Сборка и испытание агрегатов машин

Сварка и наплавка трехфазной дугой  применяется там, где требуется  наплавлять большой объем металла. Этим методом сваривают детали из низколегированных и легированных сталей большой и средней толщины, а также ведут наплавку твердых  сплавов. Для сварки и наплавки трехфазной дугой применяют специальные электроды, состоящие из двух стержней (рис. 47, а), имеющих общее покрытие, но изолированных один от другого. Зачищенные концы стержней соединяют с электродержателем особой конструкции (рис. 47, б), позволяющим подводить ток к каждому стержню отдельно. При сварке (наплавке) две фазы присоединяют к электродержателю и третью — к изделию. В процессе сварки (наплавки) горят одновременно три дуги, две — между каждым стержнем и деталью (рис. 47, а) и одна — между двумя стержнями. Вследствие выделения большого количества тепла производительность сварки (наплавки) по сравнению с однофазной увеличивается в 2—3 раза. При диаметре стержней электрода 6 мм и трехфазной дуге можно наплавить до 8 кг металла в час, при этом за счет лучшего использования тепла расход электроэнергии снижается на 20—30%. Питание дуги производится от специальных трансформаторов типа 3-СТ и ТТС-400.

Процесс сварки и наплавки металла  состоит из трех этапов: подготовки деталей, сварки (наплавки), зачистки.

Подготовка  деталей. Если поверхности, подлежащие сварке или наплавке, загрязнены или покрыты ржавчиной, в наплавленном металле будут образовываться шлаковые включения, непровар, трещины. Газовые поры появляются в наплавленном металле, если поверхность покрыта маслом или влагой. Эти дефекты значительно ухудшают качество сварки (наплавки) или приводят к браку. Поэтому все детали, поступающие на сварку или наплавку, тщательно очищают от грязи, ржавчины и других загрязнений.

Рис. 47. Сварка трехфазной дугой:

 а — схема процесса; б —  заварка трещин 86

Затем детали обезжиривают в горячих  растворах, моют в горячей воде и  сушат. Наплавляемую или свариваемую  поверхность желательно очистить до металлического блеска пескоструйной  обработкой, стальными щетками, абразивными кругами или резцом. Если поверхности отверстий или валов имеют неравномерный износ, превышающий 0,5 мм на сторону, то такие поверхности протачивают резцом. Это связано с тем, что рабочая поверхность детали с небольшим износом, если ее предварительно механически не обработать, после наплавки может оказаться в переходном слое, который имеет пониженные механические свойства. Изношенные или поврежденные резьбы (внутренние и наружные) перед наплавкой необходимо срезать для того, чтобы в углубления старой резьбы не попадал шлак, так как загрязнения между гребнями резьбы трудно очистить. В противном случае при наплавке могут образовываться шлаковые включения или поры, снижающие качество наплавленного металла.

Имеющиеся на наплавленной поверхности отверстия, шпоночные пазы и канавки заделывают медными графитовыми вставками, которые после наплавки удаляют. Трещины подготавливают к сварке путем разделки кромок при помощи шлифовального круга на гибком валу. Для этого может быть использовано зубило. При толщине стенок детали до 5 мм разделку можно не делать, а ограничиться зачисткой, прилегающей к трещине поверхности шириной 15—20 мм с каждой стороны. При большой толщине стенок (до 12 мм) трещины разделывают V-образно. Если толщина стенок свариваемой детали более 12 мм, трещину разделывают с двух сторон Х-образно. Концы трещин рекомендуется засверливать, чтобы при сварке они не распространялись дальше.

Сварка  и наплавка металла. Для получения доброкачественного сварного соединения или заданного качества наплавленного слоя при восстановлении деталей первостепенное значение имеют правильный выбор типа и марки электрода, а также режимов сварки (наплавки). Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки материала (сталь, чугун, алюминий), из которого изготовлена деталь, и требований к наплавляемому слою.

При заварке трещин или поломок  обычно применяют сварочные электроды. Они подразделяются на ряд типов  от Э-34 до Э-145. Основной характеристикой  каждого типа является временное  сопротивление разрыву сварного соединения. Оно указывается в наименовании типа электрода. Например, электроды типа Э-42 дают сварное соединение, имеющее временное сопротивление разрыву, равное 4,2 МПа. К каждому типу может относиться несколько марок электродов. Например, к типу Э-42 относятся электроды марок ОЗЦ-1,0ММ-5; к типу Э-42А — электроды ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; к Э-46 —ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; к типу Э-50А —электрод УОНИ-13/55 и др.

Перечисленные типы электродов применяются  для сварки мало-и среднеуглеродистых сталей. Стержни всех электродов изготовлены из проволоки Св-08 диаметром от 1,6 до 12 мм. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием (обмазкой). Электроды с меловой обмазкой, состоящей из 70—80% молотого мела и 20—30% жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Меловая обмазка является только стабилизирующей, т. е. способствующей устойчивому горению дуги. Остальные типы и марки электродов имеют качественную обмазку. Эта обмазка, кроме стабилизирующих, содержит защитные, шлакообразующие и газообразующие, а иногда раскисляющие и легирующие элементы. Условное обозначение типов составов покрытий: руднокислое — Р, рутиловое — Т, фтористо-кальциевое—Ф, органическое — О. Полное условное обозначение электрода по ГОСТу содержит последовательно марку и тип электрода, его диаметр, вид состава покрытия и номер ГОСТа. Например, электрод ЦМ-7 диаметром 5 мм, относящийся к типу Э-42, и имеющий покрытие руднокислого типа, будет иметь обозначение ЦМ-7-Э-42-5-Р-ГОСТ 9467—75.

Сварка малоуглеродистых (с содержанием  углерода до 0,20%), а также низколегированных сталей, например, марок 15Х, 20ХНА, 20Х, ЗОХ не встречает трудностей.

Углеродистые и легированные стали  со средним и высоким содержанием  углерода свариваются труднее и  склонны к образованию пор  и трещин, поэтому при сварке и наплавке средне- и высокоуглеродистых и легированных сталей требуется предварительный подогрев деталей. При содержании углерода от 0,2 до 0,3% детали рекомендуется подогревать до температуры 100—150 °С, от 0,3 до 0,45%—до 150—250 °С, от 0,45 до 0,80%—до 250—400 °С. При восстановлении изношенных деталей дуговой наплавкой выбор электродов зависит от марки стали наплавляемой детали, необходимой твердости и износостойкости наплавленного слоя.

Наплавку изношенных поверхностей деталей, изготовленных из малоуглеродистой стали и не подвергающихся термической или хи-микотермической обработке, можно проводить сварочными электродами.

При наплавке деталей из среднеуглеродистых и легированных сталей (например, сталей марок 30, 35, 45, ЗОХ, 40Х), закаленных, а также из малоуглеродистой стали, но с цементированной поверхностью, должны применяться специальные наплавочные электроды или твердые сплавы.

ГОСТ 10051—75 устанавливает ряд типов  наплавочных электродов, различаемых  по химическому составу наплавленного  слоя. Обозначение типа электрода расшифровывается следующим образом: буквы «ЭН» означают «электрод наплавочный», затем указываются основные химические элементы, входящие в состав наплавленного слоя, и их среднее содержание в процентах. Обозначение химических элементов общепринятое: У — углерод, С — кремний, Г — марганец, Н — никель, X — хром, Т —титан и т. д. Сначала указывается содержание углерода. При этом, если в обозначении типа электрода имеется буква «У», то содержание углерода дано в десятых долях процента, а если она отсутствует — в сотых долях.

Последние цифры указывают твердость  слоя (HRC). Например, обозначение типа электрода ЭН-14Г2Х-30 означает: электрод наплавочный, в наплавленном слое содержится 0,14% углерода, 2% марганца, 1% хрома, твердость  слоя — 30 HRC.

Указания на твердость наплавленного  слоя (НВ) содержатся иногда и в обозначениях марки электрода, например, электрод ОЗН-300, Т-590 и др. Типам электродов соответствуют определенные марки  электродов. Полное условное обозначение  наплавочного электрода содержит его марку, тип, диаметр и ГОСТ. Например, электрод марки ОЗН-300 типа ЭН-15ГЗ-25 диаметром 5 мм будет иметь обозначение: ОЗН-300-ЭН-15ГЗ-25,5,0 —ГОСТ 10051—75 и ГОСТ 9466—75.

Стержни наплавочных электродов изготовляют  как из углеродистой, так и из легированной сварочной проволоки. Легирующие элементы вводят в наплавленный слой как и& покрытия и материала стержня, так и только из материала покрытия.

Наиболее широкое применение для  наплавки деталей дорожных машин  нашли электроды марок ОЗН-300 (тип ЭН-15ГЗ-25), ОЗН-400 (тип ЭН-20Г4-40); для наплавки деталей из высокомарганцовистой стали ПЗ — электроды ОМГ-Н (тип ЭН-70ХН-25); для наплавки быстроизнашивающихся деталей, которые работают в условиях абразивного изнашивания, — электроды марок Т-590, Т-620, ЦС-1, ЦС-2 и др. В последние годы для получения наплавленных слоев высокой твердости применяют трубчатые наплавочные электроды ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4. В качестве наполнителя используют твердые сплавы, чаще всего сормайт, ферросплавы, карбид вольфрама. Для холодной сварки (наплавки) деталей из чугуна применяют электроды марок ОМЧ-1, МСТ, МНЧ-1 ЦНИИВТ, ЦЧ-ЗА, АНЧ-1 и др. Для сварки чистого алюминия применяют электроды марки ОЗА-1, а для сварки сплавов алюминия — ОЗА-2.

Основными параметрами режимов сварки и наплавки являются: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока и напряжение дуги. Дуговая сварка и наплавка металла может производиться постоянным или переменным током. На постоянном токе дуга горит более устойчиво. Сварку (наплавку) на постоянном токе можно вести на прямой и обратной полярности. При сварке (наплавке) на прямой полярности к детали присоединяют «плюс» источника тока, а к электроду—«минус». На обратной полярности наоборот. Тепло электрической дуги распределяется (примерно) следующим образом: положительный полюс — 43%, отрицательный полюс — 36% и электрическая дуга — 21%. Это необходимо учитывать при выборе полярности. Обычно к детали подключают положительный полюс в тех случаях, когда она имеет большую массу и требует значительного количества тепла для нагрева. Детали, имеющие небольшую массу или толщину (<3 мм), сваривают при обратной полярности. При сварке переменным током на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла.

Таблица 5

Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемого материала (табл. 5).

Величина тока устанавливается  в зависимости от диаметра электрода. Для сварки стали в нижнем положении  необходимую величину тока можно  выбрать по данным табл. 5. При сварке вертикальных и потолочных швов величина сварочного тока принимается на 10—20% меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Диаметр электрода при наплавке подбирают в зависимости от толщины  наплавляемого слоя. Величину тока принимают в зависимости от выбранного диаметра электрода примерно такую же, как и при сварке, ближе к нижнему значению. Наплавку следует вести короткой дугой с перекрытием соседних валиков на 30—50%, причем электрод должен быть наклонен под углом 15—20° к вертикали по направлению движения. Наплавку рекомендуется проводить, сочетая перемещение электрода в направлении наплавки с поперечным колебанием его таким образом, чтобы ширина валика равнялась примерно 2,5 диаметра электрода. Толщина наплавленного слоя получается равной примерно 0,7 йв. Устойчивое горение дуги при сварке (наплавке) металлическим электродом происходит при напряжении 18—28 В, а угольным или графитовым — при 30— 35 В.

Зачистка сварных швов и наплавленных поверхностей производится металлическими щетками с целью удаления с их поверхностей шлака и металлической брызги.

Оборудование  для сварки и наплавки. В качестве источников питания электроэнергией при ведении дуговой сварки и наплавки применяют сварочные трансформаторы переменного тока, преобразователи и выпрямители постоянного тока. Наибольшее распространение получили сварочные трансформаторы типов ТС-120, ТС-300, ТС-500, ТСК-300, ТСК-500 (число обозначает величину номинального сварочного тока).

Сварочный преобразователь представляет собой агрегат, состоящий из сварочного генератора постоянного тока и двигателя, вращающего генератор. Наибольшее распространение имеют преобразователи типов ПСО-120, ПСО-300, ПСО-500, ПСО-800.

Для ручной дуговой сварки (наплавки) в последнее время применяют  выпрямители ВСС-120-4, ВСС-300-3 (селеновые), ВКС-120, ВКС-300, ВКС-500 (кремниевые).

Автоматическая  дуговая наплавка под флюсом — это дуговая наплавка, при которой дуга горит под слоем сварочного флюса, а подача плавящегося электрода и перемещение дуги вдоль наплавляемой поверхности детали механизированы.

Рис. 48. Схема горения дуги под  слоем флюса:

1 — источник тока; 2 — устройство  для подачи флюса; 3 — оболочка  из жидкого флюса; 4 — мундштук; 5 — электродная проволока; 6 —  электрическая дуга; 7 — шлаковая  корка; 8 — наплавленный слой; 9 — деталь; 10 — подвод тока к детали

Автоматическая дуговая наплавка под слоем флюса впервые создана  в институте электросварки имени  Е. О. Патона. Она применяется для  восстановления поверхности деталей  диаметром более 50 мм и плоских  деталей с величиной износа от 1 до 15 мм. Детали с большой величиной износа наплавляют в несколько слоев. Для наплавки используют переоборудованные токарно-вин-торезные станки с частотой вращения шпинделя от 0,25 до 4 об/мин, на суппорте которых установлены наплавочные головки или установки. Источником тока являются сварочные преобразователи или выпрямители.

Сущность наплавки под слоем  флюса (рис. 48) состоит в том, что  в зону горения дуги 6 автоматически  подается сыпучий флюс в гранулах размером от 1 до 4 мм и электродная проволока 5. Под действием высоких температур часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку 3 из жидкого флюса, которая защищает расплавленный металл от окисления, поглощения азота и других элементов. Вследствие этого наплавленный металл 8 приобретает высокую пластичность, так как в нем оказывается примерно в 20 раз меньше кислорода и в 3 раза меньше азота, чем при ручной наплавке. Потери металла на разбрызгивание, угар, огарки не превышают при этом 2—4%, в то время как при ручной наплавке они в 10 раз больше.