Электродуговая сварка

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.