Электродуговая и газопламенная сварка

Введение Сваркой называют технологический процесс получения механически неразъемных соединений, характеризующихся непрерывностью структур – непрерывной структурной связью. Это технологический процесс, с помощью которого изготавливаются все основные конструкции гидротехнических сооружений, паровых и атомных электростанций, автодорожные, городские и железнодорожные мосты, вагоны, наводные и подводные корабли, строительные металлоконструкции, всевозможные подъемные краны и многие другие изделия. Если некоторое время тому назад конструкции изготавливались в основном из относительно просто сваривающихся материалов, то в настоящее время, наряду с традиционными, для сварных конструкций применяются материалы с весьма различными физическими характеристиками: коррозионно-стойкие и жаропрочные стали и сплавы, никелевые и медные сплавы с особыми свойствами, лёгкие сплавы на алюминиевой о магниевой основах, титановые сплавы, ниобий, тантал и другие металлы и сплавы.
Многообразие свариваемых конструкций и свойств материалов, используемых для изготовления, заставляют применять различные способы сварки, разнообразные сварочные источники теплоты. Для сварочного нагрева и формирования сварного соединения используются: энергия, преобразованная в тепловую посредством дугового разряда, электронного луча, квантовых генераторов; джоулево тепло, выделяемое протекающим током по твёрдому или жидкому проводнику; химическая энергия горения, механическая энергия, энергия ультразвука и других источников. Все эти способы требуют разработки, производства и правильной эксплуатации разнообразного оборудования, в ряде случаев с применением аппаратуры, точно дозирующей энергию, со сложными схемами, иногда с использованием технической электроники и кибернетики. Разнообразие способов сварки, отраслей промышленности, в которых её используют, свариваемых материалов, видов конструкций и огромные объёмы применения позволяют охарактеризовать технологический процесс сварки, как один из важнейших в металлообработке. 1.Электродуговая сварка 1.1.Общие сведения В 1802 г. русский физик В. В. Петров первым в мире открыл явление дугового разряда и возможность исполь­зовать его для расплавления металла. В 1882 г. русский инженер Н. Н. Бенардос изобрел способ дуговой сварки . с применени­ем угольного электрода (рис. 1). Один провод электросварочной цепи присоединяется к свариваемому металлу 5, другой — к держа­телю 4 с угольным неплавящимся электродом 3. Чтобы образовать сварной шов или наплавленный слой, в дугу 1 вводят присадочный металлический пруток 2. Для сварки угольным электродом требует­ся только постоянный ток и применение присадочного прутка. Это усложняет процесс, и особенно широкого распространения такой вид сварки не получил. Его применяют при сварке чугуна, цветных металлов, при наплавке твердыми сплавами и электродуговой резке. В 1888 г. русский инженер Н. Г. Славянов изобрел дуговую сварку плавящимся металлическим электродом. Процесс значитель­но упростился, его начали применять более широко. Для получе­ния электросварочной дуги используют постоянный и переменный ток. Этим способом можно сваривать и наплавлять углеродистые и легированные стали всех марок толщиной от 1 м и выше, чугун и цветные металлы, а также наплавлять твердые сплавы. Горение любой сварочной дуги сопровождается выделением большого количества теплоты. Температура дуги на оси газового столба достигает 6000 .7500°С, на участках поверхности угольных электродов (пятнах электродов) — 3000 . 4000°С, стальных — 22ОО .25ОО°С. При сварке на постоянном токе угольными электродами температура дуги на аноде достигает 4000°С и на катоде 3200°С, при использовании стальных электро­дов — на аноде 2600°С, на катоде 2400°С. Поэтому при. сварке тон­кого или легкоплавкого металла, а также чувствительных к пере­греву высокоуглеродистых, нержавеющих и легированных сталей электрическую дугу питают током обратной полярности, то есть ми­нус источника тока подключают к изделию. Температура дуги зависит от силы тока, приходящейся на едини­цу площади поперечного сечения электрода, — плотности тока. Чем она больше, тем выше температура дуги. При ручной дуговой сварке плавящимся электродом плотность тока от 10 до 20 А/мм2 и напряжение 18 .20 В. В ремонтной практике для сварочных работ используют пере­менный к постоянный ток. Сварочная дуга на переменном токе малой плотности горит неустойчиво. Чтобы повысить стабильность дуги, увеличивают плотность тока. По этой причине при сварке мелких деталей возрастает опасность их прожигания, однако из-за простоты источников питания сварку на переменном токе приме­няют достаточно широко. При сварке на постоянном токе дуга го­рит стабильно. Это позволяет использовать малые токи и сваривать тонкие детали, а кроме того, можно изменять полярность тока. Поэтому, несмотря на более сложное и дорогое оборудование ис­точников питания, постоянный ток применяют в практике все шире. Производительность сварки характеризуют количеством рас­плавленного электродного металла в единицу времени, которое определяют по формуле , где — количество расплавленного металла электрода, г; Кн — коэффициент наплавки, г/(А- ч); I — сварочный ток, А. Коэффициент наплавки зависит от присадочного материала, материала электродов и состава их покрытия, рода и полярности тока, а также от потерь при сварке. Для различных условий коэф­фициент наплавки находят опытным путем. При ручной сварке он колеблется в пределах от 6 до 18 г/ (А • ч) или составляет в сред­нем 8 .12 г/(А • ч). Под действием высокой температуры в зоне сварки молекулы кислорода и азота, попадающие из воздуха, частично распадаются на атомы. Кислород образует оксиды железа и способствует вы­горанию ценных легирующих элементов (марганца, кремния и др.), тем самым резко ухудшая свойства наплавленного слоя. Азот об­разует нитриды, которые увеличивают твердость, снижают пластич­ность и способствуют образованию коробления и трещин. Водород, попадающий в зону сварки из влаги и ржавчины, способствует об­разованию пор и трещин. Чтобы уменьшить вредное воздействие этих элементов, место сварки зачищают, а зону сварки защищают нейтральными газами и шлаками.


Рис.1. Схема сварки по способу Бенардоса Н.Н.: 1 — электрическая дуга; 2 — присадочный пруток; 3 — угольный электрод; 4 — держатель; 5 — свариваемый металл. 1.2.Сварочная проволока и электроды Качество наплавленного ма­териала и производительность процесса сварки или наплавки во многом определяются материалом электродов и их покрытий. В зависимости от способа сварки применяют сварочную проволоку, плавящиеся и неплавящиеся электродные стержни, пластины и лен­ты. Наибольшее применение в качестве электродного материала находит выпускаемая промышленностью электродная сварочная проволока. При механизированных способах сварки ее используют без покрытия, а для ручной дуговой сварки проволоку рубят на стержни длиной 350 .400 мм и на их поверхность наносят покры­тие. Плавящийся стержень с нанесенным на его поверхность покры­тием называют сварочным электродом. Стальная сварочная проволока изготавливается ди­аметром от 0,3 до 12 мм. В зависимости от химического состава стальную сварочную проволоку разделяют на низкоуглеродистую, легированную и высоколегированную. Низкоуглеродистые проволоки Св-08, Cв-G8A, Св-08ГА, Св-10ГА и другие — всего шесть марок, содержащие не более 0,12% уг­лерода, предназначены для сварки мало- и среднеуглеродистых, а также некоторых низколегированных сталей. Легированные проволоки Св-08Г2С, Св-08ХН2М, Св-08ХГСМФА и другие включают в себя до шести легирующих элементов с их общим содержанием не более 6%. Эти проволоки применяют для сварки и наплавки углеродистых и легированных сталей. Проволоки марок Св-15ГСТЮЦА и Св-20ГСТЮА можно использовать для изготовления стержней и применять при сварке без дополнительной защиты. Высоколегированные проволоки Св-12X13, Св-06Х19М9Т и другие — всего 41 марка — содержат в своем составе легирующих элементов более 6%. Эти проволоки применяют для сварки не­ржавеющих, жаростойких и других специальных сталей. Сварочные электроды выпускаются промышленностью как плавящиеся, так и неплавящиеся. Угольные неплавящиеся электроды изготавливают в виде стержней длиной до 300 мм и ди-.1 метром от 6 до 30 мм. Плавящиеся электроды, занимающие веду­щее место в сварке, выпускают покрытыми различными элементами /urn защиты зоны сварки. По своему назначению покрытия электро­дов делят на стабилизирующие, или тонкие, и качественные, или толстые. Стабилизирующие покрытия содержат вещества, атомы которых легко ионизируются и поддерживают устойчивое горение дуги, а также облегчают ее возбуждение, особенно при сварке на перемен­ном токе. Лучше всего ионизируются пары калия, а также кальция, который входит в состав мрамора и мела в виде углекислого каль­ция СаСОз. Наиболее простое и распространенное стабилизирую­щее покрытие — меловое: на 15 .20 частей по массе натрового жидкого стекла берут 80 .85 частей мела. Покрытие наносят на электрод тонким слоем — 0,1-0,3 мм, и оно составляет 1 .2% от массы электрода. Стабилизирующие покрытия не защищают на­плавляемый металл от кислорода и азота воздуха, поэтому свар­ной шов получается сравнительно хрупким, со многими посторон­ними включениями. Качественные защитные покрытия предохраняют наплавленный слой от кислорода и азота окружающего воздуха, а легирующие элементы, входящие в состав покрытия, позволяют получить свар­ной шов, не уступающий по механическим свойствам основному металлу, а иногда и превосходящий его. Эти покрытия наносят на электрод слоем 0,7 .2,5 мм, и они составляют 30 .75% массы электрода. Электроды в зависимости от отношения наружного диаметра D к диаметру его стержня dЭ подразделяют на несколько групп: М — с тонким покрытием (D : dЭ ) 1,45), D — с толстым покрытием (D:dЭ 1,80), Г — с особо толстым покрытием (D:dЭ > 1,80). Защитные качественные покрытия по составу основных входя­щих в них веществ делят на группы: А — с кислым покрытием; Б — с основным покрытием; Ц — с целлюлозным покрытием; Р — с рутиловым покрытием; П — с покрытием прочих видов. В соответствии с ГОСТ 9467—75 электроды для ручной дуговой сварки подразделяют на несколько типов, в каждый из которых входит несколько марок, обеспечивающих определенное качество сварочного шва. Электроды типа Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50 и Э50А (марки АНО-1, АНО-5, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55 и др.) предназначены для сварки углеродистых и низколегированных сталей с временным сопротивлением разрыву до 500 МПа. Буква А указывает на то, что электрод дает сварочный шов повышенного качества по плас­тичности и ударной вязкости. Электроды типа Э55 и Э60 (марки УОНИ-13/55У и УОНИ-13/65) используют для сварки сталей с временным сопротивлением разры­ву до 600 МПа. Электроды типа Э70, Э85, Э100 и Э150 (марки УОНИ-13/85, НИАТ-3, НИАТ-ЗМ и др.) используют для сварки сталей высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 600 МПа. Электроды типа Э-09МХ, Э-09Х1МФ, Э-10ХЗМ16Ф и другие предназначены для сварки легированных высококачественных и теплоустойчивых сталей. К этим типам относят электроды марок ЦЛ-55, ЦЛ-20, ЦЛ-36, ЦЛ-26М и др. Электроды типа Э-10Г2, Э-12Г4, Э-30Г2ХМ и другие (марки ОЗН-З00У, ОЗН-400У и др.) используют преимущественно для наплавки деталей, работающих в тяжелых условиях ударных нагру­зок и повышенного износа. 1.3.Выбор электродов и рода тока Выбор электродов и рода тока зависит от толщины и химиче­ского состава свариваемого материала, от конфигурации детали, расположения накладываемых швов и других факторов. Поэтому марку электрода в каждом конкретном случае должен выбирать квалифицированный специалист по сварке. Общие же положения по выбору электродов, силы и рода тока можно свести к следую­щему. Детали толщиной более 5 мм хорошо сваривать на переменном токе. Стальные детали толщиной менее 5 мм, а также чугун и цветные металлы лучше варить на постоянном токе. При сварке на постоянном токе стабильно горение дуги на малых токах и, кроме того, можно маневрировать полярностью тока. Если свари­вают тонкие детали, то, чтобы избежать прожога, их подключают к катоду (на минус), а электрод — к аноду (на плюс). При сварке толстых деталей анод подключают к детали, а катод — к электроду.
Толщину стержня электрода выбирают в зависимости от тол­щины свариваемой детали. Для сварки металла большей толщины берут электрод с более толстым стержнем и, наоборот, тонкие дета­ли сваривают более тонким стержнем электрода. В ремонтной практике используют преимущественно электроды со стержнем диаметром от 2 до 5 мм.
Силу тока выбирают в зависимости от толщины стержня элект­рода по формуле I = (40 .50) dЭ где I — значение сварочного тока, A; dЭ — диаметр стержня электрода, мм. 1.4.Аргонно-дуговая сварка Аргонно-дуговая сварка — разновидность сварки в инертных газах. Сущность ее заключается в том, что зону сварки и электрод защищают от воздуха аргоном, гелием или их смесями. Инертные газы хорошо ионизируются и создают условия для устойчивого горения дуги. Так как из инертных газов наибольшее распростра­нение получил аргон, сварку называют аргонно-дуговой. Преимущества такой сварки: надежная защита зоны сварки от действия кислорода и азота окружающего воздуха, более высокая производительность сварки из-за большей тепловой мощности дуги и, самое главное, возможность сварки многих трудносваривающихся металлов и сплавов, в том числе разнородных. Этим способом сваривают нержавеющие стали, алюминий и его сплавы, магнит­ные и жаропрочные сплавы, титан, медь, латунь, бронзу и другие металлы. При данной сварке используют неплавящиеся и плавя­щиеся электроды. В качестве неплавящихся электродов применяют вольфрамовые стержни диаметром от 0,8 до 6 мм или такие же стержни с добав­ками оксида циркония, лантана или тория, которые более стойкие, чем чисто вольфрамовые. Присадочный материал в виде проволоки направляют в зону сварки вручную или специальным подающим механизмом. Сварку ведут на постоянном и переменном токе. Горелки ручной аргонно-дуговой сварки неплавящимся воль­фрамовым электродом состоят из головки 4 (рис. 2) и корпуса 6, к которому присоединен кабель с шлангом для аргона и токопроводом воздушного или водяного охлаждения. Вольфрамовый электрод 2 закреплен под колпаком 5. Сопло 3 служит для формирования пото­ка защитного газа вокруг зоны сварки. При механизированной подаче присадоч­ного материала проволоку 1 в гибком шланге крепят к корпусу горелки. Для сварки цветных металлов и легированных сталей толщиной до 2,5 мм используют горелки ЭЗР-3-66 с естественным воздушным охлаждением. Для сварки крупных деталей из чугуна и легирован­ных сталей применяют горелки с водяным охлаждением типа ГНР-160, ГНР-315 и др. Рис. 2. Горелка для аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом: 1 — проволока; 2 — вольфрамовый электрод; 3 — сопло; 4 — головка; 5 — колпак; 6 — корпус. 1.5.Источники питания током На ремонтных предприятиях в ка­честве источников питания током при электродуговой сварке широ­ко используют сварочные трансформаторы, преобразователи и выпрямители. Все источники питания снабжены устройством для регулировки тока. Сварочные трансформаторы используют для пита­ния сварочной дуги переменным током. Применяются трансформа­торы СТН-350, СТН-500, ТСК-300, ТСМ-500, ТД-300 и ТД-500. Цифры в марке трансформатора указывают значение номиналь­ного тока. Лучшие — трансформаторы последних моделей типа ТД. Они могут работать в двух диапазонах малых токов, но с повышен­ным напряжением холостого хода. Сварочные преобразователи используют для пита­ния сварочной дуги постоянным током. Преобразователь чаще всего состоит из генератора постоянного тока и электродвигателя, смон­тированных на одной раме. Якорь генератора и ротор электродви­гателя обычно размещены на одном валу и снабжены вентилятором для охлаждения во время работы. На ремонтных предприятиях широко применяют преобразова­тели марок ПСО-300-2У2, ПСО-300-2Т2, ПСО-315МУ2, ПСО-500, ПСГ75ОО и универсальные преобразователи ПСУ-300, ПСУ-500, АСУМ-400 и др. Последние, кроме устройств для регулировки тока, оборудованы приспособлениями для регулировки напряжения. Для сварки в полевых условиях промышленность выпускает сварочные агрегаты с двигателем внутреннего сгорания. Сварочный генератор и двигатель смонтированы на одной раме и соединены эластичной муфтой. Наибольшее применение получили передвиж­ные агрегаты АСБ-300-МУ1, АСД-300-7МУ1, АСБ-300-7У1. Их ха­рактеристики: номинальный сварочный ток 320 А с пределами регу­лирования 75 .320 А и номинальное напряжение 30 В. Сварочные выпрямители получают все большее рас­пространение в качестве источников питания сварочной дуги по­стоянным током. Они состоят из понижающего трехфазного трансформатора и выпрямительного блока с кремниевыми или герма­ниевыми и селеновыми вентилями. Кроме того, они снабжены вен­тилятором и пускорегулирующей аппаратурой. Все механизмы смонтированы в одном корпусе. Сварочные выпрямители имеют ряд преимуществ перед сварочными преобразователями: меньший удельный расход энергии, меньшую массу и габариты, проще в обслуживании. Для сварки при ремонте машин используют выпря­мители марок ВД-306, ВД-502 и универсальные модели ВДУ-305, ВДУ-504 и др. 1.6.Особенности технологии ручной электродной сварки Сварка и наплавка стальных деталей. Хорошее качество сварки и наплавки стальных деталей во многом зависит от химического состава металла, от содержания в нем углерода и легирующих примесей. Малоуглеродистые и низколегированные стали удовлетворитель­но свариваются обычным способом. Многослойную заварку или наплавку этих сталей ведут так, чтобы при наложении последую­щего слоя предыдущий не успевал охладиться до температуры ниже 200°С. Сталь, легко поддающуюся закалке, перед сваркой подогревают до температуры 200 .250°С; то же выполняют при сварке на морозе. Углеродистые и низколегированные стали сва­ривают и наплавляют преимущественно электродами типов Э42 и Э46 с рутиловым покрытием марок АНО-4, АНО-5, ОЗС-4 и др. При сварке деталей из конструкционных сталей наилучшее качество дают электроды типа Э42А с фтористокальциевыми покрытиями УОНИ-13/45, ОЗС-2. Для наплавки быстроизнашивающихся по­верхностей, работающих в абразивной среде, когда необходима их повышенная твердость, лучше применять электроды марок Т-590, Т-620, 13 КН, Х-5. Шов получается менее пластичный, но с твердостью порядка HRC 56 .62 без термообработки. Детали с цементованными поверхностями и высокой твердостью (кулачки распределительных валов, тарелки толкателей и др.) восстанавливают электродами ОЗН-400У и ЦН-4. Эти электроды обеспечивают твердость слоя HRC 45 .55 без термической обра­ботки. Перед наплавкой с кулачков распределительных валов сни­мают наждачным кругом верхний наклепанный слой металла тол­щиной 1 .2 мм. При наплавке распределительный вал частично погружают в воду, чтобы уменьшить коробление и избежать нару­шения термической обработки участков, расположенных близко к зоне сварки. Так же наваривают тарелки толкателей клапанов.
Тонкостенные стальные детали кабин, оперения, топливных ба­ков и других толщиной менее 2 мм сваривают с отбортовкой кро­мок на 90 или 180°. Отбортованные кромки лучше сваривать уголь­ным электродом без присадочного материала. При сварке тонкостенных деталей плавящимся электродом используют источники питания постоянным током, позволяющие получать малый ток при повышенном напряжении.
Стальные детали толщиной от 1 мм до сотых долей миллиметра успешно сваривают аргонно-дуговой сваркой неплавящимся элек­тродом с применением специальных транзисторных источников пи­тания типа АП-4, АП-5 и АП-6. Они позволяют вести сварку на постоянном импульсном токе прямой и обратной полярности. Пре­делы регулирования тока в этих аппаратах от 0,05 до 300 А. Баки, бочки, автоцистерны и другие сосуды из-под топлива перед сваркой тщательно очищают от следов нефтепродуктов или заполняют отработавшими газами карбюраторных двигателей, предварительно очистив их пропусканием через воду. Сварка чугунных деталей. Восстановление чугунных деталей сваркой — трудный процесс, обусловливаемый химическим составом чугуна, его структурой и особыми механическими свой­ствами. По химическому составу чугун — сплав железа с углеро­дом (2 .3,6%), содержащий некоторое количество кремния, мар­ганца, фосфора, серы и других примесей. Механические свойства чугуна во многом зависят от того, в каком виде находится углерод. Если большая часть углерода со­держится б связанном состоянии r чипе цементита (FезС), то такой чугун более светлого цвета, очень тверд, хрупок и не поддается механической обработке. Его часто называют белым и почти не применяют для изготовления деталей. Наиболее широкое примене­ние получил серый чугун. В нем большая часть углерода находится в структурно-свободном состоянии в виде пластинчатых включений графита. Серый чугун также хрупок, но достаточно мягок и легко поддается обработке. При быстром охлаждении серого чугуна, расплавленного или нагретого до температуры выше 750°С, графит легко переходит в цементит (то есть чугун отбеливается) и, кроме того, закали­вается. Относительное удлинение чугуна при разрыве практически равно нулю, поэтому при неравномерном нагреве или остывании почти всегда возникают большие внутренние напряжения и тре­щины. В расплавленном состоянии чугун текуч и мгновенно пере­ходит из жидкого состояния в твердое, минуя пластическое. Все эти свойства чугуна в большой степени затрудняют его сварку. Разработано и применяется много способов сварки чугуна, но рекомендовать какой-либо из них для восстановления конкрет­ной детали весьма затруднительно, так как даже у одной корпусной детали со стенками разной толщины может быть различная струк­тура чугуна и потребуются различные способы их сварки. Приближенно все способы сварки чугунных деталей делят на два вида: горячую и холодную. Горячая сварка. Деталь перед сваркой подогревают, а после — медленно охлаждают. Лучшая температура, обеспечивающая вы­сокое качество сварки, 6ОО .65О°С. Более высокий нагрев вызывает рост графитных зерен, а при нагреве свыше 750°С происходят уже химические и структурные изменения. Скорость охлаждения от на­чала затвердевания наплавленного металла до 600°С должна быть не более 4°С в секунду. При большей скорости охлаждения ухуд­шается процесс графитизации и происходит отбеливание чугуна. Мелкие детали подогревают до температуры 15О .2ОО°С. Чтобы избежать появления деформаций и трещин, подогрев и охлаждение ведут медленно и равномерно. Заварку дефекта ведут чугунными электродами больших диа­метров (12 . 14 мм) на повышенном сварочном токе (1200 . 1300 А), при большой ванне жидкого металла, чтобы создать необходимые условия для удаления газов и неметаллических включений из расплава. Сварку ведут только в нижнем положении шва и без перерыва до полного заполнения трещин. Перед сваркой концы трещины засверливают и вдоль трещины делают разделку под шов. Чтобы предупредить растекание жидкого чугуна, место заварки заформовывают графитными или угольными пластинами. Сварка чугуна с предварительным подогревом обеспечивает, как правило, хорошее качество наплавленного металла, но очень трудоемка, поэтому ее применяют все реже и реже. Холодная сварка. Ее выполняют без предварительного подогре­ва детали различными способами и с применением специальных электродов. I. Сварка чугуна стальными электродами обычным способом почти всегда вызывает образование зоны отбеленного чугуна и зоны закаленного чугуна вдоль завариваемой трещины, а наплав­ленный валик представляет собой закаленную высокоуглеродистую сталь. Кроме того, вдоль наплавленного валика очень часто по­является одна новая трещина или несколько. Чтобы избежать этих дефектов, применяют многослойную наплавку электродами из малоуглеродистой стали, или так называемый способ отжи­гающих валиков. Вдоль трещины чугунной детали наносят V-образную глубокую разделку кромок и по обе стороны снимают литейную корку на расстоянии, примерно равном ширине разделки. На первый сва­рочный валик длиной 40 . 50 см сразу же накладывают второй, отжигающий валик. При наложении второго валика первый больше прогревается и затем остывает с меньшей скоростью. Значительная часть цементита распадается, выделяется графит, а закаленная часть шва частично отпускается и нормализуется. Верхний (отжи­гающий) валик уже меньше подвержен закалке, в результате чего резко снижается твердость всего шва и частично снимаются оста­точные напряжения. Для повышения надежности заварки трещин в сильно нагру­женных деталях (корпуса коробок передач, корпуса трансмиссий тракторов и др.) на разделанных кромках трещин часто ставят в шахматном порядке на резьбе упрочняющие стальные шпильки или скобы. Диаметр шпилек d рекомендуют брать в пределах (0,15 . 0,2) S, где S — толщина стенки, но не менее диаметра электрода. Расстояние между шпильками берут равным (4 .6)d, глубину по­садки 2d, расстояние от кромок не менее (l,5 .2)d. Сначала шпиль­ки обваривают кругом, а затем наплавляют весь сплошной шов. Первые слои в разделке трещины или обварку упрочняющих шпилек выполняют специальным электродом ЦЧ-4, а все последующие — электродами типа УОНИ-13/55 или другими из стержней малоуглеродистой стали. Восстановление чугунных деталей способом отжигающих вали­ков в сочетании с установкой упрочняющих шпилек, скоб и других связей дает удовлетворительные результаты. Однако при этом способе требуется большая подготовительная слесарная работа. Способ трудоемок, малопроизводителен, требует большого расхода электродного материала. Поэтому, когда не нужна высокая проч­ность сварочного шва, применяют сварку биметаллическими элек­тродами. II. Сварка чугуна электродами на основе никеля ПАНЧ-11 и ЦЧ-ЗА обеспечивает достаточно высокую прочность, отсутствие трещин и хорошую обрабатываемость наплавленного металла. Электроды ПАНЧ-11 изготавливают из никелевой проволоки ПАНЧ-11. В состав проволоки входят редкоземельные элементы, которые обеспечивают самозащиту в процессе сварки. Электроды типа ЦЧ-ЗА изготавливают из никельсодержащей проволоки Св-08Н50. В металле, наплавленном этим электродом, содержится 48 . 50% никеля.
Электроды предназначены для холодной сварки серого и высоко­прочного чугуна. Они рекомендуются для устранения дефектов в чугунных головках блоков, в блоках двигателей и в других ответственных деталях. За рубежом широкое применение получили электроды с содер­жанием никеля до 90%. Однако эти электроды очень дорогие.
III. Сварку чугуна электродами на основе меди ведут во всех случаях, когда не требуется высокая прочность сварного шва. Медно-железные электроды ОЗЧ-2 изготавливают из медного стержня с фтористокальциевым покрытием, в которое добавляют 50% железного порошка. Эти электроды используют при заварке трещин в водяных рубашках блоков двигателей, головках блока, резервуарах радиаторов и в других деталях. Слой, наплавленный электродами ОЗЧ-2, представляет собой медь, насыщенную желе­зом с вкраплением закаленной стали, имеющей большую твердость. По границе шва отдельными участками располагаются зоны отбе­ливания. Несмотря на достаточно высокую твердость, шов можно обрабатывать твердосплавным инструментом. Медно-никелевые электроды МНЧ-2 представляют собой стерж­ни из монель-металла (28% меди, 2,5% железа, 1,5% марганца, остальное никель) или из сплава МНМц (40% никеля, 1,5% мар­ганца, остальное медь). Никель этих электродов не образует соеди­нений с углеродом, поэтому наплавленный шов имеет малую твер­дость и почти отсутствует зона отбеленного чугуна. Зона закален­ного чугуна характеризуется высокой твердостью, которую можно легко снизить небольшим отпуском. Наплавленный шов обладает меньшей склонностью к образованию пор и трещин, легко поддается обработке, но прочность его низкая, поэтому медно-никелевые электроды часто применяют в сочетании с электродами ОЗЧ-2. Первый слой, чтобы обеспечить плотность, и последний, чтобы улучшить обработку, наносят электродами МНЧ-2, а остальное заплавляют электродами ОЗЧ-2. Хорошие результаты при холодной сварке чугуна дают электроды АНЧ-1 со стержнем из аустенитной хромоникелевой проволоки Св-04Х19Н9 или Св-06Х19Н9Т, снабженным медной оболочкой и фтористо-кальциевым покрытием типа УОНИ-13/55. Сварку этим электродом ведут постоянным током 100 .120 А обратной поляр­ности. Наплавленный шов плотный, легко поддается обработке, но недостаточно прочен, так как электрод содержит 75 .80% меди. Сварка цветных металлов и сплавов, особенно алюминиевых, достаточно широко применяется при ремонте, так как в современных тракторах и автомобилях многие детали изготовлены из цветных металлов. Медь, бронза и латунь обычной дугой и плавящимся электро­дом свариваются плохо. Это объясняется тем, что в расплавленном состоянии медь и сплавы на ее основе обладают большой жидкотекучестью, хорошо растворяют газы, особенно кислород, легко окисляются. У них большой коэффициент линейного расширения и они подвержены значительным структурным изменениям в зоне сварки. Медь и ее сплавы удовлетворительно свариваются электродами марок «Комсомолец-100», МН-5 и ОЗБ-1, а также угольным элек­тродом на постоянном токе прямой полярности и достаточно хорошо свариваются аргонно-дуговой сваркой вольфрамовым электродом. Присадочным материалом служат круглые или прямоугольные прутки примерно такого же химического состава,, что и свари­ваемый металл. При сварке угольным электродом в качестве флюса используют прокаленную до 500 .550°С буру. Наплавленный шов проковывают при температуре не выше 500°С, чтобы улучшить его механические свойства. При сварке латуни и других медно-цинковых сплавов приме­няют прутки с повышенным содержанием цинка. При сварке выде­ляются ядовитые пары цинка, поэтому необходимы хорошая венти­ляция рабочего места сварщика и применение респираторов. Алюминий и его сплавы легко окисляются на воздухе, и поверх­ности деталей всегда покрыты плотной пленкой оксида алюминия Al2O3, температура плавления которого 2050°С (в то время как температура плавления чистого алюминия 660°С). Тугоплавкая и механически прочная пленка оксида алюминия создает основные трудности при его сварке. Кроме того, при нагревании алюминий и сплавы не изменяют цвета, а в расплавленном состоянии харак­теризуются большой жидкотекучестью, что также затрудняет сварку. В качестве электродов или присадочного материала при сварке чистого алюминия и его сплавов используют прутки или проволоку, но химическому составу близкие к свариваемому металлу. В по­крытия электродов или в флюс вводят хлористые и фтористые соли лития, калия, энергично растворяющиеся и ошлаковывающие оксид алюминия. Сварку ведут постоянным током обратной полярности, при которой в результате катодного распыления улучшаются усло­вия разрушения оксидной пленки. При диаметре электрода 4 .6 мм используют ток 120 . 150 А. После сварки во избежание разъедания металла шлак со шва удаляют, промывая горячей или подкисленной водой и тщательно протирая стальными щетками. Перед сваркой поверхность детали обезжиривают бензином или ацетоном и под­вергают очистке механическим или ручным способом (стальной щеткой). Для сварки чистого алюминия используют электроды ОЗА-1. Алюминиево-кремнистые сплавы (типа силумин) сваривают элек­тродами ОЗА-2. Чтобы избежать коробления, образования трещин и улучшить качество сварки, детали из алюминия и его сплавов перед сваркой подогревают до температуры 200 .350°С (крупные детали до более высокой температуры). Температуру подогрева определяют термо­парами или специальными карандашами. Концы трещин в деталях засверливают, а кромки разделывают под углом 60 .90°. Расплав­ленный металл удерживают от растекания стальными или глиняны­ми подкладками. Для получения мелкозернистой структуры металла шва деталь после сварки медленно охлаждают, а шив слеша про­ковывают. Внутренние напряжения снимают нагревом до темпера­туры 300 .350°С с последующим медленным охлаждением. Аргонно-дуговая сварка вольфрамовым электродом дает воз­можность получать хорошие результаты сварки алюминия и его сплавов без применения флюса. Однако оксидную пленку и загряз­нения с поверхности детали перед сваркой требуется удалять более тщательно, чем при использовании флюса. 2.Газопламенная сварка 2.1.Общие сведения К газопламенной сварке и наплавке относятся процессы нагрева и расплавления металлов пламенем, получаемым от горения различных горючих газов (ацетилена, метана, пропана и др.) в технически чистом кислороде. Способ получения высокотемпературного газового пламени был разработан в конце XIX столетия. Уже в тот период началось про­мышленное производство ацетилена, кислорода, водорода и газопламенная сварка металлов была основным способом прочного соединения металлических конструкций. В дальнейшем в связи с бурным развитием электродуговой и других видов сварки газопламенная сварка была оттеснена на второй план. Но и до настоящего времени она широко применяется при ремонте машин, а в некоторых случаях просто незаменима. Недостатки газовой сварки — это меньшая, чем при дуговой сварке, скорость нагрева и расплавления металла, большая зона теплового воздействия и в связи с этим большая возможность коробления свариваемого изделия. При сварке крупных изделий толщиной более 6 .8 мм производительность по сравнению с дуго­вой сваркой значительно ниже, поэтому газовую сварку применяют преимущественно для соединения и наплавки тонких деталей. Стоимость используемых газов выше стоимости электроэнергии, вследствие этого газовая сварка дороже электродуговой. Газовая сварка труднее, чем электрическая, поддается механизации и автоматизации.
Преимущества газовой сварки — сравнительно простое и недо­рогое оборудование, возможность широкого маневрирования мощ­ностью, составом и направлением пламени при сваулс. Газовое пламя применяют для сварки и восстановления изделий из тонко­листовой стали (резервуары, баки из-под топлива, нефтетара, кабины и оперение автомобилей, тракторов и пр.); им заваривают трещины и наплавляют детали из чугуна, алюминия и его сплавов, меди, бронзы, латуни, свинца, выполняют пайку и другие работы.
Для газовой сварки и наплавки в большинстве случаев исполь­зуют ацетилен; при сгорании в кислороде он дает температуру пламени до 3150°С, а другие газы 2000 .2300°С. Ацетилен получают при взаимодействии карбида кальция с водой в специальных, простых по устройству аппаратах, называе­мых генераторами. Однако применение ацетилена ограничено до­роговизной (он в 15 .20 раз дороже других 'горючих газов) и взрывоопасностью. Ацетилен взрывается при быстром нагревании его до температуры 400 .500°С, а также при возрастании давления выше 0,15 МПа, поэтому использовать ацетилен с давлением, пре­вышающим допускаемое, запрещено. Смеси ацетилена с воздухом при содержании ацетилена 2,2 .81% (по объему) или с кислородом в пределах 2,8 .93% также взрываются. Особенно опасна примесь фосфористого водорода, содержание которого более 0,7% резко повышает взрывоопасность ацетилена. Большое распространение получает использование ацетилена из баллонов. Баллоны заполняют на специальных промышленных предприятиях, при этом учитывают свойство ацетилена раство­ряться в ацетоне. В таком виде ацетилен практически безопасен. Кроме того, потребление ацетилена из баллона упрощает обслу­живание и повышает производительность труда сварщика. Ацетилен и другие горючие газы смешивают с кислородом в необходимых количествах в специальных приспособлениях, назы­ваемых сварочными горелками. Как показывает практика, для полного сгорания ацетилена кислорода требуется несколько больше (по объему), примерно на 10 .30%. Ацетиленокислородное пламя имеет три ярко выражен­ные зоны с различной температурой и легко регулируется по внешнему виду (рис. 3). Внутренняя часть пламени, на­зываемая ядром, самая яркая, ее темпе­ратура не более 1200°С. Средняя часть имеет самую высокую тем­пературу, до 3150°С, ее иногда называют сварочной. Наружная часть образует факел пламени. В зависимости от изменения по­дачи кислорода преобразуется форма пламени и всех трех его частей. Изменяя соотношение ацетилена и кислорода можно получить три основных вида пламени: нормальное, или восстановитель­ное (кислорода 1,1 .1,2), окислительное (с избытком кислорода, более 1,3) и науглероживающее (с избытком ацетилена, соотно­шение менее 1,1). Наиболее ярко выражены все три части нормаль­ного пламени. Обычно этим пламенем и ведут сварку. Рис.3. Строение и температура ацетиленокислородного пламени: 1 – внутренняя часть(ядро); 2 – средняя часть(сварочная); 3 – наружная часть(факел) 2.2.Особенности технологии газовой сварки Основное отличие технологии газовой сварки от электродуговой — более плавный и медленный нагрев металла. Газовую сварку в основном используют для стыковых соединений и некоторых видов наплавоч­ных работ. Угловые, тавровые и соединения внахлестку при газовой сварке используют очень редко, так как возникают значительные деформации. Особо удобное соединение для газовой сварки — стыковое с отбортовкой кромок, его выполняют без применения присадочной проволоки. Металл толщиной менее 4 мм можно сва­ривать без скоса кромок. При сварке металла толщиной 5 . 15 мм необходим скос кромок под V-образный шов с общим углом раскры­тия 70 .900, а при толщине более 15 мм — под Х-образный шов с такими же углами раскрытия по обе стороны. Сварка сталей большинства марок осуществляются нормальным пламенем. Наплавленный шов проко­вывают в горячем состоянии при температуре 850 .900°С (светло-красное каление) и затем нормализуют, то есть нагревают до 900°С и охлаждают на воздухе. В качестве присадочного материала ис­пользуют проволоку, близкую по химическому составу к сваривае­мой стали. Малоуглеродистые стали сваривают проволокой Св-08А и Св-08ГА. Для сварки высокоуглеродистых и легированных сталей, а также для получения шва наплавки повышенной твердости при­меняют проволоки Св-08Г2С, Св-12ГС, Св-18ХГСА и флюсы. В качестве флюсов используют прокаленную буру, кремниевую и борную кислоты и другие вещества. Перед сваркой детали подогревают до температуры 25О .ЗОО°С. Сварка чугуна. Применение ацетиленокислородного пла­мени — один из наиболее надежных способов получения высокого качества сварки чугуна. При газовой сварке медленнее и равно­мернее, чем при дуговой, нагревается и охлаждается деталь. В ре­зультате этого в наплавленном металле и на его границах созда­ются лучшие условия для графитизации углерода, уменьшается вероятность отбеливания чугуна, возникновения внутренних напря­жений и появления трещин. Обычно газовую сварку сопровождают общим и местным подогревом детали. Небольшие детали подогре­вают пламенем горелки непосредственно перед сваркой, крупные детали — в специальных печах или устройствах. В качестве при­садочного материала используют чугунные стержни диаметром 4, 6, 8, 10 и 12 мм. Для сварки мелких деталей применяют чугунные стержни марки Б, а для крупных — стержни марки А. Сваривают чугун нормальным или науглероживающим пламенем при расходе ацетилена на 1 мм толщины металла 100 .120 дм3/ч. Для удаления из сварочной ванны оксидов кремния, железа и марганца используют флюс из смеси: буры 56%, соды и поташа по 22% или прокаленной буры 23%, углекислого натрия 27% и азотнокислого натрия 50%. Флюс подсыпают в сварочную ванну, а пруток в процессе сварки чаще погружают в флюс. Хорошие результаты дает сварка чугуна газовым пламенем с применением прутка из латуни Л62, флюса из буры или смеси буры (50%) и борной кислоты (50%). Сварка меди и ее сплавов. Медь и бронзу сваривают только нормальным пламенем. При сварке меди толщиной до 10 мм расход ацетилена на 1 мм толщины должен быть 150 дм3/ч, а свы­ше 10 мм — 200 дм3/ч или надо брать две горелки одновременно: одну для подогрева металла, другую для расплавления и сварки металла. В качестве присадочного материала при сварке меди используют проволоку из чистой меди или меди, содержащей до 0,2% фос­фора и до 0,3% кремния, а при сварке бронзы — проволоку, близ­кую по составу к свариваемой бронзе. Для раскисления оксидов применяют флюсы, содержащие чис­тую буру или смесь буры (50%) и борной кислоты (50%). Чтобы улучшить структуру наплавленного шва, его проковывают при температуре 2ОО .30О°С, затем отжигают при температуре 500 . 550°С и быстро охлаждают водой. Латунь сваривают пламенем с избытком кислорода до 30 .40%. В этом случае на поверхности расплавленного металла образуется пленка оксида цинка, которая защищает зону сварки от даль­нейшего испарения цинка. Для удаления оксидов меди и цинка используют флюсы следующих составов: борная кислота 35%, фосфорнокислый натрий 15%, остальное — плавленая бура, или борная кислота 80% и плавленая бура 20%, или специальные жидкие флюсы БМ-1 и БМ-2. Последние через специальный со­суд — флюсопитатель — подают в горелку вместе с ацетиленом. Пары флюсов ядовиты, поэтому сварщик должен работать в рес­пираторе, а место сварки следует оборудовать местной вытяжной вентиляцией. В качестве присадочного материала используют про­волоку, близкую по составу к свариваемой латуни, или специальные присадочные проволоки ЛК62-05, ЛО60-1 и ЛОК59-1-03, содержа­щие в своем составе раскислители — олово и кремний.
Сварка алюминия и его сплавов. Алюминий и его сплавы хорошо свариваются газовой сваркой только нормальным пламенем. Присадочную проволоку применяют такого же состава, как свариваемый металл. Для удаления пленки оксида алюминия используют флюсы АФ-4А, АН-4А, АН-А201, содержащие хлори­стые и фтористые соли лития, натрия, калия и бария. После сварки остатки флюса удаляют горячей водой. Оксидную пленку можно удалять так же, как при дуговой сварке, специальным скребком. В этом случае сварщик должен иметь большой навык, так как в шов могут попадать остатки оксидной пленки и вызывать не­сплавление металла.
Рабочее место сварщика, оборудованное всем необ­ходимым для выполнения сварочных работ, называется сварочным постом. Для организации газосварочного поста необходимы: Ø кислородный баллон с редуктором; Ø ацетиленовый генератор для получения ацетилена из карбида кальция или ацетиленовый баллон с редукто­ром; Ø резиновые рукава для подачи кислорода и ацетилена в горелку или резак; Ø сварочные горелки с набором наконечников, для рез­ки — резаки с комплектом мундштуков и приспособле­ниями для резки; Ø присадочная проволока для сварки и наплавки; Ø принадлежности для сварки и резки; очки с темными стеклами для защиты глаз от сварочного пламени, на­бор ключей, молоток, зубило, стальные щетки и др.; Ø флюсы, если они требуются для сварки данного ме­талла; Ø сварочный стол и приспособления для сборки. Сварочный пост газосварщика показан на рис. 4. Рис. 4. Рабочее место газосвар­щика: 1— ящик для воды, 2 — стол, 3 — ящик для присадочного материала, 4 — кис­лородный редуктор, 5 — крышка стола, 6 — предохранительный затвор, 7 — горелка 3.Механизированные способы электродуговой сварки Автоматическая наплавка под слоем флюса— один из прогрес­сивных и широко применяемых способов восстановления деталей на ремонтных предприятиях. Впервые он был разработан Киевским институтом электросварки им. Е. О. Патона. Сущность этого способа заключается в следующем. К дуге 7, образующейся между электродом 6 и поверхностью вращающейся детали 1 (рис. 5), через мундштук 5 специальным устройством (автоматом) непрерывно подается электродная проволока, а из бункера 4 слоем 50 .60 мм насыпается гранулированный флюс. Дуга, утопленная в массе флюса, го­рит под жидким слоем 2 расплав­ленного флюса в газовом простран­стве 3. Жидкий слой 2 флюса на­дежно предохраняет расплавленный металл от окружающего воздуха, в большой степени уменьшает раз­брызгивание металла, улучшает формирование шва 9, использование теплоты дуги и материала электродной проволоки Рис. 5. Схема автоматической сварки под слоем флюса: 1 — деталь; 2 — слой флюса; 3 — газовое про­странство; 4 — бункер с флюсом; 5 — мундштук; 6 — электрод; 7 — электрическая дуга; 8 — шлаковая корка; 9 — наплавленный слой (шов). Шлаковая корка 8, образующаяся при остывании, замедляет охлаждение расплавленного металла и улучшает условия формирования его структурных превращений. Небольшой вылет электрода (расстояние от мундштука до детали) дает возможность увеличить плотность применяемых сварочных токов до 150 .200 А/мм2. Значительно улучшаются условия труда сварщика. Потери на угар и разбрызгивание металла при наплавке под слоем флюса не пре­вышают 2% от массы расплавленного металла. Коэффициент на­плавки составляет 14 .16 г/А • ч, то есть в 1,5 .2 раза выше, чем при ручной сварке. Производительность сварки определяют количеством метал­ла QH(г/ч), наплавляемого в единицу времени по уже известному выражению , где Кн — коэффициент наплавки, г/(А • ч); I — сила сварочного тока, А. При наплавке под слоем флюса оба сомножителя в этой фор­муле значительно больше, чем при ручной сварке, поэтому произ­водительность возрастает в 6 .1.0 раз. Недостатки сварки под слоем флюса — невидимость дуги и зна­чительные расход и стоимость флюса. Невидимость места сварки требует повышенной точности подготовки изделия к процессу и сборке, а кроме того, затрудняет сварку при сложной конфигурации шва. Автоматическую наплавку под флюсом применяют для восста­новления плоских и цилиндрических деталей. Изношенные трак­торные и автомобильные детали наплавляют на специальных токарных станках, которые оборудуют редуктором, позволяющим получать частоту вращения шпинделя в пределах от 0,2 до 5 мин. Сварочную головку устанавливают на суппорте станка. Для подвода тока к детали на шпинделе устанавливают токосъемник. Деталь, подготовленную к наплавке, зажимают в токарном патроне или в центрах. Наплавка деталей диаметром менее 80 мм затруднительна. а диаметром менее 40 мм совсем невозможна. Это следует отнести к недостаткам данного способа. Чтобы получить'' шов хорошего качества на поверхности детали, электрод смещают от зенита в направлении против вращения детали на размер а (рис. 30). Смещение зависит от диаметра детали, силы сварочного тока, длины и напряжения дуги, частоты вращения. При наплавке1 деталей диаметром 80 .300 мм смещение электрода колеблется от 5 до 30 мм, с уменьшением диаметра смещение увеличивается, В каждом конкретном случае смещение электрода определяют опытным путем по качеству шва. Хорошее качество наплавки во многом зависит от применяемого флюса. При автоматической наплавке используются плав­леные и неплавленые керамические флюсы, а также флюсы-смеси. Плавленые флюсы представляют собой сравнительно сложные силикаты, по своим свойствам близкие к стеклу. Температура их плавления не более 1200°С. По размеру зерен (0,1 .5 мм) они стандартизированы на четыре группы. В состав плавленых флюсов не входят ферросплавы, свободные металлы, углеродистые вещества. Эти флюсы, как правило, слабые раскислители. В ремонт­ной практике наибольшее применение получили плавленые флюсы АН-348А, ОСЦ-45 и АН-15, содержащие в своем составе 35 .43% закиси марганца. Такие флюсы позволяют получить наибольшую устойчивость дуги, меньше выделяют вредных примесей и в соче­тании с углеродистыми и низколегированными проволоками способ­ствуют высокому качеству наплавки. Керамические флюсы по своему составу и способу приготовления во многом сходны с качественными (толстыми) покрытиями электродов. Эти флюсы наряду с защитными содержат легирующие и модифицирующие элементы. В отличие от плавленых флюсов керамические позволяют в широком диапазоне легировать наплавленный слой и при использовании даже дешевой низкоугле­родистой проволоки получать качественные износостойкие покры­тия. Размер зерен выпускаемых керамических флюсов 1 3 мм. Наибольшее применение для наплавки деталей получили флюсы АНК-3, АНК-30, AKK-18, АКК-19 и ЖСН-1.
Флюсы-смеси приготавливают преимущественно из плав­леных и керамических в различных соотношениях в зависимости от того, какие свойства важно получить в наплавленном металле. При смешивании необходимо, чтобы размер зерен и их плотность были близкими. Иногда в плавленые флюсы добавляют до 40% чугунной стружки, которая повышает коэффициент наплавки и твердость наплавленного слоя за счет его науглероживания.
Электродная проволока для наплавки изношенных деталей под слоем флюса выбирается принципиально так же, как и при ручной наплавке. Кроме сварочной проволоки типа Св, широко используют специальную наплавочную проволоку типа Нп (Нп-30, Нп-50Г, Нп-30Х5, Нп^45Х4ВЗФ и др.). Все большее распространение при восстановлении деталей полу­чают порошковые проволоки. Они представляют собой непрерывный электрод диаметром 2,5 .5,0 мм, состоящий из металлической оболочки, заполненной порошком. В качестве наполнителя при­меняют смесь металлических порошков, ферросплавов, шлако- и газообразующих и других элементов, подобных используемым для электродных покрытий. Изменение состава наполнительных порошков позволяет с достаточно большой точностью получать необходимое качество наплавленного слоя без дополнительной за­щиты зоны наплавки флюсом или другим способом. Порошковые проволоки марок ПП-АН1, ПП-1ДСК и другие при спарке или наплавке низко- и среднеуглеродистых сталей позволяют получать хорошее качество шва без дополнительной защиты. Самозащитные проволоки марок ПП-ЗХ13-О, ПП-ЗХ4ВЗФ-О и другие дают поверхность повышенной износостойкости с твердостью до НRC 56 без термической обработки. Повышение производительности при восстановлении сильно изношенных деталей (опорных катков, поддерживающих роликов, направляющих колес гусеничных тракторов и др.) достигают при­менением двух и многоэлектродной наплавки, а также наплавки стальным или порошковым ленточным электродом. Автоматической наплавкой под слоем флюса восстанавливают шейки коленчатых валов и другие ответственные детали, поверх­ности которых находятся в условиях повышенного изнашивания. 4.Оборудование для автоматической сварки Оборудование для автоматической наплавкисостоит из источ­ника питания током, сварочной головки и станка для наплавки или переоборудованного токарного станка. Источники питания током. Обычно используют по­стоянный ток, потому что при переменном токе сложнее добиться устойчивого горения дуги. В качестве источника тока используют сварочные преобразователи типа ПСО-300, ПД-501, ГД-502 или универсальные сварочные выпрямители типов ВДУ-305, ВДУ-504, ВДУ-1201 и ВДУ-1601. Кроме того, для автоматической сварки и наплавки промышленность выпускает специальные выпрямители типа ВДГ-601 Сварочная головка — основной элемент автоматиче­ской наплавочной установки. Она состоит из подающего механизма с электродвигателем и редуктором, позволяющим изменять ско­рость подачи проволоки в широком диапазоне; кассеты для электродной проволоки; бункера для флюса и аппаратного ящика или щита управления. На ремонтных предприятиях применяют головки марок А-580М, А-874М, А-874С, А-384МК, ОКС-5523 ГОСНИТИ и др. Наряду с автоматами для сварки и наплавки широко при­меняют полуавтоматы. В них механизирована только подача про­волоки и флюса, а сварочную дугу перемещают вручную. Поэтому токопроводящий мундштук отделен от механизма подачи проволоки и выполнен в виде держателя для удобства пользования. Механизм подачи проволоки соединен с держателем гибким шлангом, внутри которого проходит электродная проволока. Это дает возможность большой маневренности. Таким полуавтоматом можно сваривать швы любой конфигурации даже в труднодоступных местах. Деление сварочных аппаратов на автоматы и полуавтоматы можно считать условным. Достаточно закрепить держатель полу­автомата на суппорте токарного станка, а свариваемой детали сообщить постоянную скорость движения в направлении сварива­емого шва, как полуавтомат превращается в автомат. Поэтому полуавтоматы на ремонтных предприятиях используют более широ­ко, чем автоматы. По своему назначению полуавтоматы условно разделяют на полуавтоматы для сварки под слоем флюса, в защит­ных газах, универсальные и специальные. Для сварки под слоем флюса используют полуавтоматы ПШ-54, ПДШМ-500 и ПДШР-500, но в ремонтной практике они не полу­чили большого применения из-за невидимости дуги при сварке и низкой маневренности. В ремонте более широко используют полу­автоматы марок А-547У, А-547Р, ПДПГ-500, А-929С и другие для сварки в защитных газах и универсальные полуавтоматы марок Л-715, А-765, А-1197 и др. Универсальные полуавтоматы снабжены сменным унифицированным оборудованием, позволяющим использовать их для сварки и наплавки под слоем флюсов, в защитных газах, а также сплошной и порошковой проволоками. Специальные полуавтоматы выпускают для выполнения сварки в монтажных или полевых условиях и, кроме того, для сварки цветных металлов. Переносные полуавтоматы А-1114 и ранцевого типа ПДГ-304 предназначены для сварки в монтажных и полевых условиях на постоянном токе проволокой диаметрами от 0,8 до 2 мм. Полу­автомат ПШП-10 предназначен для сварки алюминия и его спла­вов в защитных газах. Станки для наплавки. В качестве устройства для пере­мещения наплавляемой детали, автоматической и сварочной голов­ки на ремонтных предприятиях часто используют токарный станок, оборудованный специальным редуктором, понижающим частоту вращения шпинделя. Наплавляемую деталь крепят в шпинделе или в центрах станка, а сварочную головку — на суппорте. Но уже разработаны универсальные (У-651, У-652 и др.) и специализи­рованные (У-425, У-427 и др.) наплавочные станки. Значение силы сварочного тока при сварке под флюсом: Рис.6. Зависимости коэффициента наплавки (а) и производительности дуговой сварки под флюсом (б) от силы сварочного тока I и диаметра плавящегося электрода dэ. Рис.7. Защитные газы для дуговой сварки сталей и сплавов. 5.Плазменно-дуговая сварка 5.1.Общие сведения Плазма — это высокотемпературное сильно иони­зированное вещество. Ионизация вызывается либо действием высо­кой температуры электрической дуги, либо действием электриче­ского поля высокой частоты. В зависимости от вида возбуждения различают дуговую и высокочастотную плазму. На ремонтных предприятиях наибольшее применение получает дуговая плазма. Устройство, в котором получают плазменную струю (сжатую дугу), называют плазменной горелкой или плазмотроном. Принци­пиальные схемы плазменных горелок (плазмотронов) изображены на рисунке 8. Возможны три схемы плазмообразования: дугой прямого действия, дугой косвенного действия и комбинированной дугой.
Горелка прямого действия. Дуга, горящая между неплавящимся вольфрамовым электродом б (рис. 8) и деталью 1, подключенной к аноду, сжимается узким каналом водоохлаждаеомого сопла 2 и плазмообразующим газом, поступающим в про­странство 5. Часть газа, проходя через столб сжатой дуги, ионизи­руется и выходит из сопла в виде плазменной струи. Температура плазменной струи, образующейся в горелке прямого действия, может достигать более 30 000°С. Такую схему применяют при резке металлов и других операциях, требующих повышенного нагрева детали.
Горелка косвенного действия. Дуга горит между неплавящимся электродом 6 (рис. 8, б) и водоохлаждаемым соплом 2. Нагретый и в значительной степени ионизированный газовый поток выходит из сопла в виде яркого факела пламени температурой до 16 000°С. Здесь большая часть энергии расходу­ется на нагрев газового потока, но интенсивность его теплового воздействия ниже, так как с возрастанием тока увеличиваются поверхность столба свободной дуги и теплопередача в окружаю­щую среду. Схему косвенного действия дуги применяют для поверх­ностной закалки, металлизации и напыления тугоплавких металлов и соединений. Горелка комбинированного действия. Горят две дуги — между неплавящимся вольфрамовым электродом и водоохлаждаемым каналом и между тем же электродом и деталью. Эта схема получила распространение при наплавке деталей порошком, вдуваемым в струю плазмы. Выпускаемые горелки могут работать по любой из описанных трех схем. В горелках прямого действия затруднено возбуждение дуги между электродом и деталью через узкий канал сопла. Поэтому в таких случаях при помощи осциллятора или угольного стержня возбуждают вспомогательную (дежурную) дугу между электродом и соплом (рис. 8, а), которая питается через ограничивающее сопротивление R от того же источника 4, что и основная дуга. Как только разогретая вспомогательная дуга коснется детали, автоматически загорается основная дуга и выключается вспомогательная. Истечение плазменной струи из сопла с высокой скоростью увеличивает приток газов из окружающего воздуха в зону сварки, и поэтому горелки снабжают газозащитными соплами 3. Кроме того, их применяют для вторичного обжатия засоплового участка плазменной струи, а иногда и для фокусирования струи (рис. 8, в). Такие горелки называют микроплазменными, так как они позволяют получить остроконечную дугу в области малых токов порядка 0,5…30 А. Характерные особенности плазменной струи — высокая темпера­тура факела; возможность концентрации большой тепловой мощ­ности на небольших объемах материалов; пригодность для плавле­ния и даже испарения практически любых материалов, встречающихся в природе; меньшая, чем при других видах наплавки, зона термического влияния и возможность получения наплавленного слоя толщиной от 0,10 мм до нескольких миллиметров. Применение различных электрических схем для образования плазменной струи позволяет использовать разные присадочные материалы (проволоку, прутки, порошки и т.д.), в широком диа­пазоне раздельно регулировать плавление присадочного и основ­ного материала, получать наплавленные слои различных матери­алов с минимальной глубиной проплавления. Получены хорошие результаты наплавки бронзы, меди и латуни на сталь. Содержание в слоях железа не превышает 0,5%. На малоуглеродистые и низко­легированные стали наплавляют любые износостойкие материалы с минимальными примесями основного металла. Как показывает практика, при помощи плазменной струи, кроме нанесения покрытий, выполняют сварку, резку и точение металлов, а также проводят металлургические процессы плазменнным нагревом. Рис. 8. Схемы плазменных горелок: а — прямого действия; б — косвенного действия; в — микроплазменной; 1 — деталь; 2 — водоохлаждаемое сопло; 3 — газозащитное сопло; 4 — источник питания; 5 — камера для плазмообразующего газа; 6 — электрод; 7 — фокусирующее сопло. 5.2.Плазмообразующие газы, электроды и присадочные материалы В качестве плазмообразующего газа используют аргон, азот, гелий и др. Лучшим считается аргон, а наиболее дешевым — азот. Для защиты зоны наплавки применяют эти же газы, их смеси, а также углекислый газ. В качестве неплавящегося электрода в горелках всех типов используют вольфрамовые стержни. Более стойкие — вольфрамовые стержни с присадкой 1 .2% оксида лантана. Наплавочными материалами могут быть проволоки и металли­ческие порошки всех видов. Свойство плазменной струи, позволя­ющее получать тонкие наплавленные слои с минимальным про-плавлением основного металла, то есть минимальным перемешива­нием с основным металлом, и хорошее качество поверхности, дает возможность применять дорогие, но износостойкие материалы. Минимальный припуск на механическую обработку (после наплав­ки сразу шлифовка) значительно сокращает потери материала. Поэтому при плазменной наплавке успешно применяют дорого­стоящие порошки на никелевой основе ПГ-СР2, ПГ-СРЗ, ПГ-СР4, твердосплавные порошки на железной основе ПГ-ФБХ-6-2, КБХ, ПГ-УС25 и другие, а также смеси различных порошков. 5.3.Оборудование для плазменной наплавки Оборудование для плазменной наплавкивключает в себя ис­точник питания током, плазменную горелку, пульт управления и контроля, балластные реостаты, дроссель, механизм для подачи порошка или проволоки, системы циркуляции воды, баллоны с плазмообразующим и защитным газами и станок для перемещения детали и плазменной горелки. Источники питания. В качестве источников питания током используют специальные полупроводниковые выпрямители типа ИПН-100/600, а также сварочные преобразователи постоянного тока и выпрямители с напряжением холостого хода не ниже 120 В и крутопадающей характеристикой. Для регулирования тока используют балластные реостаты типа РБ-300. Рис. 9. Плазменная горелка и схема наплавки прутками твердых сплавов или проволокой: 1— пруток (проволока); 2 — защитное сопло; 3 — рабочее сопло; 4 — вольфра­мовый электрод; 5 — каналы подвода воды и тока; 6 — канал для защитного газа. Плазменные горелки. Конструкция плазменных горелок во многом зависит от их назначения и схемы плазмообразования. На рисунке 9 показана горелка для наплавки прутками твердых сплавов. Горелка при наплавке перемещается впереди прутка. Сварочная ванна защищается аргоном, подавае­мым через канал 6. Вместо литых прутков 1 можно применять для наплавки раз­личные сварочные проволоки. Режим наплавки подбирают опытным путем. Например, при наплавке сателлитов выдерживается такой режим: ток дежурной (закрытой) дуги 15 .20 А, ток основной дуги 120 .130 А, напряжение дуги 40 .45 В, расход плазмообразующего и защитного газа (аргона) 8 .10 дм3/мин, диаметр вольфра­мового электрода 3 мм и диаметр сопла 8 мм. При наплавке деталей с использованием порошков применяют горелки другого конструктивного исполнения.
Пульт управления выполнен в виде шкафа, в котором размещена электрическая и газовая аппаратура -для управления процессом и его контроля. Прочее оборудование. При наплавке с использова­нием порошков применяют специальные порошковые питатели, а при наплавке проволокой — механизмы, аналогичные механизмам подачи проволоки в обычных сварочных автоматах. Охлаждают плазменные горелки от водопроводной сети с подачей воды не менее 5 л/мин.
Цилиндрические и другие детали наплавляют на переоборудо­ванных токарных или специальных наплавочных станках, аналогич­ных станкам, на которых ведут автоматическую дуговую сварку. На ремонтных предприятиях наплавкой с применением плаз­менной струи восстанавливают изношенные посадочные места под подшипники на валах и осях, наружные шлицы, коленчатые валы, фаски клапанов автотракторных двигателей и другие детали. 6.Основы техники безопасности при сварочных работах К работе по газопламенной обработке, обслуживанию обо­рудования и производства технического ацетилена допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие соответствующее медицин­ское обследование, обучение, инструктаж и проверку знаний без­опасности. Все приступающие к сварке, наплавке, резке и пайке долж­ны быть проинструктированы по технике безопасности и пожароопасности, в том числе о вредных факторах, образующихся при этих процессах, мерах предосторожности, средствах индиви­дуальной защиты и личной гигиены. Проведенный инструктаж должен регистрироваться в специальном журнале. Повторный инструктаж и проверка знаний по технике без­опасности и производственной санитарии проводятся не реже од­ного раза в квартал с отметкой в специальном журнале и лич­ной карточке сварщика. Требования безопасности при газопламенных работах. Газо­пламенные работы (сварка, резка, строжка, выплавка пороков металла, нагрев изделий и др.) должны производиться на рас­стоянии не менее 10 м от передвижных генераторов, 5м — от баллонов, и бачков с жидким горючим, 1,5 м — от газопроводов и газоразборных постов. В случае направления пламени и искр в сторону источников питания должны быть приняты меры по защите их от искр или воздействия теплоты пламени путем уста­новки металлических ширм. Запрещается: Ø продолжать работы в случае возникновения обратного уда­ра пламени или выявления неисправности аппаратуры, приборов и защитных средств, нарушения крепления баллонов; Ø держать во время работы рукава на плечах, ногах, под мыш­ками или обмотанными вокруг пояса; Ø перемещаться с зажженным пламенем горелки (резака), под­ниматься по трапам, лесам, переходить с этажа на этаж; Ø хранить замасленную ветошь и смазочные материалы рядом с кислородным баллоном; Ø подходить к передвижному генератору с зажженным пламе­нем горелки (резака) и хранить карбид кальция в открытой та­ре на рабочем месте; Ø переносить заряженный генератор; Ø сбрасывать баллоны с высоты; Ø сливать ил на территории строительной площадки. Ø работать в закрытых сосудах и колодцах при недостаточном содержании в воздухе кислорода (менее 19 %); Ø находиться работающим в помещениях малых объемов и сосудах до установления отсутствия в них токсичных и взрывоопасных смесей; Ø проводить работы в закрытых сосудах и колодцах без страхующего рабочего, находящегося снаружи; Ø выполнять сварку или резку сосудов, находящихся под давлением или содержащих взрывчатые вещества; Ø размещать внутри закрытых сосудов источники и средства газопитания; Ø применять аппаратуру, работающую на жидком горючем;