Современные способы восстановления нанесением покрытий

Лекция № 5. Методы и способы восстановления изношенных деталей, повышения их прочности и служебных характеристик.

Большое количество деталей машин и механизмов выходит из строя в процессе эксплуатации вследствие истирания, удар­ных нагрузок, эрозии и т. д. Современная техника располагает различными методами восстановления и упрочнения деталей для повышения срока их службы.

Восстановление изношенных деталей – сложный организационно-технологический процесс, при котором, в отличие от производства новых деталей в качестве заготовки используют изношенную, но уже сформированную деталь. В этом случае затраты на выполнение таких операций, как литье, ковка, штамповка и т.п., отсутствуют. В то же время при восстановлении изношенных деталей появляется ряд дополнительных операций: мойка, разборка, дефектация, комплектация, затраты на которые следует учитывать при выборе способа восстановления.

Изношенные детали восстанавливают следующими способами:

а) сварка дуговая ручная и автоматическая под флюсом и в углекислом газе; сваркой восстанавливают станины и корпусные детали;

б) наплавка — процесс увеличения размеров изношенных деталей электродуговым способом с последующей обработкой детали на заданные размеры; наплавку используют для восстановления валов, червячных роторов, втулок и т.п.;

в) металлизация — процесс нанесения расплавленного металла с помощью сжатого воздуха; такое напыление осуществляется послойно до 10 мм;

г) электрохимическое покрытие — это процессы хромирования, никелирования, цинкования до 3 мм;

д) пластические деформации — правка, раздача, обжатие и т.п.

Правка применяется для устранения изгиба, коробления и т.п. Обжатие и раздача применяются для изменения размеров деталей (втулок, пальцев).

Электродуговая металлизация. Этот способ нанесения по­крытий очень распространен. Преимуществами электродуговой металлизации являются высокая производительность нанесения покрытий, получение покрытий в несколько миллиметров, высо­кая износостойкость (в 1,5-2 раза выше новой детали), простота и технологичность процесса, возможность нанесения покрытия на одну поверхность различных наплавочных материалов. Обла­стью рационального применения электродуговой металлизации является антикоррозионная защита алюминием и цинком трубо­проводов, цистерн, емкостей, металлоконструкций.

Плазменное напыление. Плазменное напыление является од­ним из эффективных способов нанесения защитных и упроч­няющих покрытий на поверхность деталей. Это — процесс, при котором наносимый материал в виде порошка или проволоки вводится в струю плазмы, нагревается до температур, превы­шающих температуру его плавления, и разгоняется в процессе нагрева до скоростей порядка нескольких сотен метров в секун­ду. Плазменное напыление является наиболее сложным процес­сом плазменной обработки.

Высокоскоростное напыление. В основе метода лежит на­грев порошковых частиц и их нанесение со скоростью 2000 м/с на поверхность детали. Частицы порошка посредством газовой струи переносятся на деталь, обладая высокой кинетической энергией, которая при ударе о подложку превращается в тепловую. В качестве напыляемых материалов используются различные металлические и металлокерамические порошки.

Метод позволяет наносить покрытия толщиной от 50 мкм до нескольких миллиметров. Оптимальную же толщину покрытия следует выбирать в каждом конкретном случае исходя из экс­плуатационных, технологических и экономических соображений. Так, например, при защите от коррозии оптимальная толщина покрытия варьируется в диапазоне от 150 до 350 мкм. При нане­сении износостойких покрытий их толщина выбирается в диа­пазоне от 300 до 600 мкм.

При восстановлении деталей толщина покрытия может быть значительно больше оптимальных значе­ний. Этим методом может быть нанесено покрытие на сталь, чу­гун и цветные металлы. Материал покрытия — металлы и сплавы. Кроме того, метод позволяет наносить высококачественные по­крытия из металлокерамики (карбид вольфрама, карбид хрома и др. с микротвердостью до 74 HRC), обладающей высокой твердостью. Такой ассортимент материалов позволяет обеспе­чить очень широкий спектр свойств покрытий. В подавляющем большинстве случаев путем подбора покрытия достигается мно­гократное увеличение ресурса новых деталей. Применение со­временных высококачественных газотермических покрытий по­зволяет эффективно решать ряд проблем — износ трущихся дета­лей, снижение коэффициента трения, гидроабразивный износ, коррозия и др.

Высокоскоростной метод напыления позволяет получить бо­лее плотное в 1,5-3 раза прилегание покрытия, меньшую в 5-12 раз пористость и большую твердость, повышает эксплуатацион­ные характеристики.

Газопламенное напыление полимеров. Напыление полиме­ров — метод получения тонкослойных покрытий и тонкостенных изделий путем нанесения порошкообразных полимерных компо­зиций на поверхность детали или формы. Сплошная защитная пленка (или стенка изделия) образуется при нагревании детали (или формы) с нанесенным слоем порошка выше температуры плавления полимера или при выдержке в парах растворителя, в котором полимер набухает. В промышленности применяют раз­личные способы напыления полимеров: газопламенное, вихре­ и коленчатые валы, клапаны, шкивы, маховики, ступицы колес и т. д. Наплавку можно производить почти всеми известными способами сварки плавлением. Каждый способ наплавки имеет свои достоинства и недостатки.

Для наплавки используют электроды диаметром 3-6 мм. При толщине наплавленного слоя до 1,5 мм применяются элек­троды диаметром 3 мм, а при большей толщине — диаметром 4- 6 мм. Для обеспечения минимального проплавления основного металла при достаточной устойчивости дуги плотность тока со­ставляет 11-12А/ММ 2 . Основными достоинствами ручной дуго­вой наплавки являются универсальность и возможность выпол­нения сложных наплавочных работ в труднодоступных местах. Для выполнения ручной дуговой наплавки используется обычное оборудование сварочного поста.

Для восстановления размеров изношенных деталей помимо электродов и присадочных прутков применяют наплавочные проволоки Нп-30; Нп-40; Нп-50 и т. д. Для наплавки штампов применяют легированные наплавочные проволоки Нп-45 Х 4ВЗФ, Нп-45 Х 2В8Т и др. (Нп — обозначает наплавочная).

Для износостойкой наплавки широкое применение находят порошковые проволоки в соответствии с ГОСТ 2601-84. Напри­мер, для наплавки деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками применяют порошковые проволоки марок ПП-Нп-200 х 12М; ПП-Нп- 200 х 12ВФ и т.д. (ПП обозначает «проволока порошковая»),

Микродуговое оксидирование. Метод используется для нане­сения покрытий на алюминиевые и магниевые сплавы и позволяет получать покрытия с высокими механическими, ди­электрическими и теплостойкими свойствами. Покрытия на алюминиевых и магниевых сплавах по износостойкости пре­вышают все существующие материалы, используемые в современной технике. Например, при одинаковой микротвер­дости с корундом износостойкость покрытий, полученных этим методом, может быть в несколько раз выше.

Основные области применения:

— создание коррозионностойких и износостойких покрытий для бурового, нефтедобывающего и нефтеперерабатывающего оборудования;

пары трения, подшипники скольжения, зубчатые переда­чи, поршни, цилиндры, торцевые уплотнения.

Источник

Способы восстановления деталей

Любой механизм изнашивается как в процессе эксплуатации, так и без неё – примером служит коррозионный износ. Для восстановления его исправности и работоспособности проводят комплекс операций, называемый ремонтом. Сегодня существуют разные способы восстановления деталей. Металлообработка — один из способов решения.

Виды способов восстановления изношенных деталей

Выделяют две группы основных способов восстановления изношенных деталей:
1. Слесарно-механический (индивидуальной подгонки);
2. Восстановление первоначальных размеров или устранения дефектов без замены поврежденных деталей методами:

• наплавки и сварки;
• пластического деформирования;
• нанесения металлических и неметаллических покрытий;
• пайкой.

Слесарно-механический способ восстановления

Особенностью данного способа является восстановление формы и взаимного расположения поверхностей без воссоздания первоначальных размеров.
Поставленные цели достигаются двумя путями:

• обработкой обеих сопрягаемых деталей;
• обработкой одной (как правило, более дорогой и сложной) детали;
• взамен второй устанавливается серийно произведённая ремонтная или новая.

Например, при механическом способе восстановлении деталей автомобильного двигателя блок цилиндров и коленчатый вал обрабатываются до ближайшего ремонтного размера, а сопряженные – поршни, поршневые кольца, вкладыши – заменяются на новые. Ремонтные размеры устанавливает завод-изготовитель. Он же, как правило, выпускает сменные изделия.

При слесарно-механическом способе восстановления деталей выделяют такие операции:

• шлифовальные работы (машинное и ручное);
• шабровка по плите и калибрам;
• опиловка;
• притирка;
• доводка.

Восстановление способом наплавки и сваркой

Восстановление деталей сваркой и наплавкой относится к самым распространённым методам.

При наплавке последовательно выполняются следующие операции.
Обработка изношенной поверхности, целью которой является удаление пограничного слоя наплавленного металла из зоны обработки.
Наплавка поверхности с припуском, достаточным для дальнейшей обработки.
Обработка наплавленной поверхности в соответствии с требованием чертежа.

Виды наплавки цилиндрических поверхностей

В случаях, когда износ механизма превышает нормы, установленные заводом изготовителем, может использоваться другой вариант.
Удаление повреждённой части механическим путем.
Изготовление нового изделия и приваривание его на место удалённого.
Термическая обработка (при необходимости).
Окончательная механическая обработка.

Сварка широко используется при ремонте корпусных деталей, в которых образовались трещины. Технологический процесс включает в себя несколько операций:

• Определение направления трещины.
• Засверливание металла на расстоянии 6 – 10 мм от видимого конца трещины.
• Выборка трещины механическим путем с одновременной разделкой под сварку.
• Заварка трещины с небольшим превышением над поверхностью основного металла.
• Обработка поверхности наплавленного металла заподлицо с основным металлом.
• Проверка геометрических параметров.
• Обработка сопрягаемых поверхностей (при необходимости).

Подготовка трещины к заварке:

• зачистка трещины;
• засверливание концов.

Пластическое деформирование восстанавливаемых деталей

Восстановление деталей способом пластического деформирования заключается в воссоздании их формы и размеров за счёт перераспределения металла под воздействием нагрузки, приложенной в определенном месте и в определенном направлении.

Изделия из низкоуглеродистых сталей (менее 0,3% углерода) и цветные сплавы реставрируют без подогрева. Средне- и высокоуглеродистые стали подогревают до температуры, определяемой по формуле:
Тнагрева=(0,70,9)Тплавления

Основные виды пластического деформирования:

• осадка или осаживание – изменение диаметра цилиндрического изделия путем приложения к торцам осевой нагрузки;
• раздача и обжатие – воссоздание соответственно наружного и внутреннего рабочего диаметра полого тела вращения за счет увеличения (уменьшения) внутреннего нерабочего диаметра;
• вытяжка – увеличение длины изделия за счет местного сужения его поперечного сечения;
• накатка – обработка поверхностей с помощью зубчатого ролика;
• правка – воссоздание формы и устранение изгиба и скручивания (может производиться под прессом путем создания местного поверхностного наклепа и с помощью местного нагрева);
• электромеханический способ восстановления деталей, применяемый, как правило, для обработки тел вращения, включает две операции:
  создание на поверхности микрорельефа в виде спиральной линии;
  выглаживание до заданного размера посредством деформирующей пластины.

Электрохимические способы реставрации деталей

Для восстановления деталей путём нанесения металлических покрытий применяется гальванический способ, с помощью которого наносят:

Хромовые и никелевые покрытия имеют толщину 0,25 – 0,3 мм, железные 2 – 3 мм и более. Железнение по своим параметрам приближается к наплавке, однако, обеспечивает относительно невысокую твёрдость. Существуют гладкие или пористые покрытия, применяемые для подвижных и неподвижных соединений.

Покрытие неметаллами

Сущность данного способа состоит:

• в нанесении на предварительно очищенную и обезжиренную поверхность слоя двухкомпонентной полимерной композиции;
• в фиксации с помощью вспомогательных приспособлений (при необходимости).

По сравнение с гальванизацией, нанесение неметаллических покрытий имеет ряд преимуществ:

• простота, отсутствие необходимости в предварительной механической обработке ремонтируемой поверхности;
• возможность нанесения толстого (10 – 15 мм) слоя полимера.

Вместе с тем, подобные покрытия заметно уступают металлам в износостойкости и долговечности.

Пайка изношенных деталей

Используется в основном при восстановлении или ремонте тонкостенных изделий, изготовленных из разнородных материалов, для устранения дефектов сварных швов и сборке схем электрооборудования.
Порядок технологических операций при пайке:

• Зачистка поверхности.
• Обработка флюсом.
• Пайка.

При всём разнообразии способов восстановления деталей стоит учесть, какие металлические конструкции будут подвергаться восстановлению. Исходя из этого выбор варианта осуществляется на основании комплекса задач, которые необходимо решить в конкретном случае. Это экономические параметры, распространенность или уникальность восстанавливаемого изделия, наличие оборудования и материалов, и, в итоге, целесообразность проведения ремонта.

Мы надежная компания, в основе деятельности которой – правила честной конкуренции и жесткого контроля качества услуг.

Источник

Способы восстановления деталей

Целью ремонта деталей является восстановление всех геометрических размеров детали, формы и расположения поверхностей и обеспечение физико-механических свойств в соответствии с техническими условиями на изготовление новой детали.

Кроме того, при ремонте очень часто решается и задача повышения долговечности и работоспособности деталей за счет применения новых материалов, новых технологий и более прогрессивных способов выполнения работ с минимальными трудозатратами.

При ремонте автомобилей широкое применение находят следующие способы восстановления изношенных деталей: сварка и наплавка, пластическое деформирование, слесарно-механическая обработка, нанесением синтетических материалов, гальванические покрытия, пайка, газотермическое напыление.

Классификация способов восстановления деталей.

Сваркой и наплавкой:

— ручной покрытыми электродами;

— в среде углекислого газа;

— неплавящимся электродом (вольфрамовым) в среде аргона;

— электроконтактной приваркой ленты ( проволоки).

а) слесарной обработкой;

б) механической обработкой;

в) под ремонтный размер;

г) постановкой дополнительной ремонтной детали.

Нанесением синтетических материалов.

Пайкой.

а) газоэлектрическим:

б) газопламенным:

Восстановление деталей слесарно-механической обработкой. Обработка деталей под ремонтный размер.

Обработка поверхностей детали под ремонтный размер эффективна в случае, если механическая обработка при изменении размера не приведет к ликвидации термически обработанного поверхностного слоя детали. Тогда у дорогостоящей детали соединения дефекты поверхности устраняются механической обработкой до заранее заданного ремонтного размера (например, шейки коленчатого вала), а другую (более простую и менее дорогостоящую деталь) заменяют новой соответствующего размера (вкладыши).

В этом случае соединению будет возвращена первоначальная посадка (зазор или натяг), но поверхности детали, образующие посадку, будут иметь размеры, отличные от первоначальных. Восстановление деталей под ремонтные размеры характеризуется простотой и доступностью, низкой трудоемкостью (в 1,5-2,0 раза меньше, чем при сварке и наплавке) и высокой экономической эффективностью, сохранением взаимозаменяемости деталей в пределах ремонтного размера. Недостатки способа – увеличение номенклатуры запасных частей и усложнение организации процессов хранения деталей на складе, комплектования и сборки.

Постановка дополнительной ремонтной детали.

Способ дополнительных ремонтных деталей (ДРД) применяют для восстановления резьбовых и гладких отверстий в корпусных деталях, шеек валов и осей, зубчатых зацеплений, изношенных плоскостей. При восстановлении детали изношенная поверхность обрабатывается под больший (отверстие) или меньший (вал) размер и на нее устанавливается специально изготовленная ДРД: ввёртыш, втулка, насадка, компенсирующая шайба или планка. Крепление ДРД на основной детали производится напрессовкой с гарантированным натягом, приваркой, стопорными винтами клеевыми композициями, на резьбе. При выборе материала для дополнительных деталей следует учитывать условия их работы и обеспечивать срок службы до очередного ремонта. После установки рабочие поверхности дополнительных деталей обрабатываются под номинальный размер с соблюдением требуемой точности и шероховатости.

Заделка трещин в корпусных деталях фигурными вставками. Трещины в корпусных деталях (головках и блоках цилиндров двигателей, картерах коробок передач, задних мостах и других деталях) можно устранить двумя видами фигурных вставок.

Уплотняющие вставки применяют для заделки трещин длиной более 50 мм с обеспечением герметичности как толстостенных, так и тонкостенных деталей. Для тонкостенных деталей используют вставки диаметром 4,8 мм, а для деталей с толщиной стенок 12-18 мм – 6,8 мм. Для установки уплотняющей фигурной вставкисверлят отверстия диаметром 4,8 или 6,8 мм за пределами конца трещины на расстоянии 4-5 или 6-8 мм соответственно. Затем, используя специальный кондуктор, последовательно вдоль трещины сверлят такие же отверстия. Через каждые пять отверстий сверлят отверстия поперек трещины – по два с каждой стороны. Отверстия продувают сжатым воздухом, обезжиривают ацетоном, смазывают эпоксидным составом, устанавливают и расклёпывают фигурные вставки.

Стягивающие вставкииспользуют для стягивания боковых кромок трещины на толстостенных деталях. В деталях сверлят по кондуктору перпендикулярно трещине четыре или шесть отверстий диаметром, соответствующим диаметру вставки, с шагом, большим на 0,1-0,3, и глубиной 15 мм. Перемычку между отверстиями удаляют специальным пробойником в виде пластины шириной 1,8 или 3,0 мм в зависимости от размеров вставки. В паз запрессовывают фигурную вставку, ее расклепывают и зачищают этот участок заподлицо. Качество заделки трещин проверяют на герметичность на стенде в течение 3 минут при давлении 0,4 МПа.

Восстановление резьбовых поверхностей спиральными вставками.Один из способов восстановления изношенной или повреждённой резьбы – это установка резьбовой спиральной вставки. Эти вставки увеличивают надежность резьбовых соединений деталей. Спиральные вставки изготавливают из коррозионно-стойкой проволоки.

Технологический процесс восстановление резьбовой поверхности включает:

— рассверливание отверстия с применением накладного кондуктора и снятие фаски (1 x 45°);

— нарезание резьбы в рассверленном отверстии детали;

— установка резьбовой вставки в деталь: установить резьбовую вставку в монтажный инструмент; ввести стержень инструмента в резьбовую вставку так, чтобы ее технологический поводок вошел в пазнижнего конца стержня; завернуть вставку в отверстие наконечника инструмента, а затем с помощью инструмента в резьбовое отверстие детали;вынуть инструмент и удалить (посредством удара бородка) технологический поводок резьбовой вставки;

— контроль качества восстановления резьбы с помощью «проходного» и «непроходного» калибра или контрольного болта. При контроле резьбовая вставка не должна вывертываться вместе с калибром (контрольным болтом). Проходной калибр, завернутый на всю длину вставки, не должен отклоняться более чем на 0,5 мм в любую сторону. Непроходной резьбовой калибр соответствующего размера не должен ввертываться в установленную в деталь вставку. Резьбовая вставка должна утопать в резьбовом отверстии не менее чем на один виток резьбы. Выступание ее не допускается.

Восстановление посадочных отверстий свертными втулками. Восстанавливают свертными втулками посадочные отверстия под подшипники качения.

Технологический процесс включает в себя следующие операции:

— изготовление заготовки свертной втулки. Заготовки свертных втулок получают резкой стальной ленты на полосы. Толщина ленты зависит от износа детали;

— свертывание втулки из заготовки путем ее сгиба на специальных приспособлениях. После свертывания втулки с одного из ее торцов снимают фаску;

— подготовка ремонтируемого отверстия под свертную втулку: растачивание отверстия; нарезка на обработанной поверхности винтообразной канавки треугольного профиля;

— установка втулки в ремонтируемое отверстие с помощью специальной оправки, которая крепится в пиноли задней бабки токарного станка;

— раскатка втулки специальным раскатником;

— обработка фаски в соответствии с чертежом на новую деталь.

Восстановление деталей способом пластического деформирования.

Способ пластического деформирования основан на способности деталей изменять форму и размеры без разрушения путем перераспределения металла под давлением, т.е. основан на использовании пластических свойств металла деталей. Пластическому деформированию могут подвергаться детали в холодном или в нагретом состоянии в специальных приспособлениях на прессах.

Стальные детали твердостью до HRC 30 (это низкоуглеродистые стали, а также детали из цветных металлов и сплавов) обычно деформируют в холодном состоянии без предварительной обработки. При холодном деформировании наблюдается упрочнение металла детали, т.е. происходит наклеп, который повышает предел прочности и твердости металла при одновременном понижении его пластических свойств. Этот процесс требует приложения больших усилий. Поэтому при восстановлении детали часто нагревают.

В нагретом состоянии восстанавливают детали из средне и высокоуглеродистых сталей. При восстановлении деталей необходимо учитывать верхний предел нагрева и температуру конца пластического деформирования металла. Относительно низкая температура конца деформирования металла может привести к наклепу и появлению трещин в металле.

Процесс восстановления размеров деталей состоит из следующих операций:

— подготовка – отжиг или отпуск обрабатываемой поверхности перед холодным или нагрев перед горячим деформированием;

— деформирование – осадка, раздача, обжатие, вытяжка, правка и др.;

— обработка после деформирования – механическая обработка восстановленных поверхностей до требуемых размеров и при необходимости термическая обработка;

— контроль качества – после восстановления детали должны также проверяться на отсутствие трещин.

Осадка. Используется для увеличения наружного диаметра сплошных и полых деталей, а также для уменьшения внутреннего диаметра полых деталей за счет сокращения их высоты. Допускается уменьшение высоты втулок на 8-10%.

Вдавливание. Отличается от осадки тем, что высота детали не изменяется, а увеличение её диаметра происходит за счет выдавливания металла из нерабочей части. Вдавливанием восстанавливают тарелки клапанов двигателей, зубчатые колеса и т.д.

Раздача. Применяют для увеличения наружного диаметра пустотелых деталей (втулки, поршневые пальцы и др.) при практически не изменяемой их высоте. Изменение наружного диаметра происходит за счет увеличения её внутреннего диаметра. При раздаче через отверстие детали продавливают калиброванный шарик или специальную оправку.

Обжатие. Восстанавливают детали с изношенными внутренними поверхностями за счет уменьшения наружных размеров, которые не имеют для них значения (проушины рычагов, вилок и др.). Обжатие осуществляется в холодном состоянии под прессом в специальном приспособлении. Втулку проталкивают через матрицу, которая имеет сужающееся входное отверстие под углом 7-8 о , калибрующую часть и выходное отверстие, расширяющееся под углом 18-20 о . Калибрующая часть матрицы позволяет уменьшить внутренний диаметр детали на величину износа с учетом припуска на развертывание до требуемого размера.

Накатка. Основана на вытеснении рабочим инструментом материала с отдельных участков изношенных поверхностей деталей. Способ позволяет увеличить диаметр накатываемой поверхности детали на 0,3-0,4 мм и применяется для восстановления изношенных посадочных мест под подшипники качения. Накатке подвергаются детали без термической обработки, но с обильной подачей индустриального масла. В качестве инструмента для накатки используют рифленый цилиндрический ролик или обойму с шариками, устанавливаемые на суппорте токарного станка.

Восстановление деталей сваркой и наплавкой.

На сварку и наплавку приходится от 40 до 80% всех восстановленных деталей.

Такое широкое распространение этих способов характеризуется следующими достоинствами:

— 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 слоёв практически любой толщины и химического состава (жаропрочные, кислотно-стойкие и т.д.)

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

В процессе сварки и наплавки из-за соединения металла с кислородом воздуха происходит его окисление, выгорание легирующих элементов (углерода, марганца, кремния и др.), насыщение наплавленного металла азотом (что является источником снижения пластичности и предела прочности) водородом, а также разбрызгивание металла.

Для защиты от этих отрицательных явлений при сварке и наплавке используют электродные обмазки, флюсы, которые при наплавлении образуют шлак, предохраняющий контакт металла с окружающей средой. С этой же целью применяют и защитные газы.

При сварке и наплавке выделяются углекислый и угарный газы, которые бурно расширяются и являются источником разбрызгивания жидкого металла.

Неравномерный нагрев детали в околошовной зоне (зоне термического влияния) приводит к структурным изменениям в основном металле детали. Механические свойства металла в этой зоне снижаются. Увеличение сварочного тока и мощности сварочной горелки приводит к расширению зоны термического влияния, а скорость сварки (при выборе рационального режима) – к уменьшению.

Из-за неравномерного нагрева, 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, а также применения специальных приемов сварки и наплавки.

Способы сварки и наплавки.

Ручная сварка и наплавка плавящимися электродами. Параметры режима – это сила тока, напряжение и скорость наплавки. Для получения минимальной глубины проплавления основного металла электрод наклоняют в сторону, обратную направлению наплавки (рис. 103).

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

Длина дуги не должна превышать диаметра электрода.

Рис. 103. 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

Ручная сварка и наплавка используются для устранения трещин, вмятин, пробоин, изломов и т.д.

Газовая сварка и наплавка. Сущность процесса – это расплавление свариваемого и присадочного металла пламенем, которое образуется при сгорании горючего газа в смеси с кислородом. В качестве горючего газа используют ацетилен, что позволяет обеспечить температуру пламени 3100-3300°С.

Сварку и наплавку осуществляют сварочными горелками. Мощность пламени характеризуется расходом ацетилена, зависящим от номера наконечника горелки.

Угол наклона мундштука горелки к поверхности свариваемого металла зависит от толщины соединяемых кромок изделия и от теплопроводности металла (чем толще металл и чем больше его теплопроводность, тем угол мундштука горелки должен быть больше).

Конец присадочной проволоки держат в восстановительной зоне или в свариваемой ванне.

Существуют два основных способа газовой сварки – правый и левый.

Правый – это когда процесс сварки ведется слева на право (рис. 104 а), горелка перемещается впереди присадочного прутка, а пламя направлено на формирующийся шов. В результате происходит хорошая защита сварочной ванны от воздействия атмосферного воздуха и замедленное охлаждение сварного шва. Такой способ позволяет получить швы высокого качества. Применяется при сварке металла толщиной более 5 мм.

Левый – представляет собой процесс сварки который выполняют справа налево (рис.104 б), горелка перемещается за присадочным прутком, а пламя направляется на не сваренные кромки и подогревает их, подготавливая к сварке. Пламя свободно растекается по поверхности металла, что снижает опасность его пережога. Этот способ позволяет получить внешний вид шва лучше, так как сварщик отчетливо видит шов и может сделать его равномерным по высоте и ширине, что особенно важно при сварке тонких листов.

Рис. 104. Основные способы газовой сварки: 1 – формирующий шов; 2 – присадочный пруток; 3 – пламя горелки; 4 – горелка

Дуговая наплавка под флюсом.Способ широко применяется для восстановления цилиндрических и плоских поверхностей деталей. Это механизированный способ наплавки, при котором совмещены два основных движения электрода, т.е. его подача по мере оплавления к детали и перемещение вдоль сварочного шва.

Сущность способа наплавки под флюсом заключается в том, что в зону горения дуги автоматически подаются сыпучий флюс и электродная проволока. Под действием высокой температуры образуется газовый пузырь, в котором существует дуга, расплавляющая металл. Часть флюса плавится, образуя вокруг дуги эластичную оболочку из жидкого флюса, который защищает расплавленный металл от окисления, уменьшает разбрызгивание и угар. При кристаллизации расплавленного металла образуется сварочный шов. (рис.105).

Рис. 105. Схема автоматической дуговой наплавки цилиндрических деталей под флюсом: 1 – патрон; 2 – кассета; 3 – бункер; 4 – флюс; 5 – деталь

Преимущества способа:

— возможность получения покрытия заданного состава;

— экономичность в отношении расхода электроэнергии и электродного материала;

— независимость качества наплавленного металла от квалификации исполнителя;

— лучшие условия труда сварщиков ввиду отсутствия ультрафиолетового излучения;

— возможность автоматизации технологического процесса.

Недостатки способа:

— значительный нагрев детали;

— невозможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм (из-за стекания наплавленного металла и трудности удержания флюса на поверхности детали);

— сложность применения для деталей сложной конструкции.

Наплавка в среде углекислого газа. Этот способ восстановления деталей отличается от наплавки под флюсом тем, что в качестве защитной среды используется углекислый газ.

Сущность способа наплавки в среде углекислого газа заключается в том, что электродная проволока из кассеты непрерывно подается в зону сварки. Ток к электродной проволоке подводится через мундштук и наконечник, расположенные внутри газоэлектрической горелки. При наплавке металл электрода и детали перемешиваются. В зону горения дуги под давлением 0,05-0,2 МПа по трубке подается углекислый газ, который вытесняя воздух, защищает расплавленный металл от вредного воздействия кислорода и азота воздуха. (рис. 106).

Рис. 106. Схема наплавки в среде углекислого газа: 1 – мундштук; 2 – электродная проволока; 3 – горелка; 4 – наконечник; 5 – сопло горелки; 6 – электрическая дуга; 7 – сварочная ванна; 8 – наплавленный металл; 9 – наплавляемая деталь

Достоинства способа:

— меньший нагрев деталей;

— возможность наплавки при любом пространственном положении детали;

— более высокая производительность по площади покрытия (на 20-30%);

— возможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм;

— отсутствие трудоемкой операции по отделению шлаковой корки.

Недостатки способа:

— повышенное разбрызгивание металла (5-10%);

— необходимость применения легированной проволоки для получения наплавленного металла с требуемыми свойствами;

— открытое световое излучение дуги.

Электродуговая наплавка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде аргона (аргоновая сварка). Этот способ наплавки широко используется для восстановления алюминиевых сплавов и титана. Сущность способа – электрическая дуга горит между неплавящимся электродом и деталью. В зону сварки подается защитный газ – аргон, а присадочный материал – проволока (из того же материала, что и деталь). Аргон надежно защищает расплавленный металл от окисления кислородом воздуха. Наплавленный металл получается плотным, без пор и раковин.

Преимущества способа:

— высокая производительность процесса (в 3-4 раза выше, чем при газовой сварке);

— высокая механическая прочность сварного шва;

— небольшая зона термического влияния;

— снижение потерь энергии дуги на световое излучение, т.к. аргон задерживает ультрафиолетовые лучи.

Недостатки способа:

— высокая стоимость процесса (в 3 раза выше, чем при газовой сварке).

Вибродуговая наплавка. Этот способ наплавки является разновидность дуговой наплавки металлическим электродом. Процесс наплавки осуществляется при вибрации электрода с подачей охлаждающей жидкости на наплавленную поверхность.

Вибратор создает колебания конца электрода, обеспечивая размыкание и замыкание сварочной цепи. При периодическом замыкании электродной проволоки и детали происходит перенос металла с электрода на деталь. Вибрация электрода во время наплавки обеспечивает стабильность процесса за счет частых возбуждений дуговых разрядов и способствует подаче электродной проволоки небольшими порциями, что обеспечивает лучшее формирование наплавленных валиков.

Плазменно-дуговая сварка и наплавка (плазмотрон). Плазменная струя представляет собой частично или полностью ионизированный газ. Струя обладает свойствами электропроводности и имеет высокую температуру. Она создается дуговым разрядом, размещенном в узком канале специального устройства, при обдуве электрической дуги потоком плазмообразующего газа. Температура струи достигает 10000-30000°С, а скорость в 2-3 раза превышает скорость звука.

В качестве плазмообразующих газов используют аргон и азот. Аргонная плазма имеет более высокую температуру – 15000-30000°С. Применение нейтральных газов способствует предотвращению окисления металлов.

В поток нагретого газа вводится материал для сварки и наплавки. Образующиеся расплавленные частицы материала выносятся потоком горячего газа из сопла и наносятся на поверхность изделия.

Лазерная наплавка. Этот способ наплавки представляет собой технологический метод получения покрытий с заданными физико-механическими свойствами путем нанесения наплавочного материала (порошок, фольга, проволока и др.) с последующим оплавлением его лазерным лучом. Наименьших затрат энергии требуют порошковые материалы.

Порошки на поверхность детали могут подаваться непосредственно в зону лазерного луча с помощью дозатора, после предварительной обмазки составом в виде коллоидного раствора (это смесь порошка и раствора целлюлозы).

Электроконтактная приварка ленты или проволоки. Сущность процесса – точечная приварка стальной ленты или проволоки к поверхности детали в результате воздействия мощного импульса тока. В точке сварки происходит расплавление металла ленты (проволоки) и детали.

Преимущества способа:

— высокая производительность процесса (в 2,5 раза превосходит вибродуговую наплавку);

— малое тепловое воздействие на деталь (не более 0,3 мм);

— небольшая глубина плавления;

— незначительный расход материала (в 4-5 раз превосходит вибродуговую наплавку);

— возможность получения не плавленого металла с любыми свойствами;

— благоприятные условия работы сварщика.

Недостатки способа:

— ограниченность толщины наплавленного слоя;

Особенности сварки чугунных деталей.Многие корпусные детали изготавливают из серого, высококачественного и ковкого чугуна, который является трудносвариваемым материалом. У деталей из чугуна сваркой заделывают трещины и отверстия, присоединяют отколотые части детали, наплавляют износостойкие покрытия.

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. В этих зонах металл тверд и хрупок. Выгорание углерода и кремния в процессе сварки приводит к тому, что сварочный шов получается пористым и загрязненным шлаковыми включениями, которые появляются в результате неполного выделения газов и шлаков из-за быстрого перехода чугуна из жидкого состояния в твердое.

При восстановлении чугунных деталей применяют горячий и холодный способ сварки.

Горячая сварка чугуна – это 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:

— освободить свариваемую деталь от внутренних напряжений;

— задержать охлаждение сварочной ванны, что способствует выравниванию состава металла;

— предупредить появление сварочных напряжений и трещин.

Для деталей с большой жесткостью (блок цилиндров и другие корпусные детали) при сварке обязателен общий нагрев.

Лучшие результаты при горячей сварке чугуна даёт ацетилено-кислородное пламя с присадочным материалом из чугуна. При сварке необходимо применять флюс.

Газовая сварка 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 (880-950°С) ниже температуры плавления чугуна, поэтому её можно применять для сварки, не доводя чугун до плавления и не вызывая в нем особых структурных изменений и внутренних напряжений. Использование этого процесса позволяет получить сварочные швы плотные, легко поддающиеся обработке.

Холодная сварка чугуна. При этом процессе деталь не нагревают (возможен подогрев не свыше 400°С для снятия напряжения и предупреждения возникновения сварочных напряжений). Сварочная ванна имеет небольшой объём металла и быстро твердеет. Способ получил более широкое применение по сравнению с горячей сваркой из-за простоты выполнения. В зоне сварного шва происходит отбеливание и закалка с одновременным ростом внутренних напряжений, которые могу привести к образованию трещин.

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.

Особенности сварки деталей из алюминия и его сплавов. Особенность сварки состоит в следующем:

— очень плохая сплавляемость алюминия (температура плавления алюминия 658°С) из-за образования на его поверхности тугоплавкой окисной плёнки, температура плавления которой 2050°С. Окислы снижают механическую прочность деталей. Для их удаления применяют флюсы;

— 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.

Для уменьшения внутренних напряжений целесообразно подогревать детали перед сваркой до температуры 250-300°С и медленно охлаждать после сварки.

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

— неплавящимися вольфрамовыми электродами в среде аргона (аргонодуговая сварка).В качестве присадочного материала используют сплавы алюминия;

— электродами из сплава алюминия или из сплава технического алюминия на постоянном токе обратной полярности, короткой дугой (электродуговая сварка). Стержень электрода изготавливают из алюминиевой проволоки. Электрод имеет специальное покрытие (флюс);

— ацетилено-кислородным нейтральным пламенем (газовая сварка) с использованием флюса. 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.

Источник