Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Холодная сварка

Холодной сваркой чугуна называют сварку без предвари­тельного нагрева. Ее применяют тогда, когда трудно или эко­номически нецелесообразно производить сварку с предвари-

тельным подогревом из-за больших габаритов изделия, опас­ности коробления и возникновения больших внутренних напря­жений.

Хорошие результаты дают электроды из аустенитных высоколегированных чугунов (никелевых, никель-кремнис - тых). Никель, не вступая в реакцию с углеродом, хорошо сплав­ляется с железом и как графитизатор препятствует отбелива­нию чугуна.

Электроды имеют покрытие, состоящее из 70% карборунда и 30% углекислого стронция или углекислого бария, замешен­ных на жидком стекле (30 г на 100 г сухой смеси). Толщина по­крытия — 0,6-0,8 мм. Электроды из никелевых чугунов приме­няют при сварке и наплавке поверхностей, подлежащих после­дующей механической обработке - Качество шва невысокое из-за склонности металла шва к образованию трещин.

Сварка стальными электродами. Большая разница в усад­ке чугуна и стали не позволяет получить прочное сцепление меж­ду наплавленным и основным металлами при сварке стальными электродами. Поэтому таким способом сваривают швы, не рабо­тающие на растяжение или слабо нагруженные. Для повышения стойкости и снижения твердости металла шва уменьшают долю основного металла в металле шва, уменьшая глубину проплавле­ния. Для этого сварку выполняют при малых сварочных токах электродами малого диаметра.

Чтобы металл в зоне сваренного шва имел структуру серого чугуна, применяют электродные стержни из низкоуглеродистой стали. При этом сталь должна быть с толстым графитизирующим покрытием, которое состоит из ферросилиция — 33%, графита — 37%, мела — 7% и натриевого жидкого стекла — 23%.

Полная графитизация происходит лишь при большом объе­ме наплавленного металла и при заварке крупных деталей с ма­лой скоростью охлаждения металла шва. Для усиления связи металла шва с основным металлом применяют сварку стальны­ми электродами с постановкой шпилек (ввертышей). Заварива­емый шов тщательно очищают от грязи и масла, в зависимости от толщины металла и назначения шва применяют V - или Х-образную разделку. На обработанной поверхности ставят стальные шпильки диаметром 6-12 мм в шахматном порядке на

-ззз-

расстоянии друг от друга 4-6 диаметров шпильки. Иногда для усиления связи применяют стальные соединительные планки, ребра, косынки.

Заварку шва начинают с обварки шпилек кольцевыми вали­ками, а затем накладывают круговые швы и окончательно запол­няют завариваемый шов металлом. Сварку производят коротки­ми участками (40-60 мм), в разброс, с перерывами, чтобы не допустить нагрева детали выше 60-80°С. Сварочный ток состав­ляет 30-40 А на 1 мм диаметра электрода. Диаметр электродов—

3- 4 мм с покрытием типа УОНИИ-13. Ток постоянный обратной полярности.

В целях повышения графитизирующего действия произ­водят сварку пучком электродов малого диаметра. Такой при­ем обеспечивает более полное взаимодействие капель наплав­ляемого металла с покрытием и хорошую графитизацию металла шва. В зависимости от толщины свариваемого метал­ла пучок электродов составляется из 5-20 стержней диамет­ром 1-2 мм. Сварочный ток определяют из расчета 10-12 А на 1 мм сечения пучка электродов. Покрытие состоит из 40% графита и 60% ферросилиция, которые замешаны на жидком стекле.

Сварка электродами из цветных металлов и сплавов. Боль­шее применение получили электроды из меди и её сплавов. Медь, обладая графитизирующей способностью, снижает общую твердость металла и уменьшает отбел чугуна. Хорошие резуль­таты дают электроды марки МНЧ с покрытием основного типа. Стержень электрода изготовляют из проволоки типа НМЖМц - 28-2,5-1,5 (монельметалл), а покрытие состоит из смеси, содер­жащей 55-60% мела и 40-45% графита. Применяют также покрытие, содержащее 45% графита, кремнезема, 20% огне­упорной глины, 10% соды и 10% древесной золы. Сварку вы­полняют постоянным током обратной полярности. Рекоменду­ются электроды диаметром 3 мм при сварочном токе 90-120 А. Сварку ведут максимально возможно короткой дугой небольши­ми участками по 20-25 мм. После сварки производят проковку металла шва.

Комбинированные электроды для холодной сварки чугуна состоят из меди и железа. Применяют следующие сочетания:

а) стержень из меди марки Ml, железо вводят в покрытие электрода в виде железного порошка;

б) медный стержень покрывают тонкой оболочкой из жести толщиной 0,3 мм (навиваемой в виде ленты шириной 6-7 мм или надеваемой в виде трубки);

в) стержень из низкоуглеродистой стали покрывают оболоч­кой из тонкой медной ленты (медной трубкой) или при­меняют электролитическое покрытие медью толщиной 0,7-1,0 мм;

г) пучок электродов составляют из одного стального электро­да с покрытием типа УОНЙИ-13 и нескольких тонких мед­ных стержней.

Широкое применение получили электроды ОЗЧ-1 (стержень медный Ml) и АНЧ-1 (стержень типа Св-04Х19Н9 с медной обо­лочкой), покрытия которых содержат мрамор, кварцевый песок и ферросплавы.

Сварка производится постоянным током обратной полярно­сти. Сварочный ток определяют из расчета 30-40 А на 1 мм диа­метра электрода.

Успешно применяется механизированный способ сварки и наплавки порошковой проволокой, обеспечивающий высокую производительность и хорошие условия труда сварщика. Для сварки чугуна с пластинчатым графитом применяют проволоку типа ПП-АНЧ2, а для высокопрочных чугунов — типа ПП - АНЧ5. Сварку выполняют на полуавтоматах марок А-765, А-1035, А-1197 проволокой диаметром 3 мм постоянным током прямой полярности.

Газовая сварка чугуна применяется как удобный и срав­нительно простой способ. Сварку выполняют с предваритель­ным местным или общим подогревом. Скос кромок делают од­носторонний V-образный, с углом разделки 90 Присадочным материалом служат чугунные прутки диаметром 6-12 мм и длиной 350-500 мм марок ЦЧ1, ПЧ2, ПЧЗ и ПЧВ. Флюс мар­ки ФСЧ-1 (23% прокаленной буры, 27% безводного углекис­лого натрия и 50% азотнокислого натрия) в порошкообразном виде периодически подсыпается в расплавленный металл шва. В процессе сварки пруток погружают во флюс и переносят его в сварочную ванну. Допускается также применять в качестве флюса только прокаленную буру. Удельная мощность пламе­ни должна составлять 100-120 л/(ч-мм). Пламя должно быть нейтральным или с небольшим избытком'ацетилена. Можно производить сварку двумя горелками: первой подогревают сва­рочную ванну, второй производят сварку и расплавление при­садочного прутка.

После сварки необходимо обеспечить медленное охлаждение изделия. Для этого его покрывают асбестом или слоем песка. Рекомендуется произвести отжиг заваренных деталей и охлаж­дение вместе с печью.

Применяют также низкотемпературную сварку чугуна, сущность которой заключается в том, что свариваемые кром­ки изделия подогревают не до расплавления, а до температу­ры 800-850'С. В разделку кромок вводят флюс, а затем наплав­ляют металл. Присадочными стержнями служат прутки марки ПНЧ-1 или ПНЧ-2, покрытые флюсом. Флюсы-пасты содержат 5% диоксида титана, 10% азотнокислого калия, 12% фтористого натрия, 40% плавленой буры, 11%ферроти - тана, 15% углекислого лития, 7% железного порошка и 7 мае. ч. керосина на 50 ч. сухой смеси. Допускается применение флю­са ФСЧ-1 при использовании прутков ПЧН-1 и флюса ФСЧ - 2(18% буры, 25% кальцинированной соды, 56,5% натриевой селитры, 0,5 % углекислого лития) при сварке прутками типа ПЧН-2.

Место сварки тщательно очищают, после чего изделия подвергают местному или общему подогреву до температуры 300-400°С восстановительным пламенем горелки. Свариваемые кромки покрывают слоем пасты и нагревают нормальным пламе­нем горелки до температуры 750-790‘С. Паста плавится и покры­вает тонким слоем поверхность кромок. Сварку ведут справа на­лево. После заварки сварное соединение медленно охлаждают. Шов получается плотным и хорошо поддается механической обработке.

Применяют также низкотемпературную пайкосварку латунньщи припоями. Кромки подготавливают механической обработкой и очищают от жировых пятен растворителем (бензин, ацетон и др.). После предварительного нагрева до 300-400°С на кромки наносят флюс марки ФПСН-1, содержащий 25% угле­

кислого лития, 25% кальцинированной соды и 50% борной кис­лоты.

Процесс пайкосварки ведут нормальным пламенем. Исполь­зуют припои марки ЛОК-59-1-0,3. Пламенем горелки расплав­ляют конец прутка припоя и заполняют разделку шва. После зат­вердевания металл шва проковывают медным молотком.

Технология производства наплавочных работ

Виды наплавочных работ

Процесс нанесения с помощью сварки на поверхность дета­ли слоя металла для восстановления ее первоначальных разме­ров либо для придания поверхности специальных свойств назы­вается наплавкой. Наплавка предполагает нанесение расплав­ленного металла на оплавленную металлическую поверхность с последующей его кристаллизацией для создания слоя с задан­ными свойствами и геометрическими параметрами.

Применяют наплавку для восстановления изношенных де­талей, а также при изготовлении новых деталей с целью получе­ния поверхностных слоев, которые обладают повышенными твер­достью, износостойкостью, жаропрочностью, кислотостойкоСтью и другими свойствами. Она позволяет значительно увеличить срок службы деталей и намноло сократить расход дефицитных мате­риалов при их изготовлении.

При большинстве методов наплавки, также, как и при свар­ке, образуется подвижная сварочная ванна. В головной части ванны основной металл расплавляется и перемешивает­ся с электродным металлом, а в хвостовой части происходят кристаллизация расплава и образование металла шва. Наплав­лять можно слои металла как одинаковые по составу, структуре и свойствам с металлом детали, так и значительно отличающие­ся от них.

Наплавляемый металл выбирают с учетом эксплуатацион­ных требований и свариваемости. Для получения заданных свойств наплавленного слоя применяют легирование присадоч­ного металла в процессе наплавкП, чаще всего используют специ­альные наплавочные электроды.

Применяют следующие в иды наплавки:

- ручная дуговая выполняется покрытым плавящимся или неплавящимся электродом. Ручная наплавка малопроиз­водительна и применяется при наплавке деталей сложной конфигурации;

- плавящиеся наплавочные электроды применяются в соответствии с назначением каждого типа и марки;

- яеплавящиеся электроды применяют лря наплавке на по­верхность детали порошковых смесей;

- электроды из литых твердых сплавов, а также в виде трубки, заполненной легирующей порошкообразной смесью;

- автоматическая и полуавтоматическая наплавка под флю­сом производится проволокой сплошного сечения, ленточ­ным электродом или порошковой проволокой.

Легирование наплавляемого слоя осуществляют через элект­ропроволоку, легированный флюс (при проволоке из низкоугле­родистой стали) или совместным легированием через проволоку и флюс. Иногда в зону дуги вводят легирующие вещества в виде пасты или порошка.

Наплавку в защитных газах принимают при наплавке де­талей в различных пространственных положениях и деталей сложной конфигурации. Возможность наблюдать за процессом формирования валика позволяет корректировать его, что очень важно при наплавке сложных поверхностей. Наплавку произво­дят чаще всего в аргоне или углекислом газе плавящимся или не­плавящимся электродом. Наибольшее распространение получи­ла наплавка в углекислом газе постоянным током обратной полярности. Надо обратить внимание на то, что углекислый газ окисляет расплавленный металл, поэтому необходимо применять наплавочную проволоку с повышенным содержанием раскисли- телей. Недостатком этого вида наплавки является относительно большое разбрызгивание металла.

Газовая наплавка имеет ограниченное применение, так как при этом виде наплавки возникают большие остаточные напря­жения и деформации в наплавляемых деталях. Для наплавки применяют литые твердые сплавы.

Наплавка самозащитной порошковой проволокой или лен­той открытой дугой не требует защиты наплавляемого металла и по технике выполнения в Основном не отличается от наплавки в защитном газе. Преимуществом этого вида является возмож­ность наплавки деталей на открытом воздухе. Сварщик, наблю­дая за процессом, может обеспечить хорошее формирование на­плавляемых валиков. Наплавка самозащитной проволокой менее сложна, хорошо поддается механизации.

Плазменная наплавка производится плазменной (сжатой) дугой прямого или косвенного действия. Присадочным мате­риалом служат наплавочная проволока и порошкообразные смеси. Существуют различные схемы наплавки, которые полу­чают широкое применение благодаря высокой производи­тельности (7-30 кг/ч), возможности наплавки тонких слоев при малой глубине проплавления основного металла. При этом по­лучают гладкую поверхность и высокое качество наплавленно­го слоя.

Вибродуговая наплавка выполняется специальной автома­тической головкой, обеспечивающей вибрацию й подачу элект­родной проволоки в зону дуги. При вибрации электрода проис­ходит чередование короткого замыкания сварочной цепи и раз­рыва цепи (паузы). В зону наплавки подается охлаждающая жидкость. Она защищает наплавленный металл от воздействия воздуха и, охлаждая деталь, способствует уменьшению зоны тер­мического влияния, снижает сварочные деформации и повыша­ет твердость наплавляемого слоя. В качестве охлаждающей жид­кости применяют водные растворы солей, содержащих йони - зирующие вещества (например, кальцинированной соды), об­легчающие периодическое возбуждение дуги после разрыва цепи (паузы).

Электрошлаковая наплавка характеризуется высокой про­изводительностью. Этот способ позволяет получать наплавленный

слой любого заданного химического состава на плоских поверх­ностях и на поверхностях вращения (наружных и внутренних). Наплавка выполняется за один проход независимо от толщины наплавляемого слоя.

Для наплавки деталей экскаваторов, землеройных ма­шин, работающих при ударных нагрузках, применяют элек­троды марки 12АН/ЛИВТ (тип Э-95Х7Г5С), дающие наплав­ляемый слой твердостью до 32HRC. Наплавку стальных и чугунных деталей, подверженных абразивному износу без ударной нагрузки, производят электродами марки Т-590 (тип Э-320Х25С2ГР). Детали, работающие в условиях силь­ного износа и при ударных нагрузках, рекомендуется наплав­лять электродами марки Т-620 (тип Э-320Х23С2ГТР) диа­метром 4-5 мм.

Механизированную наплавку производят наплавочной про­волокой. Она маркируются буквами Нп и цифрами и буквами, характеризующими химический состав металла проволоки. Под­бираются проволоки в зависимости от объекта наплавки и требу­емой твердости наплавляемого слоя.

Марки углеродистпой проволоки в зависимости от содержа­ния углерода дают слой твердости от 160 НВ (Нп-25) до 340 НВ (Нп-85). Проволока легированная и высоколегированная позво­ляет получать слой твердости от 180 НВ (Нл-40Г) до 52 НКС (Нп-40Х13). При наплавке используют флюсы. Допускается про­изводить наплавку рабочих поверхностей деталей электродной проволокой марки Св-08 под легирующим керамическим флю­сом марки АНК—18 и АНК-19.

Механизированную наплавку производят также напла­вочной порошковой проволокой или лентой под слоем флюса АН-348-А, АН-20 (С, СП и П), АН-2, Ан-60 и др. Для на­плавки деталей машин из углеродистой стали под флюсом типа АН-348-А применяют порошковую проволоку марок ПП-АН-120, ПП-АН121 (твердость слоя 300-350 НВ) или ПП-АН-122 (твердость слоя 50-56 HRC), для наплавки высо­комарганцовистых сталей применяют проволоку ПП-АН-105 (твердость слоя 20-25 НКС), для наплавки высокохромистых сталей рекомендуют порошковую проволоку марок ПП-АН-170 и ПП-АН-171. Порошковые ленты марок

ПЛ-АН-101, ПЛ—АН-102 и ПЛ—АН—112 применяют для наплавки под флюсом и открытой дугой.