной поверх­ности плотность тока для пластинчатых электродов составляет 13—18 А/мм2, что обеспечивает расплавле­ние порошкообразного присадочного металла до 300% расплавляемой массы электрода.

Изменение ширины и толщины пластинчатого электрода по-разному влияет на производительность процесса. Применение дополнительного порошкообраз­ного присадочного металла существенно увеличивает коэффициент расплавления. Зависимость эта носит линейный характер. При одном и том же количестве порошкообразной присадки коэффициент расплавления выше в случае применения электродов большей тол­щины. Однако при наплавке с одинаковой массой порошкообразного металла, приходящейся на единицу длины электрода, коэффициент расплавления выше, чем тоньше электрод. Максимальная ширина пластин­чатых электродов определяется характером их распо­ложения относительно наплавляемой поверхности и мощностью источника питания током. При наплавке электродом на ребро высота оплавления его ограни­чена и не превышает 10—20 мм. При большей ширине пластинчатых электродов происходит неполное рас­плавление, дуга горит неустойчиво, увеличивается количество расплавленного флюса, наряду с дуговым процессом протекает электрошлаковый. При наплавке пластинчатым электродом, уложенным широкой сторо­ной на наплавляемую поверхность, ширина его ограничивается мощностью источника питания током. С увеличением ширины (15—30 мм) коэффициент расплавления и производительность процесса сначала возрастают, достигают максимума, а затем снижа­ются. Максимум соответствует оптимальной ширине электрода. В точке максимума скорость перемещения дуги по торцу электрода достигает наибольшего зна­чения, что соответствует ее повышенной тепловой эффективности. При дальнейшем увеличении ширины электрода образуется несколько дуг и тепловая эф­фективность снижается. Таким образом, с увеличением ширины электрода глубина проплавления основного металла уменьшается. При небольшой ширине электро­да осуществляется концентрированный ввод тепла и происходит концентрация давления дугй. В результате обеспечивается более глубокое проплавление основного металла.

Изменение величины зазора между наплавляемой поверхностью и электродом отражается на параметрах режима наплавки. С увеличением зазора уменьшается ток наплавки, увеличивается напряжение на дуге, что приводит к некоторому снижению коэффициента расплавления и производительности процесса в целом. Величина зазора является важным параметром режи­ма наплавки, и небольшое его изменение приводит к значительным изменениям режима. Поэтому следует обеспечивать очень точную установку электродов над изделием. При наплавке круглыми электродами (не пластинчатыми на ребро) не требуется предвари­тельная засыпка флюса, изолирующего электрод от изделия. Электрод крепят в электрододержателе с не­обходимым зазором и засыпают флюсом, который удерживает порошкообразный присадочный металл и изолирует электрод от изделия. По такой технологии можно производить наплавку и пластинчатым электро­дом шириной до 15 мм. Применение электродов большей ширины требует перед их установкой под­сыпки слоя изолирующего флюса толщиной, равной величине зазора между наплавляемой поверхностью и электродом. Слой флюса должен быть сплошным и одинаковой высоты по длине электрода. І Іесплошность приводит к нестабильности процесса наплавки и иногда к коротким замыканиям. Оптимальная величина зазора зависит от положения электрода относительно наплав­ляемой поверхности, его ширины и толщины, коли­чества дополнительного порошкообразного присадоч­ного металла. Оптимальные значения зазора при расположении электрода на изделии широкой поверх­ностью составляют 3—5 мм, на ребро— 1,5—3 мм.

Влияние напряжения на дуге при наплавке не­подвижным плавящимся электродом под флюсом с по­рошкообразным присадочным металлом аналогично влиянию при автоматизированной сварке под флюсом. Повышение напряжения на дуге при прочих равных условиях увеличивает полную сварочную мощность и, следовательно, ведет к увеличению энергозатрат и снижению эффективности процесса в целом. Повы­шение напряжения сопровождается увеличением коли­чества расплавляемого флюса. Увеличение расплавляе­мой массы флюса приводит к большой площадр кон­такта электрода и порошкообразного присадочного металла. В связи с этим возрастает шунтирование тока, усиливается пробивание дуги через слой флюса и разбрызгивание, снижается устойчивость процесса наплавки.

Наплавка неподвижным плавящимся электродом с дополнительным порошкообразным присадочным ме­таллом на прямой полярности не обеспечивает ста­бильного формирования и качества наплавленного металла. Введение порошкообразной присадки при наплавке на прямой полярности создает большую вероятность несплавления по краям наплавляемого валика. Поэтому рекомендуется выпатнять наплавку на токе обратной полярности. Так же, как и при сварке с порошкообразным присадочным металлом количество дополнительной присадки влияет на струк­туру' наплавленного металла. С увеличением коли­чества дополнительного порошкообразного присадоч­ного металла структура наплавленного металла улуч­шается за счет измельчения зерна, что свидетель­ствует, как и при сварке с дополнительной присадкой,

о снижении тепловложений в наплавляемое изделие.

Рассмотрим теперь вопросы технологии наплавки с порошкообразным присадочным металлом некото­рых изделий, широко применяющихся в строительстве.

Наиболее экономичным способом изготовления плоских приварных фланцев на давление 0,1—2,5 МПа является гибка их из полосовой стали прямоуголь­ного сечения. Длинные полосы разрезаются на мерные прямолинейные заготовки, вальцуются на нужный диаметр, свариваются и затем' обрабатываются на токарных станках. В зависимости от назначения (давления, температуры эксплуатации и характера транспортируемого продукта) фланцы изготовляют из стали ВСтЗсп, 09Г2С или других сталей, включая аустенитные. Толщина фланцев после обработки со­ставляет 8—48 мм с утолщением 2—6 мм для уплотни­тельной поверхности. Ширина уплотнительной по­верхности 20—55 мм. При существующей техноло­гии изготовления фланцев большой объем металла при токарной обработке идет в стружку. Основная доля этих отходов образуется при обработке рабочей поверхности фланца. Для получения требуемой формы и размеров поверхности фланца берется, полоса большей толщины В целях экономии металла и умень­шения объемов токарной обработки целесообразно брать полосу меньшей толщины, чем раньше, и на­плавлять уплотнительный валик неподвижным пла­вящимся электродом с дополнительным порошко­образным присадочным металлом. В этом случае механическая обработка производится только на по­верхности наплавляемого валика. Для создания уплотнительных поверхностей на кромку широкой стороны заготовки следует наплавлять валики пластин чатыми электродами сечением 2X30 мм и длиной 900 мм или круглыми диаметром 5—6 мм. Ширина валика 40 мм и высота 5—6 мм. Электроды необхо­димо укладывать на изолирующий слой флюса АН-348А. Дополнительный порошкообразный металл насыпается на электрод сверху в количестве (3 = 2. В табл. 32 приведены рекомендуемые схемы разме­щения электродов и режимы наплавки фланцев.

Наплавка под флюсом неподвижным плавящимся электродом с порошкообразный присадочным метал­лом беговой дорожки гусениц тракторов Т-100М и

Рис. 61. Пластинчатый электрод для наплавки беговой дорожки звеньев гусениц трактора

Т-130 производится на специальной установке. В ка­честве источников питания дуги рекомендуются сва­рочные выпрямители ВКСМ-1000 и ВДМ-1001 с набо­ром балластных реостатов или другие аналогичные источники питания. Поставляемые для наплавки сва­рочные материалы должны иметь сертификаты заво­дов-изготовителей. Для наплавки рекомендуются пла­стинчатые электроды толщиной 2—3 мм из мало­углеродистой стали марок ВСтЗсп или ВСтЗпс. В ка­честве дополнительного порошкообразного присадоч­ного металла целесообразно использовать крупку из сварочной проволоки марок Св-08А, Св-08ГА или же­лезный порошок марки ПЖ-2К. Наплавка произво­дится под флюсом АН-348А, АНК-18, АНК-19. До­пускается применение смеси этих флюсов, позволяю­щей получить необходимую твердость наплавленного слоя. Наплавку производят на постоянном токе обратной полярности.

В табл. 33 приведены режимы наплавки беговой дорожки звеньев гусениц трактора Т-100М.

Наплавку производят двумя пластинчатыми электродами (рис. 61), расположенными на на-

плавляемых поверхностях (рис. 62). Требуемая твер­дость - наплавленного слоя обеспечивается наплавкой под смесью флюсов АНК-18 и АН-348А в соотноше­нии 3:1 или наплавкой под флюсом АН-348А с добавкой алюминиевых прутков или пластин в количестве

6— 10% массы наплавленного металла с последующей закалкой в воде. Показатели твердости наплавлен­ного слоя, HRC, в зависимости от способа его получения приведены ниже:

Твердость наплавленного слоя, HRC

Наплавка с применением смеси флюсов АНК-18 и

АН-348А.................................................................................... 40—50

Наплавка с применением алюминия......................................... 50—55

Наплавку беговой дорожки звеньев гусениц трак­тора Т-130 выполняют в той же последовательности, что и для трактора Т-100М. Размеры электрода и режим наплавки приведены в табл. 34.

Подготовку изделий и выпапнение наплавочных работ необходимо выполнять в определенной после­довательности. Беговую дорожку звена и опорную по­верхность очищают от грязи и ржавчины. Звено устанавливают на опорные штыри откидывающейся

стенки. С помощью пневматического устройства звено зажимается в рабочем положении. На поверхность беговой дорожки устанавливают электроды и закрепля­ют их в электрододержателях. Затем с помощью подъемного устройства их приподнимают на 3—4 мм над наплавляемой поверхностью. Камеру заполняют флюсом до уровня поверхности электродов. На поверх­ность электродов насыпают порошкообразный приса­дочный металл и укладывают алюминиевые прутки. Возбуждается дуга путем замыкания конца электрода на звено с помощью небольшого количества порошко­образного присадочного металла. Сверху засыпают слой флюса толщиной 40—50 мм и включают сва­рочный ток. По окончании процесса наплавки ток выключается, а пневматическое устройство переключа­ется на сброс. При этом открывается днище камеры и флюс просыпается через сито в приемный бункер, а звено по рольгангу сбрасывается в накопитель.

При наплавке грунтозацепов башмаков гусениц тракторов Т-100М и Т-130 с порошкообразным присадочным металлом применяют те же сварочные материалы, источники питания сварочной дуги и спе­циализированную установку. В табл. 35 приведены режимы наплавки. Наплавку выполняют на постоянном токе обратной полярности пластинчатым электродом, установленным на ребро.

Водоохлаждаемую подкладку устанавливают под углом 10—15° к поверхности рамы, что создает наиболее благоприятные условия для формирования наплавляемого валика. Схема расположения грунто - зацепа, электрода и формирующей подкладки приве-

Рис. 63. Расположение грунто - зацепа, электрода и формиру­ющей подкладки при наплавке

/ — грчитозацеп; 2 — сварочный флюс; 3 — дополнительный порошкообразный присадочный металл. 4 — пластинчатый электрод; S — подкладка

дена на рис. 63. Необходимая твердость наплавлен­ного слоя достигается такими же способами, как и при наплавке беговой дорожки звеньев гусениц. При на­плавке необходимо придерживаться такой последова­тельности. Очистить поверхность грунтозацепа от грязи и ржавчины», и установить его в рабочее положение. Концы электрода закрепить в электрододержателе таким образом, чтобы зазор между электродом и зубом грунтозацепа был равен 2—3 мм, а зазор между электродом и формирующей подкладкой — 4—5 мм. С помощью небольшого количества порошко­образного присадочного металла конец электрода за­мыкают на зуб грунтозацепа. Затем электрод засыпают слоем флюса толщиной 15—20 мм и после этого вокруг Иего насыпают необходимое количество порошко­образного присадочного металла. Затем все это засы­пают флюсом, толщина слоя которого должна быть не менее 30—40 мм. Включают сварочный ток и производят наплавку. После окончания наплавки сварочный ток выключают, грунтозацеп по рольгангу сбрасывают в накопитель, а медную подкладку очищают щеткой от остатков флюса.

36. Сравнительные данные эффективности наплавки неподвижным плавящимся электродом

37. Эффективность наплавки звеньев и грунтозацепов гусениц и тракторов

О целесообразности применения способа наплавки неподвижным плавящимся электродом под флюсом с дополнительным порошкообразным присадочным металлом можно судить по данным табл. 36.

При наплавке неподвижным плавящимся электро­дом с порошкообразным присадочным металлом коэф­фициент наплавки выше на 8—40% по сравнению с автоматизированной наплавкой, а производитель­ность— на 60—90%. Эффективность нового способа наплавки можно рассмотреть применительно к конкрет­ным изделиям, а именно звеньям и грунтозацепам гусениц тракторов. В строительных организациях эти детали, как правило, после их износа не восста­навливают, а выбраковывают по истечении срока службы. В табл. 37 приводятся данные об экономи­ческом эффекте при ремонте наплавкой неподвижным плавящимся электродом с дополнительным порошко­образным присадочным металлом звеньев и грунто - зацепов тракторов Т-100М и Т-130 при использовании одного наплавного поста.