Наплавка и среде защиты газа

Наплавка может производиться вручную, автоматически и по­луавтоматически. В зону горения дуги под небольшим давлением подается газ (аргон или углекислый газ), который вытесняет воз­дух из этой зоны и защищает сварочную ванну от кислоро­да и азота воздуха.В зависимости от применяемого газа сварка разделяется на свар­ку в активных (СО2 Н₂, О2 и др.) и инертных (Не, Аг,

Аг + Не и др.) газах. Сварку (наплавку) можно осущест­влять как плавящимся, так и неплавящимся электродами (рис. 4.4).

Наибольшее распростра­нение при восстановлении деталей подвижного состава получили сварка и наплав­ка в среде углекислого газа (С0₂) — сварка плавящим­ся электродом (проволокой) с защитой сварочной ванны от воздуха углекислым газом. Такой способ является самым деше­вым при сварке углеродистых и низколегированных сталей. По объ­ему производства этот способ занимает одно из первых мест среди механизированных способов сварки плавлением. При сварке (на­плавке) в среде углекислого газа из сопла горелки 2, охватывающей поступающую в зону горения дуги электродную проволоку 4, выте­кает струя защитного газа 6, оттесняет воздух из сварочной ванны.

Однако в процессе сварки углекислый газ под действием высо­ких температур диссоциирует. Поэтому сварка идет не в чистом уг­лекислом газе, а в смеси газов СО2, СО и 0₂. В этом случае обес­печивается практически полная защита расплавленного металла от азота воздуха, но сохраняется почти такой же окислительный ха­рактер газовой смеси, каким он был бы при сварке голой прово­локой без защиты от атмосферы воздуха. Следовательно, при свар­ке и наплавке в среде СО, необходимо предусматривать меры по раскислению наплавляемого металла.

Эта задача решается использованием сварочных проволок диа­метром 0,8—2 мм, в состав которых входят элементы раскислители Чаще всего это кремний (0,6—1,0 %) и марганец (1-2%). Образующиеся в процессе раскисления окислы кремния и марганца всплывают на поверхность сварочной ванны и после кристаллизации металла удаляются.

Наибольшее распространение при сварке в среде С02 нашли электродные проволоки Св-08ГС, СВ-10ГС, Св-08Г2С, в- и др. Кроме проволок сплошного сечения, часто пользуются порошковые проволоки типа ПП-АН4, ПП-АН5, ПП-АН , ПП-ЗХ2В8Т и др. При отсутствии в сварочной проволоке достаточного количества раскислителей сварка сопровождается большим разбрызгиванием металла, наличием в нем пор после кристаллизации, большой вероятностью образования трещин в наплавленном слое.

Сварка в среде С02 имеет целый ряд преимуществ:

- минимальную зону структурных изменений металла при высокой степени концентрации дуги и плотности тока,

- большую степень зашиты сварочной ванны от воздействия

внешней среды;

существенную производительность,

- возможность наблюдения за формированием шва;

- возможность сваривать металл различной толщины (от десятых долей до десятков миллиметров);

- производить сварку в различных пространственных положениях;

- механизировать и автоматизировать технологический процесс;

- незначительная чувствительность к ржавчине и другим загрязнителям основного металла.

Однако при выборе данного способа сварки и наплавки необходимо иметь в виду и его недостатки.

- сильное разбрызгивание металла при токе больше 500 А, что требует постоянной зашиты и очистки сопла горелки;

- интенсивное излучение открытой мошной дуги, требующее зашиты сварщика;

- необходимость охлаждения горелки при значительных токах,

- осуществление сварки практически только на постоянном токе;

— наличие специальной проволоки.

Вибродуговая наплавка

Наплавка вибродугоным способом является разновидностью ав­томатической и отличается от нее тем, что электрод во время на­плавки постоянно вибрирует. Вибрация электрода облегчает зажи­гание дуги и делает процесс наплавки более устойчивым. В про­цессе наплавки деталь нагревается незначительно, поэтому де­формации ее малы и, следовательно, не нарушается термическая обработка на участках детали вблизи места наплавки. После на­плавки не требуется термическая обработка детали, так как в про­цессе наплавки под действием охлаждающей жидкости происходит закалка наплавленного слоя.Толщину слоя наплавки можно регу­лировать в пределах от 0,5 до 2 мм на сторону. Для повышения из­носостойкости наплавленного слоя используют легирующие флю­сы. Основное преимущество вибродуговой наплавки заключается в возможности надежного наплавления тонких слоев на изношен­ные места. При значительных износах лучше использовать обыч­ные способы наплавки.

Вибродуговая наплавка (рис. 4.5) отличается от других сварочных процессов наличием колебаний электродной проволоки с час­тотой 50-100 Гц и низким напряжением источника сварочного то­ка. Цикл наплавки состоит из переноса металла электродной про­волоки на деталь за счет чередования электрических разрядов и коротких замыканий цепи. Введение индуктивности в цепь дуги обеспечивает накопление электрической энергии в индуктивности во время разомкнутого состояния цепи, сдвиг фаз тока и напряже­ния, поэтому переход тока через нуль происходит при наличии на­пряжения источника питания и возникновении электродвижущей силы самоиндукции, которая совпадает по направлению с напря­жением источника питания. Это обеспечивает повторное возник­новение дугового разряда после разрыва сварочной цепи и устой­чивое горение дуги.

Электрод и деталь оплавляются во время дугового разряда, при этом на конце электрода образуется капля металла. Мелкокапельный перенос металла на деталь происходит преимущественно во время короткого замыкания. Длительность существования дуги со­ставляет 20 % времени цикла, поэтому провар основного металла неглубокий, с небольшой зоной термического влияния.

Рис. 4.5. Схема вибродуговой наплавки:

1 - кассета для проволоки; 2 — подающие ролики; 3 — качающийся мунд­штук; 4 — система подачи раствора; 5 — наплавленный слой; 6 — восстанав­ливаемая деталь; 7— емкость; 8 — индуктивное сопротивление

Вибродуговую наплавку применяют для восстановления изно­шенных поверхностей стальных и чугунных деталей довольно ши­рокой номенклатуры. В состав оборудования для вибродуговой на­плавки входит переоборудованный токарный станок, обеспечива­ющий медленное вращение детали, наплавочная головка и источ­ник сварочного тока.

В качестве наплавочных головок используют те же механизмы, что и при автоматической наплавке под слоем флюса. В них из­менена только конструкция мундштука и отсутствует устройство для подачи флюса.

Одной из новых разработок для вибродуговой наплавки явля­ется головка ОКС-6569М ГОСНИТИ. Устройство предназначено для наплавки деталей диаметром более 15 мм, имеющих износ от 0,5 до 3 мм. Наплавка производится в среде жидкости или угле­ кислого газа проволокой сплошного сечения диаметром от 1,2 до 3 мм. Головка пригодна также для наплавки порошковой прово­локой. При использовании специальной проволоки Св-15 наплав­ку ведут при отключенном вибраторе.

В качестве источников сварочного тока при вибродуговой на­плавке используют то же оборудование, что и при автоматичес­кой наплавке под слоем флюса. Марку электродной проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических свойств на­плавленного металла. При наплавке стальных и чугунных деталей для получения слоя твердости 51—56 HRC применяют проволоку Нп-65, Нп-80. Для получения твердости 37—41 HRC наплавку ведут проволокой Нп-ЗОХГСА, а твердости 180—240 НВ — проволокой Св-08. Для наплавки слоя толщиной до 1 мм берут проволоку диа­метром 1,0—1,6 мм, толщиной до 2 мм — 1,6—2,0 мм. При наплав­ке заготовок из серого чугуна ведут двухслойную наплавку про­волокой Св-08, при этом расход жидкости составляет 0,02 л/мин.

Примерные режимы наплавки: ток обратной полярности силой 70—75 А, напряжением 12—30 В, диаметр проволоки 1,6 мм, шаг наплавки 2,3—2,7 мм/об (мм/дв. ход), угол подвода проволоки к детали 15—30°, скорость подачи проволоки менее 1,65 м/мин, ско­рость наплавки 0,50—0,65 м/мин. При токах менее 100 А в свароч­ную цепь последовательно с источником питания включают допол­нительную индуктивность 0,4—0,7 мГн.

При подготовке деталей поверхность, подлежащая наплавке, должна быть зачищена до металлического блеска. Зачистку дела­ют непосредственно перед наплавкой при помощи шлифовальной шкурки при тех же частотах вращения детали, что и при ее на­плавке. Биение наплавляемой поверхности не должно превышать 0,5 мм. При большем изгибе детали ее перед наплавкой необходи­мо выправить либо обработать на станке. Поврежденные резьбо­вые отверстия перед наплавкой необходимо обработать до полно­го удаления старой резьбы.

Вибродуговую наплавку осуществляют на постоянном токе об­ратной полярности. Оптимальное напряжение при наплавке 17 — 20 В.

Для охлаждения детали применяют 3—4 % раствор кальцинированной соды или 10—20 % раствор технического глицерина Количество жидкости, подаваемой в зону наплавки, регулируют краном, установленным на наплавочной головке. Струя жидкости не долж­на попадать в столб дуги, так как это нарушает процесс наплавки.

Толщина наплавляемого слоя зависит от соотношения скоро­стей подачи электродной проволоки и окружной скорости враще­ния детали: чем больше скорость подачи проволоки и меньше ок­ружная скорость вращения детали, тем толще будет наплавленный слой. С увеличением окружной скорости вращения детали наплав­ляемый валик металла при прочих равных условиях наплавки ста­новится тоньше и уже. При этом если толщина наплавленного слоя должна быть минимальной, то применяют тонкую проволоку, а ес­ли требуется получить более толстый слой, то применяют прово­локу большего диаметра.

Стабильность процесса наплавки контролируют по показаниям амперметра и по равномерности издаваемого звука. При нормаль­ном ходе процесса стрелка амперметра почти не колеблется и слы­шен равномерный характерный звук плавящейся проволоки. При неправильно выбранных режимах наплавки процесс идет при не­прерывном резком потрескивании, стрелка амперметра резко ко­леблется, шов получается прерывистым.

Качество полученного слоя наплавки зависит от ряда причин. Большая пористость наплавленного металла указывает на загряз­ненность охлаждающей жидкости либо недостаточно хорошую очистку поверхностей основного металла и проволоки. При слиш­ком большой окружной скорости детали в наплавленном металле образуется большое количество раковин.

После длительной работы наплавочной головки изнашиваются направляющая трубка мундштука, рифления подающего ролика в механизме подачи проволоки, ослабевает затяжка конусного болта шатуна наплавочной головки и пр. Все эти неисправности приво­дят к нарушению стабильности процесса и образованию дефектов наплавки, поэтому необходимо производить своевременное обслу­живание установки.

Свойства покрытий при вибродуговой наплавке могут быть улучшены применением защитных сред (диоксида углерода, флю­сов, водяного пара, пены), использованием порошковых проволок, последующей термической обработкой изделий, обкаткой ролика­ми или ультразвуковым упрочнением.

При разработке технологических процессов вибродуговой на­плавки учитывают ряд особенностей. Первый и последний вали­ки наплавляют на цилиндрические поверхности при отключен­ной подаче. При консольном закреплении детали наплавку ведут от свободного конца к патрону. Галтели детали наплавляют в пос­леднюю очередь.

Резьбовые поверхности наплавляют без подачи охлаждающей жидкости. При шаге резьбы более 1,5 мм шаг наплавки устанав­ливается равным шагу резьбы.

Для наплавки эксцентриков используют копирные устройства, а вылет электродов назначают на 2—3 мм больше величины эк­сцентриситет. Шлицы глубиной менее 1,5—2,0 мм наплавляют при вращении детали, а более крупные шлицы — с подачей голо­вки вдоль оси детали. В последнем случае после наплавки каждо­го валика деталь поворачивают примерно на 180° относительно ее оси и наплавляют паз на противоположной стороне детали. При­ем исключает деформации детали.

Для вибродуговой наплавки применяют источники питания с жесткой внешней характеристикой: генераторы АДН-500/250, вы­прямители ВС-300, ВС-600, преобразователи ПД-305, ПСГ-500, а также дроссели типа А-780 или А-855 конструкции Института электросварки им. Е.О. Патона, дроссели РСТЭ-24 или РСТЭ-34 от сварочных трансформаторов СТЭ-24, СТЭ-34 или дроссельную обмотку трансформатора СТН-500. При использовании указанных дросселей для получения нужного значения индуктивности следу­ет сделать отводы от верхнего ряда обмотки через один-два витка для последующей их коммутации.

Разработаны специализированные установки УД-144. УД-209, УД-283, УД-284, ОКС-27414, ОКС-27508, наплавочные станки УД-143, ОКС-11336 ГОСНИТИ, в том числе универсальный ста­нок У-653. Специальные наплавочные головки ОКС-6569М и ОКС-1252 обеспечивают подачу наплавочной проволоки и ее виб­рацию. Головки могут работать также в режиме наплавки в среде защитного газа и под слоем флюса при нанесении покрытий на наружные и внутренние поверхности. Скорость подачи электро­дной проволоки составляет 0,52-4,5 м/мин. Габаритные размеры устройств 730x300x700 мм, масса 60 кг.

Недостатки процесса следующие:

— снижение усталостной прочности до 60 % из-за образования закалочных структур в материале, вызывающих растягивающие на­пряжения и неоднородность твердости (в местах перекрытия точек сварки в результате отпуска твердость снижается);

- наличие пор в покрытии по причине быстрого перехода ме­талла из жидкого состояния в твердое.

Электроискровая обработка

Сущность процесса электроискровой обработки основан на электроискровой эрозии (разрушении) металлов при электричес­ком искровом разряде. При наращивании поверхностей деталь под­ключают к отрицательному полюсу электрического колебательно­го контура, работающего в области искрового разряда, а электрод к положительному (рис. 4.6). При прошивании отверстий или рез­ке металла к обрабатываемой детали подключают положительный полюс, а к электроду-инструменту — отрицательный. В этом слу­чае промежуток между деталью и электродом заполняют диэлект­рической жидкостью.

Колебательный контур установки снабжен конденсаторными батареями, которые при питании постоянным током заряжаются, а при замыкании цепи разрядного контура разряжаются, в резуль­тате чего между деталью и электродом проскакивает искра.

Рис. 4.6. Схема электроискровой обработки (прошивки):

1 — соленоид; 2 — источник тока; 3 — сопротивление; 4 — конденсатор; 5 — деталь; 6 — жидкая среда (масло, керосин); 7— инструмент; 8 — ползун

Иск­ра в месте ее действия вызывает высокую температуру, приводя­щую к расплавлению части металла на поверхности детали. Части­цы расплавленного металла за счет потока электронов отрывают­ся от поверхности детали. Чтобы частицы металла не переносились и не оседали на поверхности электрода-инструмента, промежуток между деталью и электродом-инструментом заполняют керосином, минеральным маслом или другим диэлектриком, т.е. жидкостью, не проводящей электрический ток. Оторванные частички металла оседают в этой среде.

При ремонте электроискровая обработка находит применение для наращивания деталей, износ которых не превышает 0,05— 0,06 мм (при тугих и напряженных посадках), для повышения из­носостойкости рабочих поверхностей деталей, для получения в де­талях из материалов большой твердости отверстий под стопоры, от­верстий, ограничивающих распространение трещин перед заваркой и т.п., при подготовке к металлизации деталей с высокой твердо­стью, а также для обрезки изношенных частей, удаления сломан­ных крепежных деталей и инструмента.Электроискровой обработке могут подвергаться все металлы и сплавы, обладающие электропро­водностью, независимо от их твердости и термической обработки,

Установка для электроискрового наращивания состоит из элек­тромагнитного вибратора, инструмента и источников питания. Де­таль подключают к отрицательному полюсу, а электрод-инструмент к положительному. При работе установки частички металла выры­ваются из электрода-инструмента и в процессе электрического раз­ряда переносятся на деталь и прочно сцепляются с ней. Процесс протекает без применения рабочей жидкости.

Наращивание изношенных поверхностей производят в местах неподвижных посадок на шейках валов и в гнездах корпусных де­талей, главным образом под посадки подшипников качения. С по­мощью электроискрового способа наращивают и упрочняют боко­вые поверхности шлицев, подвижные шестерни и кулачковые муф­ты (по боковым поверхностям шлицев и по пазам под вилки управ­ления), рычаги фрикционов, вилки управления муфтами (в местах, входящих в пазы муфт) и другие детали. Для упрочнения деталей применяют сплавы Т15К6, ТЗО, ВК8, ВК10, феррохром.

В зависимости от толщины и чистоты поверхности образую­щихся упрочненных слоев электрические режимы подразделяют­ся на три группы: мягкие, средние и жесткие. Перед упрочнением с поверхностей деталей удаляют грязь и ржавчину и обеспечивают чистоту поверхности не ниже 5—6-го классов.