Особенности сварки при различных условиях и материалах. Часть 6

Большое количество деталей машин и механизмов выходит из строя в процессе эксплуатации вследствие истирания, ударных нагрузок, эрозии и т. д. Современная техника располагает различными методами восстановления и упрочнения деталей для повышения срока их службы. Одним из методов восстановления и упрочнения деталей является наплавка. Различают наплавку восстановительную и изготовительную.

Наплавкой называется процесс нанесения с помощью сварки плавлением на поверхность детали слоя металла для восстановления ее первоначальных размеров (при износе после эксплуатации) либо для придания этой поверхности специальных свойств (износостойкости, антикоррозионности, антифрикционности и т. п.).

Восстановительная наплавка применяется для получения первоначальных размеров изношенных или поврежденных деталей. В этом случае наплавленный металл близок по составу и механическим свойствам к основному металлу.

Изготовительная наплавка служит для получения многослойных изделий. Такие изделия состоят из основного металла (основы) и наплавленного рабочего слоя. Основной металл обеспечивает необходимую конструкционную прочность. Слой наплавленного металла придает особые заданные свойства: износостойкость, термостойкость, коррозионную стойкость и т. д. Таким образом, наплавку производят не только при восстановлении изношенных, но и при изготовлении новых деталей машин и механизмов.

Наиболее широко наплавка применяется при ремонтных работах. Восстановлению подлежат корпусные детали различных двигателей внутреннего сгорания, распределительные и коленчатые валы, клапаны, шкивы, маховики, ступицы колес и т. д. Наплавку можно производить почти всеми известными способами сварки плавлением. Каждый способ наплавки имеет свои достоинства и недостатки. Важнейшие требования, предъявляемые к наплавке, заключаются в следующем:

минимальное проплавление основного металла;
минимальное значение остаточных напряжений и деформаций металла в зоне наплавки;
занижение до приемлемых значений припусков на последующую обработку деталей.

Однако не все способы наплавки могут обеспечить выполнение предъявляемых требований. Выбор способа наплавки определяется возможностью получения наплавленного слоя требуемого состава и механических свойств, а также характером и допустимой величиной износа. На выбор способа наплавки оказывают влияние размеры и конфигурация деталей, производительность и доля основного металла в наплавленном слое. Несмотря на невысокие показатели приведенных характеристик ручная дуговая наплавка штучными электродами является наиболее универсальным способом, пригодным для наплавки деталей различных сложных форм и может выполняться во всех пространственных положениях.

Основными достоинствами ручной дуговой наплавки являются универсальность и возможность выполнения сложных наплавочных работ в труднодоступных местах. Для выполнения ручной дуговой наплавки используется обычное оборудование сварочного поста. Для наплавки используют электроды диаметром 3-6 мм. При толщине наплавленного слоя до 1,5 мм применяются электроды диаметром 3 мм, а при большей толщине — диаметром 4-6 мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока составляет 11 — 12 А/мм2.

К недостаткам ручной дуговой наплавки можно отнести относительно низкую производительность, тяжелые условия труда из-за повышенной загазованности зоны наплавки, а также сложность получения необходимого качества наплавленного слоя и большое проплавление основного металла.

Для ручной дуговой наплавки применяют как специальные наплавочные электроды, так и обычные сварочные, предназначенные для сварки легированных сталей (ГОСТ 1005-75). Выбор электрода для наплавки определяется составом основного металла. Например, для наплавки слоя низколегированной стали с содержанием углерода менее 0,4% применяются электроды следующих марок: ОЗН-250У, ОЗН-300У, ОЗН-350У, ОЗН-400У и др. В маркировке буква Н обозначает <наплавочный>. Для наплавки слоя низколегированной стали с содержанием углерода более 0,4% применяются электроды ЭН60М, ОЗШ-3, 13КН/ЛИВТ и др.

Наплавку производят короткой дугой постоянным током обратной полярности. При наплавке (особенно электродами ОЗН) перегрев наплавленного слоя не допускается. Для этого слой наплавляют отдельными валиками с полным последовательным охлаждением каждого валика. Положение электрода при наплавке должно соответствовать изображенному на рис. 3.

Рис. 3. Положение электрода при наплавке отдельными валиками

Технологический процесс наплавки начинается с подготовки детали. Для этого ее тщательно очищают от грязи, масла, краски, окалины и других загрязнений. Рекомендуется поверхности, подлежащие наплавке, отжигать газовыми горелками. Применяют также промывку горячим раствором щелочи с последующей промывкой горячей водой, очистку стальной щеткой.

Поверхностные дефекты, в том числе и наклепанный слой, удаляют механическим путем или резаком для поверхностной кислородной резки. В целях снижения сварочных напряжений необходимо добиваться равномерной толщины наплавляемого слоя. Поверхность, имеющую неравномерную выработку с большими колебаниями по высоте, выравнивают механическим путем на металлорежущем оборудовании.

При подготовке под наплавку поверхностей с локальными износами следует избегать плавных переходов наплавляемого металла к основному.

Для предупреждения больших внутренних напряжений и образования трещин часто наплавляемые детали подогревают до температуры, зависящей от основного и наплавляемого металла. При наплавке больших поверхностей наплавку производят короткими валиками по схеме, приведенной на рис. 4. Технологические приемы и режимы наплавки зависят от формы и размеров деталей, а также от толщины и требуемых свойств наплавляемого слоя.

Рис. 4. Порядок наложения валиков при наплавке больших поверхностей

Рис. 5. Перекрытие валиков при нанесении слоя в виде отдельных валиков

При наплавке отдельными валиками каждый из них накладывается на всю длину на расстоянии друг от друга, равном ‘/г ширины валика. После очистки наложенных валиков от шлака заполняют промежутки между ними. Применяют и другие способы наплавки валиками, например, как показано на рис. 5, с перекрытием Уз ширины валика, после очистки от шлака предыдущего валика.

Челночный способ используют для наплавки поверхностей шириной 40-80 мм. Особенность способа заключается в том, что шлак на предыдущем валике не успевает затвердеть, а следовательно, отпадает необходимость в удалении шлака с предыдущего валика.

При нанесении слоя в виде отдельных валиков должно быть обеспечено оптимальное перекрытие валиков: при ручной наплавке — на 0,30-0,35 ширины, а при автоматической и полуавтоматической — на 0,4-0,5 ширины валика.

Если после наплавки деталь подлежит обработке резанием, то наплавлять следует ровную поверхность с минимальным припуском на обработку; твердость наплавленного слоя снижают отжигом. После обработки резанием твердость слоя повышают закалкой и последующим отпуском.

Наплавку фасонных поверхностей производят отдельными валиками. На рис. 6 приведен в качестве примера порядок наплавки зуба и впадин шестерни.

Рис. 6. Схема наплавки отдельными валиками фасонных поверхностей: зуба (а) и впадины (б) шестерни; 1 — 14 — порядок наложения валиков

Наплавку тел вращения выполняют одним из трех способов: по образующим; по окружности и по винтовой линии. Наплавку по образующим ведут отдельными валиками так же, как и плоских поверхностей в нижнем положении, периодически поворачивая наплавляемое изделие.

Наплавку по окружности выполняют также отдельными валиками. Последующий валик накладывается после очистки от шлака предыдущего с перекрытием на 30-35% ширины валика. Наплавку по винтовой линии осуществляют непрерывно, а очистка предыдущего валика от шлака может производиться подпружиненными резцами.

В процессе наплавки в изделии появляются значительные внутренние напряжения, которые приводят к его короблению, а иногда и к разрушению. К мерам, применяемым для предотвращения возникновения напряжений или снятия их в целях уменьшения деформации изделия, относятся:

предварительный подогрев до 200-400 °С;
ведение наплавки с погружением изделия в воду без смачивания наплавляемой поверхности;
ведение наплавки при жестком закреплении изделия в приспособлении;
предварительный изгиб изделия в направлении, обратном ожидаемому изгибу;
высокотемпературный отпуск после наплавки с нагревом до 650-680 °С.

Износостойкую наплавку на поверхность изделий производят по предварительно наплавленным промежуточным валикам с низкой твердостью. Промежуточный слой с низкой твердостью обеспечивает высокую прочность изделия, а верхний слой — высокую износостойкость.

Контроль качества наплавки имеет целью проверить наличие внешних и внутренних дефектов, твердость, однородность структуры, химический состав слоя и деформацию детали. Результаты контроля сравнивают с техническими требованиями.

РУЧНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛА ДУГОЙ

Дуговая резка основана на использовании теплоты электрической дуги для расплавления металла по линии реза. Удаление расплавленного металла осуществляется под действием гравитационных сил и направленного движения газов, при этом применяются специальные электроды для резки, строжки (нарезание пазов) и прошивки отверстий для черных и цветных металлов и разделки трещин при подготовке под сварку. При строжке электрической дугой происходит расплавление и удаление металла вдоль линии по направлению движения.

Электроды для резки и строжки имеют специальное покрытие:

покрытие изолированное, чтобы предотвратить переход дуги на боковую поверхность;
создают сосредоточенную мощную дугу;
стабилизируют дугу и предотвращают гашение дуги;
создают дутье и выдувают с места реза расплавленный металл и шлак.

Все вышеуказанные критерии тщательно сбалансированы, чтобы позволить сварщику легко управлять процессом резки. Физическая сущность покрытия состоит в том, что материал покрытия плавится медленнее, чем стержень электрода, при этом на конце электрода образуется чаша глубиной 3-5 мм (рис. 7), а выгорающее изнутри покрытие электрода создает газовую струю, выдувающую расплавленный металл и шлак. Нетокопроводящее покрытие гарантирует горение электрода в пределах узкого пространства, даже когда прожигаются дыры ограниченного диаметра или производится строжка узких и глубоких пазов.

Рис. 7. Дуговая резка металла покрытым электродом

Электрическая дуга зажигается у начала реза, на верхней кромке и в процессе реза ее перемещают вниз-вверх в плоскости реза, как при пилении ножовкой. Для увеличения нагрева металла движение вверх производят на длинной дуге. Движение вниз производят на короткой дуге, при этом облегчается вытекание и выдувание расплавленного металла.

Резку тонкого металла можно производить и методом, приведенным на рис. 8, при этом электрод располагается под углом 15° к поверхности металла. Электрод как бы проталкивается через металл. Движение напоминают движение ножовки.

Рис. 8. Резка тонкого металла

Для строжки зажгите дугу и, удерживая электрод под углом 5° к поверхности материала, как бы проталкивайте электрод по верхнему слою металла. Обратите внимание, что угол между электродом и пластиной небольшой (5° или менее). Это облегчает удаление дополнительного металла, получаемого от плавления электрода. При необходимости получения глубоких пазов электродом совершаются возвратно-поступательные движения или строжка производится в несколько проходов. Направление строжки от себя.

Дуговая резка металла покрытым электродом производится на том же самом оборудовании, что и сварка, но сварочный ток при этом должен быть на 30-40% больше, чем при сварке. При больших значениях тока, когда тепловложение в основной металл превышает удаление тепла, зона расплавления металла становится большой и трудноконтролируемой.

Дуговая резка металла покрытым электродом не применяется для подготовки деталей под сварку, так как обычно дает грубый, неровный рез. В некоторых же случаях там, где недоступны другие средства для достижения данной цели или же, например, резка нержавеющей стали, дуговая резка покрытым электродом является единственно доступным способом выполнения работы.

Для прожигания отверстий для болтов и т. п., особенно в закаленных и нержавеющих сталях, используются те же принципы, что и при резке металлов. Для прожигания узких отверстий желательно использовать специальные электроды, предназначенные для резки и строжки металлов.

Для прожигания отверстия зажечь и установить длинную дугу над точкой, находящейся в центре будущего отверстия. Концом электрода необходимо совершать циклические движения, пока поверхность металла не расплавится. Затем конец электрода с усилием проталкивается через металл. Окончательный размер и форму придают обрезкой кромок отверстия, полученного при проталкивании электрода через металл.