Восстановление сваркой и наплавкой

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государсвенное буджетное образование образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Москвовский  государственный университет природообустройства  »

(ФГБОУ ВПО МГУП)

Механический  факультет 

 

 

 

Восстановление  сваркой и наплавкой

 

 

 

стаховский  петр владимирович

237с группа

 

 

 

 

 

 

Москва 2013

 

Восстановление сваркой  и наплавкой

В эксплуатационных и ремонтных предприятиях сварка и наплавка нашли самое широкое  применение из-за простоты, надежности и экономической целесообразности. При восстановлении изношенных и  поврежденных деталей подвижного состава  использование и распространение  получили ацетилено-кислородная (газовая) и электродуговая сварка и наплавка. Детали подвижного состава преимущественно  изготовляют из серого и ковкого  чугуна, конструкционных углеродистых и легированных сталей, а также  из алюминия. Основными дефектами  деталей, устраняемыми при ремонте, являются трещины, износ, отколы и повреждения  резьбы. Устранение дефектов требует  разных приемов сварочных и наплавочных  работ из-за различия свойств используемых материалов, проявляемых после воздействия  высокой температуры.

Серый чугун неоднороден  по составу, имеет графитовые включения, большое содержание углерода и кремния, обладает низкой пластичностью и  необратимостью изменения объема при  нагреве (рост чугуна). Ковкий чугуи  при высокой температуре переходит  в белый, при этом теряет пластичность и приобретает хрупкость, что  особенно проявляется в зоне сварного шва.

Углеродистые и  легированные стали под влиянием высокой температуры, сопровождающей процесс сварки, утрачивают часть  своих механических свойств, так  как легированные присадки от высокой  температуры образуют в поверхностном  слое тугоплавкие окислы; в специальных  сталях происходит самозакаливание  и рост внутренних напряжений, что  способствует возникновению поверхностных  трещин.

диаметр электрода. Ионизирующие обмазки  обеспечивают устойчивое горение электрической  дуги и при сварке требуют пониженного  напряжения. Обмазка может готовиться непосредственно в сварочном  отделении и состоять из смеси 80% мела и 20% жидкого стекла, нанесенной тонким слоем па электродную проволоку.

Качественная обмазка  электродов выполняется специализированными  предприятиями и содержит компоненты, легирующие наплавленный металл шва  и замедляющие процесс его  охлаждения. Электроды с такой  обмазкой делят в зависимости  от химического состава и твердости  наплавленного металла па типы, а  в зависимости от химического  состава покрытия на марки. Наплавка представляет собой процесс нанесения  слоя расплавленного присадочного металла  на поверхность детали с целью  восстановления ее или достижения необходимых  геометрических размеров и формы. Способ наплавки зависит от материала детали, возможности достижения требуемой  поверхностной твердости и обеспечения  условий работы детали, величины и  характера износа восстанавливаемой  поверхности, последующей механической обработки и технико-экономического обоснования целесообразности выбора способа наплавки.

Наплавка включает в себя процесс подготовки детали, непосредственно наплавку и последующую  механическую обработку. Для подготовки поверхности к наплавке (преимущественно  посадочных мест, имеющих небольшой  износ) требуется снять с поверхности  слой металла в 23 мм. Это вызвано тем, что прн небольшом износе после механической обработки остается очень малый слой присадочного материала со структурно неоднородным составом н плохими механическими характеристиками. Граничный слой основного металла детали также утрачивает некоторые механические качества. Для достижения целей восстановления необходимо, чтобы поверхность восстановленной детали находилась по возможности дальше от границы соединения основного и присадочного материалов. Если предварительно снять небольшой слой с поверхности детали, после механической обработки наплавленной поверхности рабочая поверхность сопряжения будет содержать металл требуемого или допустимого качества. Наплавка ведется с перекрытием сварного валика, что обеспечивает однородность наплавленного слоя и исключает такие дефекты, как иепровары, кратеры, шлаковые включения. Наплавку цилиндрических деталей значительной длины следует вести короткими продольными швами для снижения внутренних напряжений, поворачивая детали на 180° после наложения каждого валика (для целей выравнивания деформаций). Наплавка многослойными швами нежелательна, так как в этом случае происходит сварка присадочного металла с присадочным, что ухудшает механические свойства наплавленного слоя. При электродуговой сварке может использоваться переменный и постоянный ток (прямой и обратной полярности). Наиболее высокое качество наплавленного слоя достигается при использовании постоянного тока обратной полярности (деталь плюс, электрод минус). Силу постоянного тока, необходимую для сварки, можно определить приближенно:

 где d диаметр электрода, мм. После  наплавки выполняется механическая обработка деталей резанием на токарных стайках, чем достигаются необходимые  геометрические размеры и нужная степень шероховатости поверхности.

Так как надежность восстановительных работ способом сварки и наплавки зависит при  отлаженных технологических операциях  и от свойств осиовного металла  детали, то необходимо знать специфические  приемы выполнения этих работ. При сварке деталей из серого чугуна возникающие  внутренние напряжения от высокого местного нагрева и быстрого охлаждения могут  привести к возникновению трещин по шву или к отбеливанию чугуна, особенно в тонкостенных деталях. Поэтому  сварку рекомендуется вести с  предварительным равномерным подогревом, желательно без непосредственного  воздействия пламени, и последующим  медленным охлаждением. Нагрев до температуры 600650° С при ацегиленово-кислородной  сварке и до 400 450° С при электродуговой и медленное охлаждение предотвращают  отбеливание, образование отдельных  закаленных участков и трещин. Для  предотвращения остывания деталь покрывают  листовым асбестом, а сварку ведут  нижним швом во избежание растекания расплавленного чугуна. Газовую сварку (рис. 35) рекомендуется вестн нейтральным  пламенем или с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного материала используются чугунные прутки марки А с флюсом, изготовленным на основе буры или специальными электродами марки ОМЧ. При сварке серого чугуна без предварительного подогрева пользуются электродами из малоуглеродистой стали, медными электродами или электродами из монельметалла (сплав меди с никелем). При сварке деталей из ковкого чугуна для предотвращения отбеливания ее ведут при пониженной температуре. В качестве электродов используют латунные стержни марки Л и моиель-металл. Сварку алюминия и его сплавов ведут преимущественно газовым пламенем, но не исключается и применение электрической дуги. Тугоплавкость окислов, алюминия, превышающая в три раза температуру его плавления, препятствует сварке алюминия. Окислы алюминия в процессе сварки необходимо растворить, что достигается применением специальных флюсов типа АФ. В качестве присадочного металла используют алюминий того же состава, что и основной металл. Основной металл в зоне шва целесообразно предварительно нагреть до температуры 200250° С и произвести отжиг после сварки при 300350° С. При сварке деталей из легированных или термически обработанных деталей электроды выбирают применительно к марке стали деталей. Покрытия применяемых электродов содержат газон шлакообразующие легирующие вещества и раскислители. Связывающим веществом всех покрытий электродов является жидкое стекло. Качество сварки и наплавки зависит от режима, который выбирается в зависимости от размеров, конструкции и химического состава основного металла, а также от материала электрода. Режим сварки позволяет в широких пределах изменять степень участия основного и присадочного металлов в образовании сварного валика. Диаметр электрода должен соответствовать толщине ос

Повысить качество сварного шва и материала наплавки можно, применив струю углекислого  газа для предотвращения доступа  кислорода и азота воздуха  к расплавленному металлу. Максимальный диаметр присадочного электрода  при сварке в среде углекислого  газа не должен превышать 3 мм. Сварка в среде углекислого газа ведется плавящимися и неплавящимися электродами. При не-плавящнхся электродах (угольных или вольфрамовых) используют присадочные прутк из проволоки.

Для получения пластичного  наплавленного слоя высокого качества применяют наплавку под флюсом, что  обеспечивает наиболее полную защиту расплавленного металла от кислорода  и азота

воздуха (рис. 36). Наплавку под флюсом можно вести и пластинчатым электродом (рнс. 37), что технологически оправдано при большой площади  наплавки и небольшой высоте слоя. Кроме того, флюс замедляет охлаждение металла и способствует удалению из расплавленного металла неметаллических  частиц и газа. Наибольшее применение получили высокомарганцовистые флюсы. Широко распространена на ремонтных  предприятиях наплавка вибрирующим  электродом (рис. 38). Этот способ обеспечивает слабый нагрев восстанавливаемой детали и незначительную зону термического воздействия, что сохраняет почти неизменными физико-механические свойства детали. Наплавка ведется при напряжении от 12 до 22 В и токе от 80 до 300 А.

Установка содержит головку с электромагнитным вибратором и механизмом подачи присадочной  проволоки. Вибрирующая головка  замыкает и размыкает контур, в  состав которого входит деталь и электродная  проволока, создавая непрерывный контактно-дуговой  процесс. Частота вибрации 50100 Гц. В  зону контакта электродов подается охлаждающая  жидкость для закалки наплавленного  металла. Вибродуговая наплавка в принципе позволяет наращивать слой металла  любой высоты. Наплавку можно вести  и без охлаждающей жидкости, под  флюсом и в среде защитных газов. Недостатком способа вибродуговой наплавки является образование больших  остаточных напряжений, пор и мелких трещин, из-за чего не рекомендуется  применять его для деталей, работающих при знакопеременных нагрузках.