Режимы приварки стальной ленты

 

Параметры	Детали
корпусные	типа «вал»
Сила сварочного тока, А	7,8...8,0	16,1...18,1
Длительность сварочного цикла, с	0,12...0,16	0,04...0,08
Длительность паузы, с	0,08...0,10	0,10...0,12
Скорость сварки, м/мин	0,5	0,7...1,2
Подача электродов, мм/об	Ручная	3...4
Усилия сжатия электродов, кН	1,70...2,25	1,90... 1,60
Ширина рабочей части электродов, мм
Диаметр рабочей части электродов, мм		150... 180
Материал ленты	Сталь 20	Сталь 40...50
Материал детали	Чугун СЧ 18-36; СЧ 21-40	Сталь любая
Расход охлаждающей жидкости, л/мин	0,5...1,0	1,5...2,0

 

Наличие в чугуне значительного содержания углерода и низ­кая его вязкость вызывают значительные трудности при восста­новлении деталей из этого материала. Быстрое охлаждение чугу­на приводит к образованию в околошовной зоне твердых зака­лочных структур. Местный переход графита в цементит, который может произойти при расплавлении чугуна, приводит к образо­ванию структуры белого чугуна. В этих зонах металл тверд и хру­пок. Разница в коэффициентах линейного расширения серого и белого чугуна является причиной образования внутренних на­пряжений, что приводит к появлению трещин. Выгорание угле­рода и кремния в процессе сварки приводит к тому, что свароч­ный шов получается пористым и загрязненным шлаковыми вклю­чениями. Они появляются в результате неполного выделения газов и шлаков из-за быстрого перехода чугуна из жидкого состояния в твердое.

Таким образом, трудность сварки чугунных деталей вызывается следующими основными причинами: отсутствие площадки текучес­ти у чугуна, хрупкость и небольшой предел прочности на растяже­ние вызывает образования трещин в процессе сварки; отсутствие переходного пластического состояния при нагреве до плавления. Те­кучесть чугуна в процессе сварки затрудняет восстановление деталей даже с небольшим уклоном от горизонтального положения; полу­чение отбеленных участков карбида железа Fe₃С и высокоуглеродистых сталей, которые трудно поддаются механической обработке.

При восстановлении чугунных деталей можно применить горя­чий и холодный способы сварки.

Горячая сварка чугуна — процесс, который предусматривает на­грев детали (в печи или другими способами) до температуры 650...680°С. Температура детали во время сварки должна быть не ниже 500 °С. Такие температуры позволяют: задержать охлаждение сварочной ванны, что способствует выравниванию состава метал­ла ванны; освободить свариваемую деталь от внутренних напряже­ний литейного и эксплуатационного характера; предупредить по­явление сварочных напряжений и трещин. Для деталей с большой жесткостью (блок цилиндров и другие корпусные детали) при свар­ке обязателен общий нагрев.

В процессе сварки происходят структурные преобразования с перераспределением внутренних напряжений (термическое воздействие). Металл, на который непосредственно действует сварочная дуга, плавится, образуя жидкую ванну, а тот, который соприкасает­ся со сварочной ванной, нагревается вследствие теплоотдачи. В ре­зультате скорости нагрева и охлаждения отдельных участков зоны термического влияния при сварке неодинаковы. Металл свароч­ной ванны при охлаждении кристаллизуется (с большой скоростью) в тонкий слой первого участка зоны термического влияния. Происходит уменьшение объема за счет усадки на 1 %. Этот слой первого участка связан с основным металлом детали и твердым металлом шва, что мешает нормальной усадке и приводит к воз­никновению напряжений растяжения и образованию трещин.

Усадка во время охлаждения сокращает длину валика (валик со­единен с основным металлом), а основной металл детали растяги­вает его. Этот процесс является следствием образования попереч­ных трещин. Для предотвращения этого процесса необходимо: обес­печить достаточную пластичность наплавленного шва (подобрать соответствующие присадочный материал, обмазку и режимы свар­ки); проковывать швы во время кристаллизации; равномерно нагре­вать и особенно охлаждать как шов, так и свариваемую деталь; сварку выполнять на постоянном токе обратной полярности («+» — элек­трод, «—» — деталь) и малой силы (25...30 А на 1 мм диаметра электрода); наплавлять валики длиной 30...40 мм; применять свар­ку отжигающими валиками и многослойным швом.

Если при сварке чугуна использовать электрод из низкоуглеро­дистой стали, то металл шва получится высокоуглеродистым (т. е. будет отличаться высокими хрупкостью и твердостью). Количество углерода в металле шва зависит от геометрии шва, в частности, отношения h₁/h₂, где h₁ — глубина проплавления; h₂ — усиление шва (рис. 13.12). Чем меньше значение этого отношения, тем мень­ше в металл шва поступает расплавленного чугуна детали и тем ниже содержание в шве углерода. Например, если в чугуне около 3 % углерода, то в металле шва в зависимости от h₁углерода будет 1,5...2,0% (в нижней части больше, чем в верхней). Снижают со­держание углерода в наплавленном слое за счет уменьшения силы сварочного тока (глубины проплавления чугуна h₁), подбора ком­понентов покрытия электрода и многослойности сварного шва.

Изменяя состав и толщину обмазки сварочной проволоки, ско­рость сварки и силу тока, можно получить стальной шов с разным содержанием углерода и разной твердости — от закаленной высо­коуглеродистой стали до мягкой отпущенной низкоуглеродистой.

Рис. 13.12. Валик сварного шва: 1 — нейтральная зона основного металла; 2 — зона термического влияния; 3 — наплавленный ме­талл; В — ширина валика

Лучшие результаты при горячей сварке чугуна дает ацетиленокислородное пламя с присадочным материалом из чугуна.

Горячая сварка чугуна предпо­лагает необходимость применения специального нагревательного обо­рудования: термические и нагрева­тельные печи, кожухи, термоста­ты и т. д. Поэтому этот способ свар­ки применяют только в тех случаях, когда необходимо получить наплав­ленный металл, близкий по струк­туре, прочности и износостойкос­ти к основному металлу детали.

При сварке необходимо обязательно применять флюс, который выполняет следующие функции: растворяет образующиеся окси­ды кремния и марганца, переводя их в шлак; окисляет и частично растворяет графитные включения чугуна, находящиеся на свари­ваемых поверхностях; образует микроуглубления, которые повы­шают свариваемость чугуна; предохраняет от окисления расплав­ленную ванну; увеличивает текучесть сварочных шлаков. В качестве флюса применяют техническую безводную буру (Ыа₂В₄0₇). Бура в чистом виде для сварки не пригодна, так как высокая температура ее плавления вызывает образование в сварочной ванне густых шла­ков, которые плохо всплывают на поверхность металла, в результате чего образуются шлаковые раковины. Применение в качестве флюса смеси из 50 % переплавленной измельченной буры и 50 % кальци­нированной соды увеличивает текучесть шлаков и расплавленного металла в ванне, улучшает качество сварки. Лучшие результаты дает флюс ФСЧ-1 следующего состава (% по массе): буры — 23, кальцинированной соды — 27, азотнокислого натрия — 50.

Кромки трещины для сваривания готовят механическим спосо­бом или оплавлением металла газовой горелкой с избытком кис­лорода. Перед сваркой подогретые кромки и конец стержня по­крывают слоем флюса. Пламя горелки должно быть строго нейт­ральным. В ванну расплавленного металла вводят присадочную проволоку с флюсом, подогретые перед этим до температуры плав­ления. Затем сварщик концом чугунной проволоки воздействует на кромки ванны, делая круговые движения.

Горячей сваркой ацетиленокислородным пламенем с присадкой чугуна рекомендуется восстанавливать блоки цилиндров двигателей и других корпусных деталей при наличии трещин на ребрах жесткости.

Газовую сварку чугуна цветными сплавами без подогрева детали выполняют в сочетании с дуговой сваркой и широко применяют в ремонтном производстве для сварки трещин на обрабатываемых по­верхностях корпусных деталей. Присадочный материал — латунь. Тем­пература плавления латуни ниже температуры плавления чугуна (880...950°С), поэтому ее можно применить для сварки, не доводя чугун до плавления и не вызывая в нем особенных структурных измене­ний и внутренних напряжений. Использование этого процесса позволя­ет получить сварочные швы плотные, легко поддающиеся обработке.

При сварке трещин в чугунных деталях выполняют следующие операции: снятие с кромок трещин фасок с углом разделки 70... 80°; грубая обработка фасок (желательно с образованием насечки); очистка места сварки от грязи, масла и ржавчины; подогрев под­готовленных к сварке мест пламенем газовой горелки до темпера­туры 900...950°С; нанесение на подогретую поверхность слоя флюса; нагрев в пламени горелки конца латунной проволоки; натирание латунной проволокой горячих кромок трещины (латунь должна покрывать фаски тонким слоем); сварка трещины; медленный от­вод пламени горелки от детали; покрытие шва листовым асбестом.

При холодной сварке чугуна деталь не нагревают (возможен подо­грев не выше 400 "С для снятия напряжения и предупреждения воз­никновения сварочных напряжений). Сварочная ванна имеет не­большой объем металла и быстро твердеет. Способ получил более широкое применение по сравнению с горячей сваркой из-за про­стоты выполнения.

В зоне сварного шва происходят отбеливание и закалка с одно­временным ростом внутренних напряжений, которые могут при­вести к образованию трещин.

Высота сварочного шва определяется значением (h₁+ h₂), не одинакова для электродов с разными покрытиями и находится в пределах 4...7 мм.

Холодная сварка применяется для устранения трещин и завар­ки пробоин в тонкостенных корпусных и крупногабаритных чугун­ных деталях, которые требуют последующей механической обра­ботки и эксплуатируются под нагрузкой при тепловом воздействии.

Заварка трещин в тонких (до 10 мм) ненагруженных стенках осу­ществляется без разделки кромок. Процесс заварки в этом случае проводят в следующем порядке: поверхность детали очищают на рас­стоянии 25 мм от краев трещины; концы трещины обваривают за два прохода (рис. 13.13, а); дугу возбуждают на расстоянии 10... 12 мм от одного конца трещины и ведут сварку в направлении другого конца трещины (валик наваривают на расстоянии 10... 12 мм от конца тре­щины); не прерывая дуги, ведут сварку в обратном направлении, вторым слоем перекрывая первый; делят трещину на участки длиной 30...50 мм; отступив от конца трещины на выбранную длину участ­ка, наплавляют с двух сторон трещины (отступая от ее краев на 1... 1,5 мм) подготовительные валики 1, 2 и 3, 4 (ширина валика равна толщине стенки детали), причем валики 2 и 4 не должны соприкасаться со стенками детали и перекрывать валики, которые лежат под ними; очистка наплавленных вдоль кромок трещины валиков от шлаков; наплавка валиков 5 и 6 (за два прохода, не прерывая дуги), образуя шов, закрывающий трещину; проковы-вание молотком участка шва (после окончания сварки), не зачи­щая шлака. В таком же порядке сваривают и другие участки трещи­ны (II, III, IV, V ).

Сварку трещин в толстостенных деталях (рис. 13.13, б), которые в дальнейшем подвергаются механической обработке или работа­ют под нагрузкой, проводят с разделкой кромок. Ширина раздел­ки краев трещины под сварку на поверхности детали должна быть в 2 раза больше ее толщины, а глубина разделки на 2...3 мм мень­ше этой толщины. Кромки трещины разделывают фрезерованием или слесарным способом вручную. При такой технологии облегча­ется сварка деталей в вертикальной плоскости.

Подготовительные валики на кромки трещины наплавляют раз­дельно: сначала два ряда валиков 1—8 на одну сторону среза вверх на участке протяженностью 30...50 мм, а затем — на другую сторону среза валики 9—17. Каждый предыдущий валик должен час­тично перекрываться последующим. После наплавки первого слоя очищают шлак и наплавляют второй. Подготовительные валики второго слоя не должны соприкасаться с основным металлом.

Рис. 13.13. Схема наложения валиков при сварке чугунных корпусных деталей:

а — трещина в тонкостенной детали (без разделки кромок трещины); б — трещи­на в толстостенной детали (с разделкой кромок трещины); В — толщина стенки детали; 1, 2, 3,..., 30 — номера валиков; I, II, III, IV, V — номера участков

 

Так же наплавляют подготовительные валики и на других учас­тках, дают им охладиться до температуры 30... 50°С, счищают с них шлак и в такой же последовательности, как и при наплавке скосов, соединяют валики центральными (соединительными) ва­ликами. Заполнение шва на каждом участке проводят с перерывом для охлаждения.

Холодная сварка может осуществляться:

электродами МНЧ-1 (63% № + 37% Си) со специальным фто­ристо-кальциевым покрытием. Процесс сварки выполняется элек­тродами диаметром 3...4 мм на постоянном токе 140... 150А об­ратной полярности, короткой дугой, участками 20...30 мм, кото­рые сразу же проковываются. Вместо медно-никелевых электродов можно также использовать железоникелевые электроды типа ЖНБ; электродами ЦЧ-4, представляющими собой сварочную прово­локу Св-08 или Св-08А с фтористо-кальциевым покрытием, содер­жащим титан или ванадий, которого в наплавленный металл пере­ходит до 9,5%. Процесс ведется электродами диаметром 3...4 мм на постоянном токе 120... 150А обратной полярности при напря­жении 20 В. Перед сваркой рекомендуется подогреть деталь до 150...200°С, а после наложения валиков сразу же их проковывать; электродами ОЗЧ-1, представляющими собой медную электрод­ную проволоку с фтористо-кальциевым покрытием, содержащим железный порошок. Процесс сварки рекомендуется вести на посто­янном токе 150... 160А обратной полярности и напряжении 20В, короткой дугой, небольшими участками по 30...60 мм. После сварки каждый участок необходимо проковывать и продолжать ее после охлаждения шва до 50...60°С.

Особенности сварки деталей из алюминия и его сплавов. Особен­ности сварки этих деталей состоят в следующем:

очень плохая сплавляемость алюминия (температура плавления алюминия 658 °С) из-за образования на его поверхности тугоплав­кой окисной пленки (А1₂0₃), температура плавления которой 2050°С. Окислы снижают механическую прочность деталей. Для их удале­ния применяют флюсы типа АФ-4А, в состав которых входят хло­ристый натрий (28%), хлористый калий (50%), хлористый литий (14%) и фтористый натрий (8%);

при нагреве до 400...450°С алюминий сильно теряет свою проч­ность, и деталь может разрушиться даже от легкого удара;

алюминий, как и чугун, не имеет пластического состояния и при нагреве сразу переходит из твердого состояния в жидкое. Алю­миниевые сплавы в расплавленном состоянии активно растворяют водород, который при быстром охлаждении не успевает покинуть расплавленный металл и создает в нем поры и раковины. Источ­ник появления водорода — это влага, для удаления которой реко­мендуется прогреть детали;

коэффициент линейного расширения алюминия в 2, а тепло­проводность в 3 раза больше, чем у стали, что способствует появ­лению значительных внутренних напряжений, которые приводят к деформациям в свариваемых деталях. Для уменьшения внутрен­них напряжений целесообразно подогревать перед сваркой детали до температуры 250... 300 °С и медленно охлаждать после сварки.

Для деталей из алюминия и его сплавов рекомендуются следу­ющие способы сварки:

неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона (аргонодуговая сварка). В качестве присадочного материала исполь­зуют сплавы алюминия. В зависимости от толщины деталей ис­пользуют электроды диаметром 1...5 мм, силу сварочного тока — 45... 280А, напряжением — 22... 24В. Расход аргона колеблется в пределах 4... 12 л/мин. Сварку ведут на переменном токе без при­менения флюса;

электродами ОЗА-2 (сплава алюминия) и ОЗА-1 (технического алюминия) на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой (электродуговая сварка). Сила тока выбирается из расчета 35...45А на 1 мм диаметра электрода. Стержень электрода изготавли­вают из алюминиевой проволоки. Электрод имеет покрытие АФ-4А;

ацетиленокислородным нейтральным пламенем (газовая свар­ка) с использованием флюса АФ-4А. Присадочный материал дол­жен быть того же состава, что и основной металл. В момент рас­плавления основного и присадочного материалов пленку окислов разрывают с помощью стального крючка.