Строительные машины и оборудование
Информационный портал
| Добро пожаловать, у нас Вы найдете все о строительной технике, включая колесные и гусеничные экскаваторы, грейдеры, бульдозеры, тракторы, скреперы, бетононасосы и прицепы. |  |
Автоматическая и полуавтоматическая наплавка
Автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса — один из основных методов восстановления изношенных деталей, применяемых на предприятиях, ремонтирующих машины транспортного строительства. Этот способ наплавки разработан Институтом электросварки им. Е. О. Патона.
Сущность способа: электрическая дуга горит между электродной проволокой и наплавляемой деталью под защитой флюса. Процесс протекает следующим образом. В зону горения дуги автоматически непрерывно и равномерно подается электродная проволока или лента. Под действием температуры дуги (6000— 7000° С) часть флюса расплавляется и на поверхности металла создается шлаковый слой, защищающий расплавленный металл от вредного воздействия воздуха.
Рис. 20.2. Схема процесса наплавки под слоем флюса:
1 — электродная проволока; 2— шлаковая корка; 3— газовый пузырь; 4— флюс; 5— жидкая ванна; 6— сварочная дуга; 7— наплавляемая деталь.
Наличие защитного слоя способствует медленному охлаждению наплавленного металла, что оказывает положительное воздействие на формирование слоя наплавки, снижает пористость и затрудняет закалку поверхности.
На качество и механические свойства наплавленного слоя большое влияние оказывают материал проволоки и ее диаметр, состав флюса и размеры его составных элементов (грануляция), скорости подачи проволоки и наплавки, род и полярность тока, режимы наплавки, выбранный прием наплавки и расположение электрода по отношению к наплавляемой поверхности.
Цилиндрические поверхности наплавляют по винтовой линии с перекрытием предыдущего валика последующим на 1/2 — 1/3 ширины. Вылет электрода принимают 20—30 мм для проволоки диаметром 2—3 мм. При более толстой проволоке вылет увеличивают. Напряжение дуги 25—30 В. Сила тока зависит от диаметра детали, величины износа и диаметра проволоки. Диаметр проволоки выбирают с учетом толщины слоя наплавки и диаметра детали. Для восстановления деталей обычно применяют проволоку диаметром 1,5—3 мм.
Сварочная или наплавочная проволока выпускается диаметром от 0,3 до 8 мм. Проволока может быть углеродистая и легированная. Ее маркируют с учетом назначения, химического состава и диаметра. Например, проволоку сварочную низкоуглеродистую диаметром 3 мм с содержанием углерода до 0,1% обозначают ЗСВ0.8; проволоку наплавочную легированную диаметром 4 мм с содержанием углерода 0,35—0,45% и марганца 0,7—1,0% обозначают 4Нп-40Г. Электродная наплавочная лента (обозначается ЛС) выпускается шириной от 30 до 100 мм как для однослойной наплавки (с литером А), так и для многослойной.
Флюсы, применяемые для автоматической и полуавтоматической наплавки, могут быть марганцовистыми плавлеными (АН-348 А, ОСЦ-45) и керамическими (АНК-18, АНК-19).
Для наплавки под слоем флюса необходимо иметь следующее оборудование: наплавочную автоматическую головку, источник питания сварочным током, аппаратуру управления и регулирования процесса наплавки, механическое оборудование для установки и перемещения детали, крепления и перемещения головки, а также вспомогательного оборудования (бункера для флюса и др.).
Автоматизированы главные элементы сварочного процесса— подача проволоки к дуге, поддержание постоянного дугового промежутка и перемещение дуги вдоль свариваемого шва.
Рис. 20.3. Схемы наложения валиков при наплавке:
а — правильное; б — неправильное.
Для наплавки может быть использована любая сварочная головка, однако лучше применять специальные наплавочные головки. Наиболее распространены наплавочные головки А-580М, А-384МК, А-874Н. Это универсальные аппараты, позволяющие работать как на постоянном, так и переменном токе. Наплавочный аппарат А-874Н может использоваться для восстановления цилиндрических и плоских деталей как под флюсом, так и в среде углекислого газа и открытой дугой при использовании сплошной или порошковой проволоки или ленты. Аппарат имеет механизм поперечного колебания электрода, что позволяет выполнять широкослойную наплавку.
Источником питания служат обычные сварочные преобразователи ПСО и ПС или селеновые выпрямители. В качестве механического оборудования обычно применяют старые токарные станки. В центрах станка устанавливают деталь, на суппорте монтируют головку и вспомогательное оборудование. Для уменьшения частоты вращения станка устанавливают понижающий редуктор. На схеме показана работа наплавочной установки: электродная проволока 4 подается автоматической наплавочной головкой 3 через мундштук 5 к наплавляемой детали 7, которая вращается. Одновременно в зону дуги из бункера 6 подается флюс.
Автоматическая наплавка под слоем флюса по сравнению с ручным способом в несколько раз повышает производительность благодаря увеличению скорости наплавки и улучшает качество наплавки: шов получается однородный и плотный, сохраняются легирующие добавки, качество наплавки не зависит от индивидуальных навыков сварщика; уменьшает расход материалов; почти полностью устраняет потери электродной проволоки; исключает изготовление электродов с обмазкой; позволяет использовать флюс 2—3 раза; сокращает расход электроэнергии в результате устранения непроизводительного нагрева основного металла, лучеиспускания и потерь на разбрызгивание и угар, имеющих место при ручном способе; снижает расходы, связанные с механической обработкой после наплавки, так как благодаря равномерной толщине наплавленного слоя уменьшается припуск для последующей обработки; улучшает условия труда сварщиков, так как отсутствует мощный световой поток, сопровождающий ручную сварку, и уменьшается выделение, вредных газов.
Рис. 20.4. Схема установки для автомагической наплавки под слоем флюса:
1 — селеновые выпрямителя; 2 — пульт управления; 3 — автоматическая головка; 4 — электродная проволока; 5—мундштук; 6—бункер; 7 — наплавляемая деталь; 8 — регулятор индуктивности.
При полуавтоматической наплавке под слоем флюса механизированы только подача проволоки и поддержание постоянного дугового промежутка. Для этого способа применяют сварочные шланговые полуавтоматы ПШ-5, ПШ-54, ПДШМ-500. В качестве источника питания используют преобразователи.
Для повышения производительности применяют двух — и многоэлектродную наплавку под слоем флюса. Многоэлектродная наплавка основана на использовании явления «бегающей» дуги и состоит в том, что специальная наплавочная головка подает в зону дуги одновременно с одинаковой скоростью несколько электродных проволок. При наплавке шестью электродами диаметром 3 мм за один проход наплавляется спой шириной до 70 мм и толщиной 3—4 мм. Несмотря на большой сварочный ток (до 800 А), глубина проплавления составляет всего 1,5—2 мм. Этот способ обладает высокой производительностью и позволяет снизить удельный расход электроэнергии на 1 кг наплавленного металла на 15—20%.
К способам автоматической наплавки под слоем флюса можно отнести также наплавку порошковой проволокой, ленточным и пластинчатым электродами.
Сущность наплавки порошковой проволокой состоит в том, что расплавленный металл защищается от влияния воздуха и легируется легирующими элементами, находящимися внутри проволоки. Порошковая проволока представляет собой металлическую оболочку толщиной 0,5—1 мм, плотно наполненную шихтой. В качестве шихты применяют порошкообразные легирующие и флюсовые элементы — мелкую чугунную стружку, доменный ферромарганец, феррохром, серебристый графит и др. Наплавка порошковой проволокой обладает большей твердостью и высокой износостойкостью. Поэтому ее используют при ремонте деталей строительных машин, подверженных абразивному изнашиванию и ударным нагрузкам (зубья и режущие кромки ковшей экскаваторов, ножи бульдозеров, автогрейдеров, скреперов и т. п.). Детали порошковой проволокой наплавляют на тех же аппаратах, что и обычной электродной проволокой. Существуют и специальные аппараты А-765, А-1030 и др.
Источниками тока служат сварочные преобразователи ПСГ и выпрямители ВС с жесткой электрической характеристикой.
Наплавлять детали ленточным электродом можно с применением флюса или порошковой лентой. В первом случае электродом служит малоуглеродистая стальная лента, флюс подают на деталь. Во втором случае электрод состоит из двух лент, составляющих оболочку, и порошкообразной шихты, расположенной внутри оболочки. Одна из лент имеет ячейки, предохраняющие шихту от перемещения.
Наплавка ленточным электродом высокопроизводительна (до 25 кг/ч), позволяет за один проход создавать слой шириной до 100 мм и толщиной 2—8 мм. Так же как и при многоэлектродной наплавке, сварочная дуга непрерывно перемещается, что обеспечивает равномерное оплавление электрода по всему сечению. Для работы с ленточным электродом разработаны специальные приставки к наплавочным автоматам А-384 и др. Этим способом наплавляют детали с большим износом, например катки гусеничного хода, звенья’ гусениц, натяжные и ведущие колеса, рабочие органы землеройных машин и т. п.
К этому способу можно отнести и наплавку пластинчатым электродом, которая заключается в следующем. Поверхность наплавленной плоской детали покрывают равномерным слоем флюса толщиной 3—5 мм и на него кладут пластинчатый электрод (листовая сталь толщиной 0,4—1 мм или кровельная сталь) по размеру поверхности, подлежащей наплавке. Сверху электрод покрывают слоем флюса толщиной 10—15 мм и накрывают медным бруском. Для возбуждения дуги в месте ее горения насыпают мелкую стальную стружку. Дуга горит между деталью и электродом. С момента возбуждения дуги наплавка продолжается автоматически.
Особенности автоматической вибродуговой наплавки: электрод одновременно с поступательным движением вибрирует с заданными частотой и амплитудой, поэтому процесс горения дуги периодически прерывается. В зону соприкосновения электрода и детали подается жидкость, которая охлаждает деталь и ионизирует дугу.
На схеме показана работа наплавочной установки. Сварочная проволока 4 из кассеты 6 направляется подающим механизмом 5 через мундштук которая вращается в центрах 2 к наплавляемой детали 1, токарного станка. Мундштукс проволокой совершает колебательные движения под действием вибратора 7. Одновременно к детали по шлангу 3 через мундштук насосом подается охлаждающая жидкость (раствор кальцинированной соды с добавкой 0,5% минерального масла или 15%-ный водный раствор глицерина). Отработанная жидкость собирается в специальный бак.
Рис.20.5. Схема установки для вибродуговой наплавки:
1 – деталь; 2 – мандштук; 3 – шланг для подачи охлаждающей жидкости; 4 – сварочная проволока; 5 – подающий механизм; 6 – кассета с проволокой; 7 – вибратор.
Наплавочные головки применяют с электромагнитным вибратором (головки УАНЖ, ОКС-6569) или с механическим вибратором (головки ГМВК, ВГ). Источники тока должны иметь жесткую характеристику (тип ВС).
Наплавка ведется проволокой диаметром 1,25—2 мм на режимах: скорость подачи проволоки — 60—90 м/ч, ток—120—180 А, шаг наплавки— 1,6—2 диаметра проволоки, амплитуда колебаний электрода—1,5—2 мм, его вылет—5—8 мм, скорость наплавки — 30—60 м/ч.
Этот способ применяют для наплавки цилиндрических деталей диаметром до 100 мм при износе не более 2 мм на сторону, работающих при незначительных динамических нагрузках. Его преимущества: возможность наплавки деталей небольших диаметров, так как при наплавке деталь нагревается незначительно и не подвергается деформации. Недостатки: значительное снижение усталостной прочности деталей (на 30—40%) и возможность появления микротрещин.
Одним из перспективных способов, улучшающих вибродуговую наплавку, является наплавка в газожидкостной среде. В отличие от наплавки в жидкости здесь атмосферный воздух вытесняется из зоны наплавки струей кислорода при низком давлении (0,02—0,04 МПа). Вместе с кислородом в зону наплавки постоянно подается небольшое количество воды (0,3 л/ч). Попадая в зону горения дуги, вода испаряется, а диссоциирующий из нее водород снижает окислительное действие кислорода.
Кислород подается к месту сварки из баллона 12 через редуктор 11, дозирующий жиклер 7 и газоподводящее сопло 2 под давлением. Вода поступает из напорного бака 5 через матерчатый фильтр 4 и дозирующий кран 6. Электродная проволока с кассеты 10 подается к наплавляемой детали 1 через трубку в мундштуке 3 подающим механизмом 9 вибродуговой головки 8. Наплавку осуществляют на постоянном токе обратной полярности. Источником тока 13 служит преобразователь ПСГ-500 с балластным реостатом. Для придания устойчивости дуге в сварочную цепь включают дроссель 14.
Этот способ наплавки успешно применяют для восстановления ряда деталей, в том числе распределительных валов и шатунов двигателей. При этом долговечность их не уступает новым деталям, а стоимость ремонта на 30—40% ниже.
Рис. 20.6. Схема установки для вибродуговой наплавки в газожидкостной среде:
1 — наплавляемая деталь; 2 — газоподводящее сопло; 3 — мундштук; 4 — матерчатый фильтр; 5 — напорный бак; 6 — дозирующий кран; 7 —дозирующий жиклер; 8 — вибродуговая головка; 9 — подающий механизм; 10— кассета; 11— редуктор; 12 — баллон; 13 — генератор; 14 — дроссель.
Наплавка в защитной газовой среде может быть автоматической или полуавтоматической. Для этого используют обычные наплавочные головки, указанные выше.
Особенностью этого способа является то, что сварочная дуга горит в струе газа, который вытесняет воздух из зоны горения дуги, защищая расплавленный металл от азота и кислорода воздуха.
В качестве газовой среды могут применяться углекислый газ, водяной пар, газожидкостная струя. Наиболее распространена наплавка в защитной среде углекислого газа. Углекислый газ поставляют в стальных баллонах черного цвета с надписью «Углекислота».
Газ через осушитель 5, электрический подогреватель 4, понижающий редуктор 3, расходомер 2 и рукав 1 для подачи газа поступает к газоэлектрической горелке 11.Одновременно к горелке поступают электродная проволока и ток. Осушитель представляет гобой патрон, наполненный силикагелем или медным купоросом.
Во время горения углекислый газ взаимодействует с расплавленным металлом, что может вызвать его окисление. Для нейтрализации воздействия газов на металл применяют электродную проволоку с повышенным содержанием марганца, хрома, кремния, которые обладают свойствами раскислителей. Расход углекислого газа зависит от силы сварочного тока и находится в пределах 8—15 л/мин. Давление газа, выходящего из редуктора, должно быть не более 0,25 МПа.
Рис. 20.7. Схема установки для наплавки в среде углекислого газа:
1 — рукав для подачи газа; 2 — расходомер; 3 — редуктор; 4 — подогреватель газа; 5 — осушитель; 6 — баллон; 7 — аппаратный ящик; 8 — сварочный генератор; 9— механизм для подачи сварочной проволоки; 10— электродная проволока; 11 — газоэлектрическая горелка.
Деталь наплавляют короткой дугой, чем достигается устойчивое ее горение и хорошее формирование валика. Этот способ эффективен при восстановлении мелких деталей, глубоких внутренних поверхностей, деталей сложной формы.
Наплавка деталей в среде углекислого газа по сравнению с наплавкой под флюсом повышает на 20 —30% производительность, исключает образование шлаковой корки, позволяет наплавлять детали небольшого диаметра (начиная от 10 мм), обеспечивает более глубокий провар. Недостатки: необходимость применения более дорогой проволоки, повышенное разбрызгивание металла, дополнительные расходы по транспортированию баллонов с газом.
Плазменная наплавка является одним из новых перспективных способов. Сущность процесса: присадочный металлический порошок вдувается несущим газом в электрическую дугу (непереходящая дуга), которая оплавляет порошок и переносит на поверхность детали, оплавленную электрической дугой (переходящая дуга).
Присадочный порошок приготовляют из сплавов на основе никеля, кобальта и железа.
Переходящая дуга горит между вольфрамовым электродом и внутренним соплом горелки, образуя высокотемпературную плазменную струю (температура 16 000—24 000° С).
Плазменная струя представляет собой газ высокой степени ионизации, обладающий электропроводностью и высокой температурой. Плазменную струю получают путем нагрева плазмообразующего газа в электрической дуге, горящей в закрытом пространстве — плазменной горелке или плазмотроне.
Образование плазмы происходит в специальной плазменной головке ИМЕТ-107, которая состоит из корпуса, электрододержателя, сопла для подачи защитного газа, водоохлаждаемого сопла.
При работе в горелке движутся три потока газа: плазмообразующий (аргон), несущий и защитный (аргон, гелий, азот). Первый защищает электрод от окисления, стабилизирует и сжимает дугу; второй — подает присадочный порошок в горелку и вдувает его в дугу; третий — защищает наплавляемый металл от окисления.
Источником питания непереходящей дуги служат преобразователи ПСУ-500, ток в дуге 16—25 А при напряжении 10—12 В. Для питания переходящей дуги используют преобразователь ПСО-300, ток до 130 А.
Рис. 20.8. Схема установки для плазменной наплавки с вдуванием порошка в дугу:
1 — дроссель; 2 — осциллятор; 3 — плазмообразующий газ; 4— вольфрамовый электрод; 5 — внутреннее сопло горелки, 6 — питатель для подачи порошков; 7 — наружное сопло; 8 — защитный газ; 9 — защитное сопло; 10 — несущий газ; 11 — наплавляемая деталь; 12—источник питания переходящей дуги (ПС-500); 13 — источник питания непереходящей дуги (ПС-300); 14 — балластный реостаг; 15 — конденсатор.
Достоинства этого способа: возможность наплавлять различные сплавы, хорошее качество наплавленного металла и высокая производительность процесса (6 кг/ч).
Сущность электроконтактной наплавки состоит в том, что на изношенную поверхность детали контактной сваркой приваривают присадочную электродную проволоку (или ленту) по винтовой линии с перекрытием смежных валиков (рис. 20.9). Одновременно присадочная проволока подвергается давлению наплавляющим роликом. Прочная связь между валиками отформованной проволоки и поверхностью детали обеспечивается благодаря плавлению тончайших поверхностных слоев металла в месте контакта, сопровождающемуся диффузией и схватыванием. Процесс электроконтактной наплавки протекает при токе 5 000—10 000 А, напряжении 2—7 В. Давление до 150 Н на ролик создается гидроцилиндром или силовым винтом и пружиной. Ток, благодаря наличию специального прерывающего устройства, поступает кратковременными импульсами, которые вызывают разогрев присадочного материала и детали в месте контакта.
Источник
