Восстановление чугунных деталей сваркой и наплавкой

Обновлено: 20.09.2024

У деталей из чугуна заваривают трещины и отверстия, приваривают отколотые части, наплавляют износостойкие покрытия.

Особенности сварки чугуна. Все чугуны, из которых изготовляются корпусные детали машин и механизмов, являются трудно свариваемыми материалами, что обусловлено высоким содержанием в них углерода. При быстром охлаждении это приводит к образованию в околошовной зоне твердых и хрупких закалочных структур, в том числе и структуры белого чугуна, который трудно поддается механической обработке. Из-за разных коэффициентов линейного расширения серого и белого чугунов в сварном шве возникают внутренние напряжения, которые могут быть причиной трещин.

Особенностью сварки чугуна является то, что из-за отсутствия переходного пластического состояния при нагреве до плавления он практически сразу переходит из твердого состояния в жидкое и обратно в твердое при охлаждении. С одной стороны, это создает значительные технологические трудности в выполнении сварки, а, с другой, препятствует полному выделению газов и шлака из расплавленного металла, вследствие чего сварочный шов получается пористым и загрязненным шлаковыми включениями. Этому способствует и образующаяся на поверхности расплавленного чугуна твердая корка из тугоплавких оксидов, которая также затрудняет выделение из него газов.

Сварку чугунных деталей выполняют электродуговым или газопламенным методами без предварительного подогрева (холодная сварка) или с предварительным подогревом (горячая сварка).

Горячая сварка чугуна. По сравнению с холодной горячая сварка чугуна обеспечивает лучшее качество, однако, требует применения специального нагревательного и теплоизоляционного оборудования: (печи, кожухи, термостаты и т.д.) и значительных затрат энергии. Поэтому ее применяют только в тех случаях, когда необходимо получить наплавленный металл, близкий по структуре и физико-механическим свойствам к металлу детали. Свариваемую деталь нагревают в печи или другим способом до температуры 650—680 °С. Нагрев рекомендуется проводить в два этапа: вначале в течение 1 ч деталь нагревают до температуры 400 °С, а затем в течение 0,5 ч до 650-680 °С.

Во время сварки температура детали не должна опускаться ниже 500 °С. Для обеспечения этого рекомендуется нагретую деталь закрывать специальным кожухом или теплоизоляционным материалом, а сварку производить через окна в нем. Благодаря более длительному охлаждению сварочной ванны наплавленный металл лучше очищается от газов и шлаков, выравнивается его состав, снижаются сварочные напряжения, что позволяет избежать трещин в детали. После выполнения сварочных работ деталь снова нагревают до температуры 650—680 °С и затем медленно охлаждают, например, вместе с печью или накрытой теплоизоляционным материалом (кожухом).

Газовая сварка. При горячей сварке чугуна более высокое качество обеспечивает газовая сварка ацетиленокислородным пламенем. В качестве присадочного материала применяются чугунные прутки марок А и Б диаметром 6—10 мм. Прутки марки Б имеют повышенное содержание кремния, который снижает отбеливание чугуна, и поэтому рекомендуются также при сварке с местным подогревом тонкостенных деталей. Кроме указанных прутков, применяют бракованные поршневые кольца из серого чугуна, которые также имеют повышенное содержание кремния. При газовой сварке чугуна обязательно применение флюса, который должен обладать следующими свойствами: предохранять от окисления расплавленную ванну; растворять и переводить в шлак образующиеся оксиды кремния и марганца; окислять и частично растворять графитные включения чугуна на свариваемых поверхностях; увеличивать текучесть сварочных шлаков. Одним из лучших является флюс марки ФСЧ-1 следующего состава (% по массе): бура — 23, кальцинированная сода — 27, азотнокислый натрий — 50.

Пламя горелки должно быть нейтральным при расходе ацетилена из расчета 100—120 л/ч. С учетом этого выбирают номер наконечника газовой горелки.

Электродуговая сварка. Она применяется для ремонта менее ответственных деталей с толстыми стенками. Рекомендуется применять электроды ОМЧ-1, представляющие собой прутки марки Б со специальным покрытием. Используется также порошковая проволока ППЧ-2, ППЧ-3, ППЧН-7.

Холодная сварка чугуна. Холодная сварка получила более широкое применение по сравнению с горячей из-за простоты выполнения и меньших затрат энергии. В частности, она применяется для устранения трещин и заварки пробоин в тонкостенных корпусных и крупногабаритных чугунных деталях, которые требуют последующей механической обработки и эксплуатируются под нагрузкой при тепловом воздействии.

При холодной сварке в зоне сварного шва происходят отбеливание и закалка, сопровождаемые ростом внутренних напряжений, которые могут привести к образованию трещин. Если при сварке чугуна использовать электрод даже из низкоуглеродистой стали, то металл шва получается высокоуглеродистым, т.е. будет хрупким и твердым. Поэтому важно снизить поступление углерода в сварочную ванну. Практически это достигается уменьшением глубины проплавления за счет ограничения сварочного тока, выбором состава покрытия электрода, выполнением сварного шва в несколько слоев.

Для повышения качества сварки и предотвращения образования трещин важно обеспечить достаточную пластичность наплавленного шва. С этой же целью рекомендуется:

— правильно выбирать сварочные материалы и режим сварки;

— выполнять сварку на постоянном токе обратной полярности;

— наплавлять валики длиной не более 40—50 мм по определенной схеме;

— проковывать швы во время кристаллизации наплавленного металла;

— равномерно нагревать и охлаждать зону сварки.

Изменяя состав и толщину покрытия электрода, скорость сварки и силу тока, можно получить стальной шов с составом и свойствами в диапазоне от закаленной высокоуглеродистой стали до мягкой отпущенной низкоуглеродистой.

Для снятия имеющихся в детали напряжений и предупреждения возникновения сварочных напряжений при холодной сварке применяют местный подогрев детали до температуры не выше 400 °С, специальные электроды, а также специальные способы сварки. К ним относятся: сварка с наложением так называемых отжигающих валиков обычными электродами из низкоуглеродистой стали и сварка с помощью специальных электродов. Кромки трещины для сваривания разделывают механическим способом (фрезерованием, строганием, слесарной обработкой) или оплавлением металла газовой горелкой с избытком кислорода. Перед сваркой подогретые кромки и конец электрода покрывают слоем флюса.

Сварка отжигающими валиками. Этот способ позволяет рационально использовать тепло, выделяющееся при сварке. Сварка выполняется следующим образом: накладывают сварной валик длиной 35—50 мм электродом Э-34 и затем на него, не прерывая дуги, в обратном направлении наваривают второй валик. Благодаря этому первый валик нагревается дополнительно и дольше остывает, поэтому закаленная часть шва частично подвергается нормализации. При этом верхний валик менее подвержен закалке. В результате снижается твердость наплавленного металла и частично снимаются остаточные напряжения. В зависимости от толщины стенки детали возможно наложение различного числа валиков в два или в три слоя. При толщине стенки свыше 15 мм применяют многослойную наплавку.

При многослойной наплавке большое значение имеет правильное нанесение сварочных слоев. Первый слой следует наплавлять электродом диаметром 3 мм или пучком электродов диаметром 2 мм, а остальные — электродом диаметром 4—5 мм. Первый тонкий стальной слой отжигается при наложении второго, более толстого слоя, причем часть углерода из него переходит в верхний слой, в результате чего толщина твердого закаленного слоя уменьшается до 0,3 мм.

При ремонте чугунных деталей холодной сваркой для повышения прочности соединения часто применяют установку в свариваемых частях детали шпилек диаметром 6—12 мм с последующей их обваркой общим слоем металла.

Шпильки располагают в шахматном порядке в обеих свариваемых частях на расстоянии между центрами не менее четырех диаметров резьбы. Они должны быть плотно ввинчены в деталь и выступать над поверхностью на 3—4 мм. На резьбовых поверхностях не должно быть загрязнений. Число шпилек принимается из условия обеспечения прочности соединения на срез. В зависимости от толщины детали шпильки могут быть сквозные и несквозные.

Сварка чугуна с применением шпилек связана с дополнительными затратами времени на сверление отверстий, нарезание резьбы и установку шпилек. Для исключения этих операций холодную сварку чугуна выполняют также без установки шпилек. В этом случае площадь соприкосновения детали с наплавленным слоем должна быть в 2 раза больше площади сечения излома, а толщина наваренного слоя быть равной примерно половине этой площади.

При ремонте чугунных деталей с толстыми стенками (свыше 15 мм) с целью повышения прочности сварного соединения дополнительно применяют также усиливающие элементы. Например, на рис. 4.41 показано усиление шва в виде приваренных к шпилькам стальных анкеров.

Рис. 4.41. Установка усилительных элементов при за варке трещины в толстостенной детали

Сварку осуществляют в два этапа: вначале сваривают между собой усиливающие элементы с перерывами для охлаждения, а затем выполняют полную заварку с применением отжигающих валиков.

Сварка специальными электродами. Для холодной электродуговой сварки чугуна применяют специальные электроды с сердечником из стали или цветных сплавов диаметром 3—4 мм. Из стальных рекомендуются электроды ЦЧ-4 и АНЧ-1. Первый имеет сердечник из никельсодержащей проволоки Св-08Н50 с содержащим титан или ванадий покрытием. При сварке этим электродом обеспечивается высокая прочность соединения наплавленного металла с деталью при хорошей обрабатываемости сварного шва резанием. Сварка производится электродами диаметром 3—4 мм. Перед сваркой рекомендуется подогреть деталь до 150—200 °С, а наложенные валики сразу же проковывать.

Электроды АНЧ-1 имеют стержень из нержавеющей проволоки Св-04X19Н9 или Св-04Х19Н9Т с фтористо-калиевым покрытием УОНИ-13/55. При наплавке таким электродом образуется пластичный, плотный и хорошо обрабатываемый шов из железоникелевого сплава твердостью около 160 НВ.

Применяются также специальные электроды из цветных металлов и сплавов. Сварка ими менее экономична, но обеспечивает получение пластичного шва, достаточно прочного и хорошо поддающегося механической обработке. На основе медных сплавов изготавливаются электроды ОЗЧ-1, МНЧ-1, МНЧ-2, ОЗЖН-1 и др., дающие в сварном шве мягкий металл, содержащий медь, никель.

Электроды ОЗЧ-1 имеют стержень из медной проволоки и фтористо-кальциевое покрытие, содержащее железный порошок (50 %). Процесс сварки рекомендуется вести короткой дугой, участками длиной 30—60 мм. Каждый участок необходимо проковать и продолжить сварку после охлаждения шва до 50—60 °С. Наплавленный шов представляет собой железомедный сплав, обладающий хорошей вязкостью. Однако возможно отбеливание чугуна, что затрудняет последующую механическую обработку.

Лучшее качество сварки обеспечивают электроды МНЧ-1, стержень которых изготовлен из монель-металла (63 % Ni + 37 % Си) и имеет покрытие УОНИ-13/55. Сварка выполняется электродами диаметром 3—4 мм короткой дугой, участками 20—30 мм, которые сразу же проковываются. Сварочный шов представляет собой в данном случае медно-никелевый сплав, достаточно хорошо поддающийся механической обработке.

Вместо медно-никелевых электродов можно также использовать железоникелевые электроды типа ЖНБ.

При холодной сварке чугуна широко применяют биметаллические электроды из красной меди с оболочкой из луженой жести и мелового покрытия. Сердечники из красной меди имеют диаметр 3—6 мм. На них плотно навивается оболочка из жестяной ленты шириной 5—7 мм.

При сварке биметаллическими электродами рекомендуется применять флюс следующего состава: бура — 50 %, каустическая сода — 15 %, железные опилки — 20 %, железная окалина— 15 %. Наплавленный такими электродами шов содержит сплав железа с медью, имеет высокую прочность, пластичность и обеспечивает хорошую свариваемость с чугуном.

Сварку деталей указанными выше специальными электродами рекомендуется выполнять на постоянном токе обратной полярности.

Для ремонта чугунных деталей применяется также полуавтоматическая сварка самозащитной сварочной проволокой ПАНЧ-11, ПАНЧ-12 и сварка проволокой МНЖКТ в среде аргона.

Холодная газовая сварка чугуна присадочным материалом из цветных сплавов широко применяется в ремонтном производстве для заварки трещин в корпусных деталях. Присадочный материал — латунь, которая дает в расплавленном состоянии прочное сцепление с чугуном. Температура плавления латуни ниже, чем чугуна, поэтому при сварке он не доводится до плавления, что исключает в нем существенные структурные изменения и внутренние напряжения. Сварочный шов имеет достаточную прочность при хорошей обрабатываемости.

Технология заварки трещин с применением латуни включает следующие операции:

— разделка кромок трещины с образованием фасок с углом 70—80° и желательно рифлений на поверхностях фасок для увеличения площади соприкосновения поверхности детали с наплавленным металлом;

— очистка детали в зоне сварки от грязи, масла и ржавчины;

— подогрев подготовленных к сварке мест пламенем газовой горелки до температуры 900—950 °С;

— нанесение на подогретую поверхность слоя флюса;

— нагрев пламенем горелки конца латунной проволоки и натирание ею поверхностей фасок до покрытия их тонким слоем латуни;

— медленный отвод пламени горелки от детали и теплоизоляция сварного шва для его медленного охлаждения.

Пайка чугуна латунью. С помощью ацетиленокислородных горелок можно паять чугунные детали латунью. В качестве присадочных используют латунные прутки, содержащие до 60 % меди. При пайке чугунную деталь нагревают до температуры плавления латуни (около 600 °С).

Газопорошковая наплавка чугуна. Сущность этого способа восстановления заключается в том, что на нагретую поверхность детали напыляют тонкий слой порошкообразного сплава. Наплавленный слой образуется в результате диффузионных процессов между расплавленным порошком и поверхностью основного металла. Для наплавки чугунных деталей применяют порошки марки НПЧ, имеющие следующий состав (в %): медь — 5—7; бор — 1—1,8; кремний — 0,7—0,95; никель — остальное. Наплавка производится специальной ацетиленокислородной горелкой ГАЛ-2-68 при подаче порошка через закрепленную на ней воронку. Наплавленный слой может иметь толщину до 3 мм.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.012)

Восстановление чугунных деталей сваркой и наплавкой

Восстановление деталей электродуговой сваркой и наплавкой

При восстановлении деталей ручную электродуговую сварку применяют для заварки трещин, приварки обломанных частей и заплат на пробоины, заплавки изношенных отверстий, наращивания изношенных кулачков и зубьев, а также для устранения повреждений в деталях из алюминиевых сплавов, чугуна и стали.

При ручной электродуговой сварке больше, чем при любом другом процессе, применяемом при восстановлении деталей, качество и производительность процесса зависят от квалификации сварщика, его умения правильно выбрать марку и диаметр электрода, режим сварки, приемы манипулирования концом электрода.

Газовую сварку используют при ремонте кабин и облицовки, а также для заплавки изношенных отверстий, наращивания обломанных ушков. Она основана на использовании теплоты, выделяющейся при сгорании ацетилена или других горючих газов в смеси с кислородом.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

При восстановлении деталей чаще всего в качестве горючего газа применяют ацетилен. Температура ацетилено-кислородного пламени в самой его горячей точке 3000—3150° С. При газовой сварке скорость нагрева и расплавления металла значительно меньше, чем при дуговой, а зона термического влияния значительно больше, поэтому не рекомендуется применять газовую сварку для устранения повреждений в деталях, изготовленных из чугуна.

Дуговая сварка в среде углекислого газа — один из наиболее эффективных процессов для устранения повреждений в тонколистовых стальных деталях. Она все больше вытесняет газовую и ручную электродуговую сварку при ремонте кабин, кузовов и ответственных металлоконструкций. Этот вид сварки отличается высокой производительностью, хорошим формированием сварного шва, легкостью ведения процесса во всех пространственных положениях, концентрацией теплоты в зоне сварки.

Автоматическая наплавка под слоем флюса (рис. 86) обеспечивает наиболее высокое качество наплавленного металла, так как сварочная дуга и ванна жидкого металла полностью защищены от вредного влияния кислорода воздуха, а медленное охлаждение способствует наиболее полному удалению из наплавленного металла газов и шлаковых включений. При автоматической наплавке заданный режим почти не изменяется.

При наплавке под слоем флюса электрическая сварочная дуга горит в закрытой полости из расплавленного минерального вещества (флюса). Флюс предотвращает разбрызгивание жидкого металла, обеспечивает формирование нормального сварного шва, защищает расплавленный металл от действия кислорода и азота воздуха, влияющих отрицательно на свойства наплавленного металла. Электродная проволока из кассеты к месту наплавки подается автоматической головкой.

Рис. 86. Схема механизированной наплавки под слоем флюса:
1 — источник тока для питания дуги, 2 — оболочка из жидкого флюса, 3 — устройство для подвода флюса, 4 — мундштук, 5 — электродная проволока, 6 — электрическая дуга, 7 — шлаковая корка, 8 — наплавленный слой, 9 — наплавляемая деталь, 10 — скользящий контакт

Применение флюса дало возможность использовать голую (без покрытия) электродную проволоку. Ток к проволоке подведен по скользящему контакту 10 на небольшом расстоянии от дуги, что уменьшило длину электрода, по которому протекает сварочный ток. Плотность тока при этом увеличилась в несколько раз, возросла и производительность наплавки. Питание дуги чаще всего осуществляется током от сварочных генераторов или выпрямителей.

Наплавкой под слоем флюса можно восстанавливать изношенные плоские, цилиндрические, резьбовые и другие поверхности деталей. Цилиндрические поверхности деталей, наплавляемые под слоем флюса, должны иметь наружный диаметр свыше 50 мм, так как на меньших сечениях расплавленный флюс и шлак из-за большого разогрева не успевают затвердевать и стекают с деталей. Механизированной наплавкой под слоем флюса восстанавливают катки, колеса, башмаки, валы, ролики, барабаны и др.

Разновидностями электродуговой наплавки под слоем флюса являются более производительная наплавка ленточным электродом, а также сварка и наплавка порошковой проволокой.

Автоматическая наплавка ленточным электродом производится специальным электродом, изготовленным из металлической ленты холодного проката толщиной 0,4—1,0, шириной 20— 100 мм. Благодаря тому, что при этом способе наплавки сварочная дуга непрерывно перемещается по торцу ширины ленты, проплавление основного металла неглубокое и его доля в наплавленном слое составляет 8—10%. Таким образом, влияние наплавки на структуру и механические свойства основного металла незначительно. Химический состав ленты и марку флюса выбирают в зависимости от назначения наплавки.

Способ обеспечивает высокую производительность работ: за один проход можно наплавить слой толщиной 2—7 мм и шириной, соответствующей ширине ленты.

Недостатки способа: потребности в ленте различной ширины для наплавки разнотипных деталей; невозможность применения наплавки для валов малых диаметров, шлицевых соединений, внутренних отверстий.Полуавтоматическая сварка и наплавка порошковой проволокой — это сравнительно новый процесс в ремонтном производстве. Сущность способа заключается в том, что в качестве электродного материала применяют специальную проволоку, в состав которой наряду с легирующими элементами введены защитные газо- и шлакообразующие вещества, благодаря чему достигается высокая твердость и износостойкость наплавленного металла. Для наплавки порошковой проволокой используют те же автоматы и полуавтоматы, что и для сварки и наплавки сплошными электродными проволоками под слоем флюса. Наплавку порошковой проволокой рекомендуется применять прежде всего для восстановления деталей с большим износом.

При устранении дефектов в корпусных чугунных деталях (трещин, обломов, пробоин) применяют самозащитную проволоку ПАНЧ-11 без подогрева и дополнительной защиты. По сравнению со специальными никелевыми электродами проволока ПАНЧ-11 обладает высокой стойкостью сварных соединений против околошовных трещин. Заваривают трещины самозащитной проволокой ПАНЧ-11 открытой дугой на постоянном токе прямой полярности участками длиной 20—50 мм с проковкой и охлаждением каждого участка до температуры 50° С. Для сварки рекомендуются полуавтоматы ПДПГ-500, ПДГ-300, А-547У, А-825М в комплекте с выпрямителями ВС-300.

При полуавтоматической сварке чугуна самозащитной проволокой ПАНЧ-11 процесс протекает стабильно, без разбрызгивания металла, сварочный шов формируется без подрезов, наплывов и других наружных дефектов. Металл шва имеет высокую обрабатываемость, плотность и прочность. Этот метод находит все большее применение на ремонтных предприятиях, его можно рекомендовать для холодной заварки трещин длиной до 200 мм, обломов, а также обварки заплат у тонкостенных чугунных деталей.

Вибродуговая наплавка — разновидность автоматической электродуговой наплавки. Она ведется колеблющимся электродом, что дает возможность наплавлять металл при низком напряжении источника тока. Благодаря этому образуется минимально возможная сварочная ванна, мелкокапельный переход металла с электрода на деталь. При вибродуговой наплавке получается достаточно хорошее сплавление основного металла с электродным, небольшой нагрев детали и малая по глубине зона термического влияния. Наиболее широкое применение получила вибродуговая наплавка в среде охлаждающей жидкости.

Принципиальная схема установки для вибродуговой наплавки в среде жидкости показана на рис. 87. К установленной в станок изношенной детали с помощью роликов по направляющему мундштуку подается проволока, которая сматывается с барабана. Одновременно с подачей проволоки от вибратора электроду сообщается колебательное движение частотой 50—100 Гц. Установка вибратора позволяет уменьшить мощность дуги, не уменьшая стабильности процесса. От источника постоянного тока через ролики и мундштук к электроду подводится плюс, а к детали через шпиндель станка — минус.

Рис. 87. Схема установки для вибродуговой наплавки в струе жидкости:
1—индуктивность, 2—генератор, 3—трубопровод, 4 — подающие ролики, 5 — барабан для электродной проволоки, 6 — вибратор, 7 — пружины, 8 — шестеренный насос, 9 — бак-отстойник, 10 — деталь с наплавленным слоем, 11 — зона наплавки, 12 — мундштук

В зону наплавки по трубопроводу непрерывной струей подается жидкость. С детали жидкость стекает в поддон станка, откуда попадает в бак-отстойник и далее насосом по трубопроводам снова подается к детали.

Вибродуговым способом могут наплавляться цилиндрические поверхности диаметром от 15 мм и выше, поверхности изношенных отверстий, подвижных и неподвижных соединений; поверхности под обоймы шариковых и роликовых подшипников; шейки валов, работающих в подшипниках скольжения, не испытывающие ударной нагрузки; шейки в местах прессовых посадок. Вибродуговая наплавка нежелательна для профильных поверхностей в виде резьб, мелких шлиц и т. д. Вибродуговую наплавку можно производить также под слоем флюса и в среде защитного газа.

Способ вибродуговой наплавки и сварки различных материалов в потоке воздуха применяют при восстановлении чугунных деталей. Деталь наплавляют с помощью автоматической вибродуговой головки, а для получения плотных и легко обрабатываемых слоев в зону сварки подают атмосферный воздух. С увеличением подачи воздуха наружная пористость наплавляемого металла уменьшается. Наименьшая пористость получается при расходе воздуха свыше 1600—2000 л/ч.

Рис. 89. Полуавтомат А-547У в комплекте с выпрямителем ВС-300:
1 — баллон с углекислым газом, 2 — подогреватель, 3 — редуктор-расходомер, 4 — держатель со шлангом, 5 — подающий механизм, 6 — сварочный выпрямитель, 7 — пульт управления

Наплавленный металл обладает невысокой твердостью, что позволяет производить токарную обработку слоя обычным инструментом. Для наплавки используют установку, состоящую из токарного станка, источника тока (три выпрямителя ВСГ-ЗА) и автоматической вибродуговой головки.

При наплавке в среде углекислого газа сварочная дуга и расплавленный металл защищаются от вредного влияния воздуха струей углекислого газа, специально подаваемого в зону сварки. Электродная проволока из кассеты непрерывно подается в зону сварки с заданной скоростью. Ток к проволоке подводится с помощью мундштука и наконечника, расположенного внутри газовой горелки, которая подает защитный газ в зону сварки.

Рис. 88. Схема процесса наплавки в среде углекислого газа:
1 — горелка, 2 — электродная проволока, 3 — мундштук, 4 — наконечник, 5 — сопло горелки,6 — основной металл, 7 — сварочная дуга, 8 — сварочная ванна, 9 — шов

Электродная проволока плавится под действием теплотыдуги; электродный металл переходит в сварочную ванну и смешивается с расплавленным основным металлом. В результате сплавления электродного и основного металлов образуется наплавленный валик, прочно соединенный с основным металлом.

При наплавке углекислый газ из баллона (рис. 89) проходит через подогреватель газа, осушитель, редуктор и расходомер (ротаметр). При выходе из баллона углекислый газ расширяется и температура его резко падает. Чтобы исключить резкое охлаждение газа и замерзание содержащейся в углекислом газе влаги, его сразу после выхода из баллона пропускают через подогреватель. Затем углекислый газ попадает в осушитель, представляющий собой цилиндр, заполненный веществом, которое поглощает влагу из углекислого газа (сили- кагель, обезвоженный медный купорос или хлористый кальций).

Наплавка в среде углекислого газа имеет ряд преимуществ перед другими методами наплавки: более высокая производительность труда по сравнению с наплавкой под слоем флюса, высокая экономичность процесса, хорошее качество наплавленного металла; возможность наплавки внутренних поверхностей изделий сложной формы и малых диаметров; улучшение условий труда рабочих. Кроме того, отпадает необходимость в применении различных приспособлений для удержания флюса и расплавленного шлака, как при наплавке под слоем флюса, что позволяет повысить автоматизацию процесса. Недостатки способа наплавки в среде углекислого газа: большие потери металла на разбрызгивание, потребность в применении специальных типов проволоки и особых источников питания.

Сущность процесса электроконтактной приварки стальной ленты заключается в приварке к поверхности деталей стальной ленты мощными импульсами электрического тока. В сварочной точке под действием импульса тока расплавляются металлы присадочного материала и детали. Присадочный материал (стальная лента) расплавляется не по всей толщине, а лишь в тонком поверхностном слое, в зоне контакта с деталью. Слой приваривают ко всей изношенной поверхности регулируемыми импульсами тока при вращательном движении детали со скоростью, пропорциональной частоте импульсов, и поступательном перемещении сварочной головки. Схема процесса приварки ленты приведена на рис. 90.

Для приварки ленты применяют установку 011-1-02, которая позволяет восстанавливать наружные и внутренние цилиндрические поверхности деталей. Технологический процесс целесообразно применять при восстановлении шеек валов под подшипники качения, посадочных отверстий стаканов подшипников и других деталей при износе до 0,4 мм.

Изношенную поверхность предварительно шлифуют, удаляя слой металла толщиной 0,15—0,2 мм. После этого деталь подают на установку. Накладывают на подготовленную поверхность мерный отрезок стальной ленты толщиной 0,4—0,8 мм (в зависимости от величины износа), который прижимают сварочными роликами установки. Материал ленты — средне- и высокоуглеродистые стали марок 45, 50, 65Г и др.

Импульсами тока прихватывают ленту в нескольких местах. Перемещая ролики в крайнее положение, переключают установку на рабочий режим и приваривают ленту.

Рис. 90. Схема процесса электроконтактной приварки стальной ленты:
1 — центры, 2 — восстанавливаемая деталь, 3 — ролики, 4 — лента, 5 — трансформатор, 6 — прерыватель тока

Процесс ведут при подаче жидкости (воды), которая охлаждает ролики сварочной головки и одновременно эффективно отводит теплоту от зоны приварки. При этом твердость восстанавливаемой поверхности увеличивается до HRC .55 и более. Этим достигается совмещение технологий нанесения покрытия и термической обработки. Последующую механическую обработку после приварки ленты производят на круглошлифовальных станках.

Использование электроконтактной приварки стальной ленты взамен вибродуговой наплавки позволяет повысить производительность восстановления деталей в 2,5 раза, снизить расход присадочных материалов в 4—5 раз, трудоемкость работ в 2,5 раза и повысить ресурс детали до уровня новой.

Электроконтактную приварку стальной проволоки применяют преимущественно для восстановления резьбы. Проволоку подают во впадину изношенной резьбы и прижимают контактным роликом. После включения тока ее приваривают. Диаметр проволоки подбирают с таким расчетом, чтобы после ее приварки и осадки металл заполнил впадину между витками восстанавливаемой резьбы и при этом оставался припуск на механическую обработку. Наилучшие результаты получаются в том случае, если диаметр присадочной проволоки равен шагу резьбы или больше его на 5—10%.

Восстановление деталей сваркой и наплавкой

По статистике при восстановлении деталей в 60% случаев используется сварка и наплавка. Сваркой устраняют механические повреждения. Наплавкой восстанавливают изношенные поверхности деталей.

Сущность восстановления сваркой и наплавкой

Оба метода основаны на тепловом воздействии, отличаются только настройки используемого оборудования. Наплавка ― это нанесение на поверхность деталей слоя из сплава основного и присадочного металла. Наплавкой восстанавливают не только геометрические размеры, но также наносят покрытия для повышения жаростойкости, прочности, износоустойчивости и т. д. Процедура выполнятся на поверхности любой формы― от плоской до конической и сферической.

Сварка ― это процесс создания соединения металлических элементов методом плавления или давления. Этим способом заделывают трещины, сколы, отверстия от пробоин, крепят отломившиеся элементы. С такими повреждениями рам, поддонов, кузовов, обоих мостов постоянно сталкиваются при ремонте автомобилей. Сварку также применяют совместно с другими восстановительными процедурами.

Для качественного восстановления деталей сваркой и наплавкой необходимо:

не допускать сильного смешивания основного металла с наносимым;
плавить основной металл на минимальную глубину;
не делать больших припусков на последующую обработку;
принимать меры по снижению остаточных напряжений и деформации.

Подготовка деталей

Перед восстановлением детали сваркой или наплавкой с поверхности удаляют ржавчину, окалину, грязь металлической щеткой или пескоструйной обработкой до блеска. Обезжиривание выполняют растворителем или нагревом поверхности до 300⁰C. На кромках закрепляемых элементов снимают фаски. У трещин разделывают края под углом 120 — 140⁰, на концах сверлят отверстия диаметром 3 — 4 мм. Глухие трещины углубляют насквозь, чтобы газы при сварке не образовывали поры.

С деталей, которые уже восстанавливались, сначала удаляют остатки нанесенного ранее слоя. Затем проводят процедуру очистки. Если износ не больше 1 мм, с места восстановления снимают слой на глубину 0,5 — 1 мм шлифовальным кругом или резцом. Это обеспечит однородность структуры нанесенного сплава.

Электродуговая сварка и наплавка

Это самая распространенная технология восстановления в промышленности и на дому. Она легко выполняется на обычном сварочном оборудовании. Работу выполняют плавящимися покрытыми электродами и неплавящимися с присадочной проволокой.

Качество конечного результата определяется параметрами электродов. Для ремонта сваркой площадь поперечного сечения стержней выбирают в зависимости от размера повреждения, толщины металла. Для создания слоя с заданными параметрами выбирают марки электродов с легирующими присадками. Они могут содержаться в металле и обмазке стержней.

Наплавку на детали из низкоуглеродистых сталей, которые не подвергались термической обработке, проводят сварочными электродами. Форму изделий из закаленной легированной, высокоуглеродистой стали восстанавливают наплавочными электродами с присадками или стержнями из твердых сплавов. Ими же наносят слои на режущие кромки инструмента для обработки металла.

Важно!

Для предотвращения деформирования, детали из высокоуглеродистой легированной стали предварительно нагревают до 300⁰C.

После окончания работы проводят отпуск для снятия внутренних напряжений в сварочных швах. Для низкоуглеродистой, низколегированной стали предварительный нагрев не требуется.

На цилиндрическую поверхность валики накладывают тремя способами:

в виде спиралей;
в форме замкнутых окружностей;
параллельно оси вращения.

На плоские поверхности наплавляют рядом расположенные широкие валики либо узкие с перекрытием 0,3 — 0,5 по ширине. На место большого износа сначала накладывают слой из низколегированной стали. Наплавку и сварку элементов небольшой толщины выполняют на постоянном токе обратной полярности. Толстостенные детали сваривают переменным или постоянным током с прямой полярностью.

Восстановление деталей в среде защитных газов

Этим способом восстанавливают детали наплавкой и сваркой толщиной от 0,6 мм и валов диаметром до 5 см. Поступающий под давлением к месту сварки газ защищает расплавленный металл от соприкосновения с воздухом. Самые качественные швы получаются в среде аргона или гелия, однако из-за их высокой цены чаще пользуются углекислым газом. В среде азота восстанавливают детали из меди.

При нагреве до высокой температуры из углекислого газа выделяется кислород, который способствует выгоранию углерода, марганца, кремния. Поэтому для работы со сталью применяют сварочную или присадочную проволоку с высоким содержанием этих элементов. Выбор диаметра в диапазоне 0,5 — 2,5 мм зависит от толщины деталей. Наплавку на нержавеющую сталь проводят проволокой из нержавейки, желательно той же марки.

Восстановление в среде углекислого газа выполняют на постоянном токе обратной полярности. Чтобы процесс протекал стабильно, выбирают сварочное оборудование с жесткими характеристиками. Автоматической наплавкой восстанавливают детали диаметром от 10 мм из низкоуглеродистых сортов стали.

Подачу проволоки настраивают так, чтобы не возникали короткие замыкания или обрывы дуги. Скорость наплавки определяется по толщине создаваемого слоя. Валики накладывают с шагом 2,5 — 3,5 мм.

Сварка и наплавка под слоем флюса

Восстановление этим способом проводят электрической дугой, которая горит под расплавленным флюсом. Таким образом, создается эластичная оболочка, защищающая расплавленный металл от соприкосновения с воздухом. Флюсы также поддерживают стабильность горения дуги, раскисляют, легируют, рафинируют наплавляемый металл.

Для сварки и наплавки применяют два вида флюсов:

Керамические, состоящие из металлических и неметаллических компонентов, что позволяет проводить легирование в большом диапазоне.
Плавленые не содержат металлических компонентов, поэтому возможности легирования ограничены десятыми долями процента. По сравнению с керамическими видами эти флюсы дешевле, лучше защищают, со швов легче отделяется шлак. Плавлеными флюсами с высоким содержанием кремния пользуются при нанесении слоев из углеродистых, низколегированных сортов стали.

Наплавку металла под флюсом проводят сварочной проволокой без покрытия. Диаметр (1 — 6 мм) определяют по толщине создаваемого слоя, формы валиков, габаритов деталей. Чтобы увеличить производительность, восстановление ведут ленточными электродами шириной до 10 см или одновременно двумя проволоками с подачей разными механизмами.

Восстановление выполняют на постоянном токе с обратной полярностью. На круглых деталях валики располагают с шагом 2 — 6 диаметра проволоки. Для уменьшения деформации на плоской поверхности наплавку ведут через валик или поочередно на разных участках.

Другие способы восстановления

Также популярны альтернативные методы восстановления:

Вибродуговая наплавка отличается от обычной электросварки тем, что электрод кроме поступательного движения совершает перпендикулярные колебания частотой 90 — 100 кол/сек. В ходе процесса металл переносится мелкими каплями в сварочную ванну небольшого размера. Этим достигается незначительная глубина проплава, высокая прочность сцепления материала электрода с металлом детали.
Пламенная наплавка проводится за счет нагрева основного металла и присадочной проволоки струей ионизированного газа, направляемой в рабочую зону соплом горелки.
Электроконтактную наплавку выполняют методом пластической деформацией после нагрева металла детали и присадочного материала импульсным током. Отличается высокой производительностью (до 150 см²/мин), незначительным термическим воздействием, малым проплавлением.

Перспективными считают способы наплавки (сварки), прошедшие экспериментальную проверку:

электронно-лучевая;
высокочастотным током;
лазерная;
пропиткой композиционных сплавов;
взрывом;
самораспространяющимся высокотемпературным синтезом.

Особенности восстановления деталей из чугуна

Сложность восстановления чугунных деталей связана с тем, что при быстром остывании шов становится чрезмерно хрупким, так как в металле остается много углерода. Поскольку у материалов деталей и швов коэффициенты усадки разные, во время и после окончания сварки образуются трещины. При высокой температуре углерод и кремний выгорают с образованием шлака и газов, которые при быстром остывании остаются внутри швов в виде пор, включений.

Для получения прочных однородных швов восстановление выполняют методом горячей сварки. Деталь предварительно медленно нагревают до 650 — 700⁰C в течение 1,5 — 2 часов в печи. Затем переносят в термос, чтобы температура во время работы не упала ниже отметки 500⁰C. Сварку или нанесение слоя ведут через люк. После окончания восстановления деталь отжигают при 600 — 650⁰C в печи или термосе. Инструкция рекомендует снижать температуру со скоростью 50 — 100⁰C/час.

Обратите внимание!

Если ремонт выполняют газовой горелкой, в качестве присадочного материала применяют стержни из чугуна.

Электросварку проводят чугунными электродами с покрытием, в состав которого входит до 50% графита. Из-за низкой производительности, сложности оборудования, этим способом пользуются редко.

Восстановление холодной сваркой выполняют без предварительного нагрева. Поэтому принимают меры для предотвращения деформирования и образования дефектов. Газовой горелкой чугун плавят медленно, но без перегрева. Электросварку проводят постоянным током обратной полярности, диаметр электродов 3 — 4 мм. Валики при наплавке накладывают вразброс участками по 40 — 50 мм. Прежде чем начать следующий, предыдущий шов охлаждают до 50 — 60⁰C.

В зависимости от решаемых задач для холодной сварки применяют присадочные стержни и электроды:

чугунные;
стальные;
комбинированные;
пучковые;
монелевые;
медно-стальные.

При восстановлении деталей, следует учитывать, что независимо от метода наплавки, нанесенный металл будет неоднороден по механическим параметрам, структуре, химическому составу. Поэтому если деталь работает в условиях больших нагрузок, рекомендуется заменить ее новой.

Сварка, наплавка и заварка чугунных изделий электродами

Сварка, наплавка и заварка чугунных изделий – распространённый способ восстановления габаритных деталей, изношенных вследствие интенсивной эксплуатации. Проблема в том, что данный сплав сваривается плохо, поэтому при несоблюдении технологии в готовых деталях часто наблюдаются трещины.

Как заварить чугун или наплавить чугун электродом? Прежде чем приступить к работам, необходимо решить четыре ключевых вопроса:

1. Определить тип сплава.
2. Тщательно очистить отливку.
3. Установить температуру предварительного нагрева изделия.
4. Выбрать метод сварки или наплавки.

Зачем нужно знать тип чугуна

В практике используются следующие типы чугуна: Белый, серый, ковкий и высокопрочный (последний – в специальных применениях). Свариваемость каждого из этих видов различна.

Как известно, чугун является сплавом железа с углеродом, причём процентное содержание последнего не может быть менее 2…4%. Это придаёт чугуну высокую твёрдость, но и пониженную пластичность. Во время сварки перемежающиеся циклы нагрева и охлаждения вызывают расширение и сжатие металла. Однако чугуны при этом не растягиваются, и не деформируются, а трескаются. Условия такого растрескивания определяются типом чугуна.

Белый чугун. Удерживает углерод в форме карбида железа (цементита), не выделяя его в виде графита. Кристаллическая микроструктура цементита очень твердая и хрупкая, поэтому белый чугун сварке не поддаётся – растрескивание отливки неизбежно при любом нарастании/падении температуры. Единственный способ избежать трещинообразования – подвергнуть сплав длительному отжигу при 900…10500С, в результате чего он преобразуется в ковкий чугун.

Ковкий чугун. Обладает наименьшей хрупкостью, поскольку имеет сфероидальную углеродную микроструктуру.
Серый чугун. Углерод, содержащийся в сплаве, во время литья осаждается в графитовые чешуйки перлитной или ферритной кристаллической матрицы. По пластичности и свариваемости занимает промежуточное положение между ковким и белым чугуном, однако чешуйки графита в сером чугуне могут попасть в сварочную ванну и вызвать охрупчивание металла сварного шва.

Наиболее доступный способ определения типа чугуна – проверить цвет металла на изломе. Белый чугун будет более светлым, из-за повышенного содержания цементита. Впрочем, примерно так же выглядит и ковкий чугун. Поэтому лучше воспользоваться так называемым искровым тестом, который не предусматривает разрушения отливки.

Сущность испытания на искру заключается в том, что кромку изделия, подлежащего сварке или наварке, прикладывают к вращающемуся шлифовальному кругу. При контакте металла с поверхностью инструмента будут образовываться искры. Их цвет, вид и форма позволяет установить, к какому типу чугуна относится изделие. Шлифовку следует производить так, чтобы искровой поток отбрасывался горизонтально и на достаточно тёмный фон.

Для чугунов цвет искр всегда находится в диапазоне от красноватого до соломенно-жёлтого. Искры – очень тонкие и короткие, причём начинаются у шлифовального круга и не разветвляются.

Испытание на искру позволяет не только отличить чугун от, например, стали, но и установитьти п сплава. При одинаковой скорости вращения шлифовального круга и усилии прижима искровой поток от детали, изготовленной из ковкого чугуна, всегда будет длиннее, чем из серого. Причём ширина потока будет меньше, а наиболее мелкие искры окажутся вблизи периферии круга. При тех же условиях испытаний длина и объем искрового потока от белого чугуна будут меньше, чем для серого чугуна.

Простым методом проверки готовности поверхности к сварке чугуна электродами является пробное нанесение сварного шва на металл — при наличии каких-либо примесей шов будет пористым. Такую поверхностный слой необходимо удалить, повторяя процесс до тех пор, пока пористость не исчезнет.

Тепловые процессы при сварке

Сварка чугуна электродом включает три этапа:

• Предварительный нагрев;
• Собственно сварка (или заварка) при минимально необходимом количестве вводимой тепловой энергии;
• Медленное охлаждение.

Обязательность теплового контроля заключается в ограничении теплового расширения. Соответствующее напряжение не возникнет, когда весь объект нагревается и расширяется с одинаковой скоростью, однако оно будет накапливаться при локализации тепла в относительно небольшой зоне термического влияния.

Предварительный подогрев уменьшает температурный градиент между основным телом отливки и её поверхностью, сводя к минимуму растягивающие напряжения, вызванные сваркой. Для сварки чугуна наилучшей стратегией является минимизация подвода тепла — выбор низкотемпературного процесса сварки и сварочных электродов, имеющих низкую температуру плавления.

Важно управлять также и скоростью охлаждения, которая оказывает непосредственное влияние на напряжения, возникающие в сварном шве. Быстрое охлаждение вызывает усадку, в результате чего сварные швы становятся хрупкими и легко растрескиваются. Этого можно избежать, если перед сваркой применить предварительный нагрев металла.

Способы сварки чугуна электродами

Чаще используют дуговую и кислородно-ацетиленовую сварку, а также пайку.
При сварке чугуна электродом используется расходный материал, покрытый флюсом. Выбор электрода определяется областью применения и объёмом последующей механической обработки.

Для сварки чугуна применяют следующие типы электродов:

• Чугунные/стальные, покрытые флюсом;
• Из медных сплавов;
• Из никелевых и железно-никелевых сплавов.

Наилучшее качество сварного шва обеспечивают электроды из сплавов железа с никелем: Шов обладает высокой прочностью и имеет низкий коэффициент теплового расширения. Это снижает сварочные напряжения и повышает устойчивость чугуна от растрескивания. Рекомендуется использовать минимальные значения силы тока.

Наличие этапа предварительного нагрева зависит от материала электрода. Перед сваркой чугунными или медными электродами свариваемые/завариваемые изделия нагревают до температуры не менее 130…150 °С, в то время, как никелевые электроды можно использовать без предварительного нагрева заготовок.

Для кислородно-ацетиленовой сварки чугуна подходят только чугунные и медно-цинковые электроды. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не окислить чугун во время сварки ацетиленом, так как это вызывает потерю кремния и образование в сварном шве белого чугуна. Электрод следует погружать непосредственно в ванну с расплавом, а не расплавлять в пламени – это сводит к минимуму возникающие температурные градиенты.

Сварка пайкой является распространённым методом соединения чугунных деталей из-за минимального теплового воздействия на основной металл. Флюс, имеющийся на электроде, из-за более низкой температуры плавления (в сравнении с чугуном) не вступает в термохимические реакции с чугуном, а просто откладывается на поверхности, предотвращая оксидообразование.

Чистота поверхности такого соединения зависит от качества флюса, смачивающего поверхность основного металла. Это позволяет наполнителю течь по соединяемым деталям, очищая их от оксидов, что способствует более плотному сцеплению.

Номенклатура и марки сварочных электродов отечественного производства, предназначенных для работ с чугунными изделиями, регламентируется техническими требованиями ГОСТ 30430-96. Выбор электродов для сварки чугуна можно производить по данным следующей таблицы:

Вид чугуна	Марка электрода	Сила тока, А	Диаметр электрода мм
Серый чугун	Чугунный ЭЧ-1;2	1100. 1400	12-16
Серый чугун	Стальной ЦЧ-5	110. 240	3. 6
Ковкий чугун	Чугунный ЭВЧ-1	400. 1300	8. 14
Любой	Медно-никелевый МНЧ-2	100. 130	3. 4
Для заварки и наплавки	Железно-никелевый ОЗЖН-1	60. 90	3. 5
Для заварки и наплавки деталей , работающих при ударной нагрузке	Никелевый ОЗЧ-4	70. 190	3..5

Все электроды рассчитаны на работу с постоянным током обратной полярности. Их ограничениями считаются:

• Необходимость в строгом соблюдении тепловых режимов сварки;
• Повышенные требования к качеству очистки поверхности;
• Чувствительность к направлению формирования сварного шва;
• Необходимость в медленном охлаждении готовой детали или соединения.

В последнем случае приходится использовать специальные теплоизолирующие материалы, замедляющие охлаждение, или применять периодическое прогревание сварного шва. Это увеличивает трудоёмкость работ.

Читайте также: