книги / Ремонт подъемных кранов

обработки, окислением наплавленного металла и выгорани­ ем легирующих элементов. Все эти трудности можно преодо­ леть при правильном выборе электродов и режима сварки.

В качестве электродов при ручной сварке и наплавке при­ меняют стальной стержень с покрытием (обмазкой).

Стержень электрода при сварке изготавливают из прово­ локи по ГОСТ 2246-70, а при наплавке из проволоки по ГОСТ 10543-75.

Электродные покрытия подразделяются на толстые и тон­ кие. Тонкие покрытия предназначены для стабилизации горе­ ния электрической дуги. Эти покрытия в своём составе имеют ионизирующие вещества. Наиболее распространённое тонкое электродное покрытие состоит из 80-85 % мела и 15-20 % жидкого стекла. Электроды с тонкими покрытиями применя­ ют при восстановлении неответственных деталей.

При необходимости получения высоких механических свойств в наплавленном металле сварку производят электро­ дами с толстым покрытием. Толстые покрытия, кроме иони­ зирующих веществ, имеют в своём составе шлакообразую­ щие, раскисляющие и легирующие вещества. Шлакообразу­ ющие вещества при плавлении электрода образуют шлаки, защищающие расплавленный металл от воздействия воздуха и способствующие получению наплавленного металла без пор, раковин и окисных выключений. В качестве шлакообразую­ щих веществ применяют полевой шпат, кварцевый песок, мрамор и др.

В качестве раскисляющих веществ в электродные покры­ тия вводят порошки ферромарганца, ферросилиция, алюми­ ния и др. Легирующие вещества при плавлений электродов переходят в наплавленный металл в виде ЛёГируюЩйх эле­ ментов, улучшающих его свойства. В качестве легирующих веществ применяют порошки ферросплавов (феррохром, фер­ ромарганец, ферромолибден й др.).

При сварке и наплавке большинства машиностроительных деталей применяют электроды с толстыми качественными (легирующими) покрытиями. При сварке стальных деталей

применяют электроды следующих марок УОНИ-13/45, УОНИ-13/55. Цифры в знаменателе указывают прочность шва при растяжении соответственно 450, 550 МПа.

При наплавке стальных деталей наибольшее применение получили наплавочные электроды следующих марок ОЗН-250, ОЗН-ЗОО, O3H-350, 03H-400. Здесь цифры показывают сред­ нюю твёрдость наплавленного металла по Бриннелю. Стержень всех этих электродов изготовлен из сварочной малоуглеродис­ той проволоки. Изменение свойств наплавленного металла до­ стигается за счёт качественных электродных покрытий.

Качество сварки и наплавки в большой степени зависит от режима, который устанавливается в зависимости от разме­ ров и материала восстанавливаемой детали. Основными па­ раметрами режима сварки и наплавки являются диаметр электрода и сила сварочного тока, а при применении посто­ янного тока ещё и полярность.

Диаметр электрода зависит от толщины свариваемой де­ тали и определяется по таблицам, приводимым в справочни­ ках по сварке. При наплавке деталей обычно применяют элек­ троды диаметром 3-4 мм. Сила тока зависит от диаметра элек­ трода и устанавливается равной 40-50 А на миллиметр диа­ метра электрода.

При сварке деталей можно применять переменный ток. Наплавочные работы, как правило, производятся на посто­ янном токе при обратной полярности. Деталь при этом со­ единяют с отрицательным полюсом источника тока, что обес­ печивает наименьший её нагрев.

В качестве источников тока при ручной электродуговой сварке применяют сварочные трансформаторы (ТС-300, ТС-500)* выпрямители (ВДГ-301, ВДГ-302, ВДГ-303) и ма­ шинные преобразователи (ПСО-ЗОО, ПСО-500 и др.).

3.4.6 Газовая сварка деталей

Газовая сварка в ремонтном производстве применяется при ремонте изделий из тонколистового материала, а также при

восстановлении деталей, изготовленных из чугуна и алюми­ ниевых сплавов.

Газовая сварка основана на использовании тепла, выделя­ ющегося при сгорании в среде кислорода горючих газов. Наибольшее применение нашла ацетилено-кислородная свар­ ка, которая обеспечивает получение концентрированного пламени с температурой 3100-3300 °С.

Для смешивания горючего газа с кислородом в нужной пропорции и образования пламени применяют сварочные го­ релки. При ремонте например наиболее часто применяют ин­ жекторные горелки типа ГС-53 и ГСМ-53. Каждая горелка имеет несколько наконечников, которые имеют различный расход горючего газа.

Режим газовой сварки определяется двумя параметрами: видом сварочного пламени и мощностью сварочной горелки.

В зависимости от количественного соотношения поступа­ ющих в горелку кислорода и ацетилена различают три вида пламени: нейтральное, науглероживающее и окислительное.

Различные виды пламени оказывают разное влияние на свойства наплавленного металла. Наиболее высокие механи­ ческие свойства наплавленный металл приобретает при свар­ ки стали нейтральным пламенем (рис. 3.23). Другие виды пламени при сварке применяют редко. Например, науглеро-

0,5 1 0г

СгЩ

рис. 3.23 Зависимость свойств наплавленного металла от вида пламени

живающее пламя с небольшим избытком ацетилена приме­ няется при сварке легко окисляющихся металлов.

Выбор мощности горелки при определении режима газо­ вой сварки имеет такое же большое значение как и выбор величины сварочного тока при электродуговой сварке. От правильного выбора мощности горелки зависит производи­ тельность процесса и качества сварки.

Под мощностью горелки понимают её пропускную способ­ ность в отношении ацетилена. Мощность горелки зависит от толщины свариваемого металла, температуры его плавления и теплопроводности. При определении мощности сварочной

где Q — расход ацетилена, м3/ч; h — толщина свариваемого метала, мм; А — опытный коэффициент, определяющий рас­ ход ацетилена, м3/ч, при сварки металла толщиной в один мм. При сварке сталей его принимают равной 0,10-0,12; при сварки чугуна — 0,15; при сварке алюминиевого сплава — 0,075-0,10.

Присадочный материал по своему химическому соста­ ву должен соответствовать составу материала сваривае­ мой детали.

Для защиты расплавленного метала от окисления и удале­ ний образовавшихся окислов при газовой сварке применяют флюсы. Все флюсы подразделяются на две группы: флюсы, вступающие в химическое соединение с окислами, и флюсырастворители. Флюсы первой группы образуют с окислами легкоплавкие химические соединения, которые в виде шла­ ка всплывают на поверхность шлаковой ванны. Химические действующие флюсы подразделяются на кислые и основные. В состав кислых флюсов входят кварцевый песок, борная кислота, бура и др., состав основных флюсов — сода, поташ. Выбор химически действующего флюсы зависит от того, ка­ кие окислы образуются при сварке.

Если окислы образуются кислые, то применяют флюсы ос­ новные, а при основных окислах — флюсы кислые. При свар­

ке углеродистой стали применяют кислые флюсы — буру или смесь, состоящую из равных частей буры и борной кислоты.

Если окислы не образуют химические соединения с флю­ сами применяют флюсы-растворители, в состав которых вхо­ дят хлористые и фтористые соединения. Они растворяют окис­ лы и образуют шлаки, всплывающие на поверхность расплав­ ленного металла. Флюсы-растворители применяют при газо­ вой сварке деталей из алюминиевых сплавов.

Основными преимуществами газовой сварки являются воз­ можность регулирования температуры нагрева детали и при­ садочного материала и меньшее окисление наплавленного ме­ тала за счёт защитных свойств факела сварочного пламени.

К её недостаткам следует отнести высокую стоимость кис­ лорода и ацетилена и большую зону термического влияния.

3.4.7Автоматическая электродуговая сварка

инаплавка под слоем флюса

При этом способе наплавки механизированы два основ­ ных движения электрода — подача его по мере оплавления к детали и перемещение вдоль сварочного шва.

Теория и практика процесса автоматической сварки и на­ плавки была разработана известным советским учёным акад. Е.О. Патоном. Дальнейшие работы по совершенствованию это­ го способа сварки ныне успешно продолжают его ученики в Институте электросварки АН Украины имени Е.О. Патона.

Деталь при автоматической электродуговой наплавке под слоем флюса устанавливают в патроне или центрах специ­ ально переоборудованного токарного станка, а наплавочный аппарат типа А-580М или ПАУ-1 на его суппорте (рис. 3.24). Электродная проволока подаётся из кассеты роликами пода­ ющего механизма наплавочного аппарата в зону горения элек­ трической дуги. Движение электрода вдоль сварочного шва достигается за счёт вращения детали. Перемещение электро­ да по длине наплавляемой поверхности обеспечивается за счёт продольного движения суппорта станка. Наплавка произво­

дится винтовыми валиками с взаимным их перекрытием примерно на одну треть. Флюс в зону горения дуги поступа­ ет из бункера.

При автоматической наплавке электрическая дуга горит не на открытом воздухе, как это имеет место при ручной сварке, а под слоем расплавленного флюса (рис. 3.24). Выделяющие­ ся при плавлении электрода, основного металла и флюса газы образуют над сварочной ванной свод, ограниченный сверху жидким шлаком, а снизу расплавленным металлом. В зоне сварки всегда избыточное давление газов, которое препятствует доступу воздуха к расплавленному металлу.

Рис. 3.24 Принципиальная схема автоматической электродуговой наплавки деталей под флюсом:

1 — наплавочный аппарат; 2 — кассета с проволокой;

3 — бункер с флюсом; 4 — электродная проволока;

5 — наплавляемая деталь

Наплавка металла под флюсом обеспечивает наиболее вы­ сокое качество наплавленного металла, так как сварочная дуга и ванна жидкого металла полностью защищены от вред­ ного влияния кислорода и азота воздуха, а медленное ох­ лаждение способствует наиболее полному удалению из на­

Автоматическая наплавка под флюсом отличается высо­ кой производительностью процесса. Коэффициент наплавки при автоматической наплавке под флюсом за счёт эффектив­ ного использования тепловой энергии в 1,5 раза выше, чем при ручной наплавке, и составляет 14-15 г/А-ч.

В зависимости от величины сварочного тока производи­ тельность процесса автоматической наплавки колеблется от 1,5 до 10 кг/ч. Наплавленный слой металла получается рав­ номерным по толщине, что позволяет уменьшить припуск на обработку детали после наплавки. Толщина слоя наплавлен­ ного металла в зависимости от режима может быть получена в пределах от 0,5 до 5 мм и более.

При автоматической электродуговой наплавке, так же как и при ручной, возможно возникновение трещин и образова­ ние пор в наплавленном металле.

Возникающие при наплавке трещины бывают двух видов: кристаллизационные (горячие), образующиеся при темпера­ туре 1000-1300 °С, и хрупкие (холодные), которые появля­ ются при охлаждении детали до 200 °С. Хрупкие (холодные) трещины образуются вследствие внутренних напряжений, возникающих при наплавке деталей. Уменьшить возможность их возникновения можно путём подогрева деталей перед на­ плавкой и медленным охлаждением после наплавки.

Причинами образования кристаллизационных (горячих) трещин является растягивающее внутреннее напряжение, возникающее в металле после охлаждения и образование прослоек жидкой эвтектики, которые обуславливают меж­ кристаллизационные связи. Меры борьбы с этим видом тре­ щин определяются причинами их возникновения и должны быть направлены на уменьшение внутренних напряжений и устранений эвтектических прослоек между кристаллами. Растягивающие внутренние напряжения в наплавленном металле могут быть уменьшены за счёт подогрева детали пе­ ред наплавкой до температуры 250-400 °С. Образование жид­ кой эвтектики по границам зёрен можно уменьшить путём применения сварочной проволоки с минимальным содержа­

нием углерода и серы, а также введение в состав проволоки флюсовеществ, содержащих марганец, алюминий и титан, которые связывают серу.

Основной причиной возникновения пор в наплавленном ме­ талле является проникновение в него водорода и влаги, содер­ жащихся в гигроскопическом флюсе. Поэтому для уменьше­ ния пористости наплавленного металла рекомендуется перед употреблением прокаливать флюс при температуре 300-350 °С в течение 1-2 часов и вводить в состав флюса вещества, содер­ жащие фтор и кремний, которые связывает водород.

Физико-механические свойства наплавленного металла при автоматической наплавке под флюсом, в значительной сте­ пени зависит от выбора электродной проволоки и флюса. Наибольшее применение в ремонтном производстве нашли электродные проволоки следующих марок: для наплавки деталей из малоуглеродистых сталей — Св.-08, Св.-08ГС и др., для наплавки из среднеуглеродистых и низколегирован­ ных сталей — пружинная проволока 2 кл., Нп-65, Нп-80, Нп-ЗОХГСА и др.

При автоматической наплавке применяют два вида флюсов:

—плавленые (АН-348А, АН-20, АН-30);

—керамические (АНК-18, АНК-19).

Для получения наплавленного металла требуемого хими­ ческого состава и свойств применяют следующие способы легирования: легирование через электродную проволоку, ле­ гирование через флюс, легирование через порошковую про­ волоку и комбинированный способ легирования.

При легировании через проволоку наплавку производят высокоуглеродистой или легированной проволокой под плав­ леным флюсом. Преимуществом этого способа являются: высокая точность легирования, равномерность наплавленно­ го металла по составу и свойствам, стабильность химическо­ го состава наплавленного металла при изменении режима наплавки. На рисунке 3.26 показаны области изменения ре­ жима наплавки, при которых обеспечивается постоянство химического состава наплавленного металла для различных

способов наплавки. Легирование наплавленного металла че­ рез проволоку получило наиболее широкое применение, не­ смотря на высокую стоимость и дефицитность легированной проволоки. При наплавке деталей высокоуглеродистой про­ волокой Нп-65 под флюсом АН-348А получают наплавлен­ ный металл с твёрдостью НВ280-300, а при наплавке прово­ локой Нп-ЗОХГСА под флюсом АН-20 твёрдость повышается до НВ310-320.

При легировании наплавленного металла через флюс на­ плавку производят малоуглеродистой дешёвой проволокой (Св.-08, Св.-15) под слоем легированного керамического флю­ са. Этот способ легирования, несмотря на его экономические преимущества, не получил широкого применения вследствие большой неравномерности наплавленного металла по хими­ ческому составу и необходимости строго выдерживать режим наплавки (рис. 3.26).

При легировании через порошковую проволоку обеспечи­ вается получение равномерного химического состава наплав­ ленного металла. Наплавку производят порошковой проволо­ кой, представляющей собой стальную трубку, полость кото-