Глава 13. Восстановление деталей сваркой и наплавкой

Общие сведения

 

На сварку и наплавку приходится от 40 до 80% всех вос­становленных деталей. Такое широкое распространение этих спо­собов обусловлено: простотой технологического процесса и при­меняемого оборудования; возможностью восстановления дета­лей из любых металлов и сплавов; высокой производительностью и низкой себестоимостью; получением на рабочих поверхностях деталей наращиваемых слоев практически любой толщины и хи­мического состава (антифрикционные, кислотно-стойкие, жа­ропрочные и т.д.).

 

Нагрев до температуры плавления материалов, участвующих при сварке и наплавке, приводит к возникновению вредных процессов, которые оказывают негативное влияние на качество восста­навливаемых деталей. К ним относятся металлургические процес­сы, структурные изменения, образование внутренних напряжений идеформаций в основном металле деталей.

В процессе сварки и наплавки происходит окисление металла, выгорание легирующих элементов, насыщение наплавленного ме­талла азотом и водородом, разбрызгивание металла.

Соединение наплавленного металла с кислородом воздуха яв­ляется причиной его окисления и выгорания легирующих элемен­тов (углерода, марганца, кремния и др.). Кроме этого, из воздуха в наплавленный металл проникает азот, который является источ­ником снижения его пластичности и повышения предела прочно­сти. Для защиты от этих отрицательных явлений при сварке и на­плавке используют электродные обмазки, флюсы, которые при плавлении образуют шлак, предохраняющий возможный контакт металла с окружающей средой. С этой же целью применяют и за­щитные газы.

Влага, которая всегда содержится в гигроскопичных электро­дных обмазках и флюсах, является источником насыщения метал­ла водородом, который способствует повышению пористости на­плавленного металла и возникновению в нем значительных внут­ренних напряжений. Исключить воздействие влаги можно тщательной сушкой электродных обмазок и флюсов.

При сварке и наплавке выделяются углекислый и угарный газы, которые бурно расширяются и являются источником разбрызги­вания жидкого металла. Эти потери металла можно уменьшить, если использовать электроды с пониженным содержанием углеро­да, тщательно очищать детали от окислов или вводить в состав электродных обмазок и флюсов вещества, содержащие раскисля­ющие элементы (марганец, кремний).

Неравномерный нагрев детали в околошовной зоне (зоне тер­мического влияния) приводит к структурным изменениям в ос­новном металле детали. Механические свойства металла в этой зоне снижаются. Размеры зоны термического влияния зависят от хими­ческого состава свариваемого металла, способа сварки и ее режи­ма. Размеры зоны термического влияния для газовой сварки со­ставляют 25... 30 мм, а при электродуговой сварке — 3... 5 мм. Уве­личение сварочного тока и мощности сварочной горелки приводит к расширению зоны термического влияния, а скорости сварки (вы­бором рационального режима) — к уменьшению.

Из-за неравномерного (местного) нагрева и структурных превра­щений, происходящих в зоне термического влияния, возникают внутренние напряжения деформации в деталях. Если внутренние напряжения превышают предел текучести материала детали, то возникают деформации. Они могут быть значительно снижены путем нагрева деталей перед сваркой и медленного охлаждения пос­ле сварки, применения специальных приемов сварки и наплавки. В технологический процесс восстановления деталей сваркой и наплавкой входят следующие операции — это подготовка деталей к сварке или наплавке; выполнение сварочных или наплавочных работ; обработка деталей после выполнения сварочных или напла­вочных работ. Порядок выполнения сварочных и наплавочных ра­бот зависит от выбранного способа.

Сварка и наплавка

Ручная сварка и наплавка плавящимися электродами (рис. 13.1). Параметры режима — это сила тока, напряжение и скорость на­плавки. Для получения минимальной глубины проплавления ос­новного металла электрод наклоняют в сторону, обратную направ­лению наплавки.

Общие потери при наплавке покрытыми электродами с учетом потерь на угар, разбрызгивание и огарки составляют до 30%.

Сила тока зависит от толщины материала ремонтируемого из­делия и определяется по формуле

I=kδ, (13.1)

где к — коэффициент, зависящий от толщины свариваемого изделия (табл. 13.1); δ — толщина материала, мм.

Напряжение дуги составляет 22...40 В. Диаметр электрода равен (табл. 13.1) d_эл = 0,5δ + (1...2) мм. Длина дуги не должна превы­шать диаметра электрода.

Рис. 13.1. Схема ручной наплавки:

1 — основной металл; 2 — наплавленный валик; 3 — шлако­вая корка; 4 — электродный стержень; 5— покрытие электрод­ного стержня; 6— газошлаковая защита; 7— сварочная ванна

 

Таблица 13.1

Зависимость коэффициента к от толщины материала изделия

δ, мм	1...2	3...4	5...6
k	25...30	30...45	45...60
dэл	2...3	3...4	4...5

Ручная сварка и наплавка используются для устранения тре­щин, вмятин, пробоин, изломов и т. д. В табл. 13.2 приведены спо­собы подготовки поврежденного участка изделия.

Для уменьшения вредного последствия рассмотренных в разд. 13.1 явлений сварку и наплавку ведут электродами с обмазкой — тонкой или толстой.

Таблица 13.2