Сварочные работы при техническом обслуживании и ремонте подъемно-транспортных , строительных , дорожных машин и оборудования

Сваркой называют технологический процесс получения неразъемных соединений твердых металлов посредством создания межатомных свя­зей между свариваемыми деталями при их местном нагреве или пласти­ческом деформировании, или совместном действии того и другого. Кро­ме того, существует также процесс наплавки, которая является разно­видностью сварки и представляет собой процесс нанесения слоя металла на поверхность детали. Согласно ГОСТ 19521—74 сварку и наплавку металлов классифицируют по физическим, техническим и технологи­ческим признакам.

К физическим признакам относят форму используемой энергии, на­личие давления и вид инструмента как носителя энергии. В зависимос­ти от используемой энергии сварочные процессы разделяют на три клас­са: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу сварки относят такие виды, которые выпол­няют плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, газо­вая, высокочастотная, термитная, электрошлаковая, плазменная, элек­тронно-лучевая и лазерная); к термомеханическому — с использовани­ем тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная, газопрессовая и взрывом); механическому — с использованием меха­нической энергии и давления (трения, ультразвуковая и холодная).

К техническим признакам относят способ защиты зоны сварки, не­прерывность процесса и степень механизации. По способу защиты ме­талла сварка может быть в воздухе, без защиты, в вакууме, защитных газах, под флюсом, в пене и комбинированной защите.

В качестве защитной газовой среды используют активные газы (угле­кислый газ, азот, водород, водяной пар и их смеси); инертные газы (ар­гон, гелий, их смеси); смеси активных и инертных газов. По непрерыв­ности процесса различают непрерывные и прерывистые виды сварки, по степени механизации — ручные, механизированные и автоматические

По технологическим признакам сварка может быть дуговая, газовая, термитная, электрошлаковая, плазменная, электронно-лучевая, лазер­ная, контактная, диффузионная, газопрессовая, ультразвуковая, взры­вом, трением и холодная.

При ремонте машин операции сварки и наплавки получили самое широкое распространение по сравнению с другими методами, так как с их помощью можно получить на рабочих поверхностях деталей наплав­ленный слой любой толщины и химического состава с разнообразны­ми свойствами, т.е. с высокой твердостью и износостойкостью, а также антифрикционные, кислотостойкие, жаропрочные и др. С помощью сварки и наплавки выполняют 70 % всех ремонтных работ. Из 75 марок низкоуглеродистой, легированной и высоколегированной сварочной проволоки, выпускаемой в РФ, примерно 35 % используют для механи­зированной сварки, 60 % — для изготовления сварочных электродов и 5 % — для газовой сварки. В ремонтном производстве 80 % деталей вос­станавливают дуговой сваркой и 20 % — газовой.

Режимы и характеристики ручной электродуговой сварки

и наплавки

Ручная электродуговая сварка — наиболее распространенный тех­нологический способ восстановления деталей, применяемый для завар­ки трещин в блоках и головках цилиндров, картерах, для восстановле­ния сварных швов в рамах и корпусах, заварки отверстий, приварки от­ломанных частей и добавочных деталей. Ручную дуговую наплавку используют при восстановлении изношенных поверхностей валов, осей, ножей отвалов и рабочих органов путевых и строительных машин, звез­дочек цепных передач и т.п.

Ручную дуговую сварку и наплавку осуществляют неплавящимися угольными, графитовыми или вольфрамовыми, а также плавящимися металлическими электродами. Неплавящиеся электроды используют только при сварке и наплавке цветных металлов и сплавов и при на­плавке изношенных поверхностей стальных деталей твердыми сплава­ми. Наиболее широко применяют в ремонтном производстве сварку и наплавку плавящимися металлическими электродами.

Сварка чугунных деталей

Восстановление чугунных деталей сваркой вызывает значительные трудности из-за следующих причин:

отсутствия «площадки текучести» чугуна при сварке, хрупкости и небольшого предела на растяжение, в результате чего часто образуются трещины;

отсутствия переходного пластичного состояния при нагреве до плавления — из твердого состояния чугун сразу переходит в жидкое (жидкотекучесть), что затрудняет ремонт деталей даже с набольшим ук­лоном от горизонтального положения;

получения при сварке отбеленных участков карбида железа — Fe,C (цементит) — трудно поддающихся механической обработке.

Чугунные детали можно сваривать электродуговой сваркой метал­лическим или угольным электродом, газовой сваркой, заливкой жид­ким чугуном, порошковой проволокой, аргонодуговой сваркой и др. Выбор способа и метода сварки зависит от требований к соединению. При определении метода учитывают необходимость механической об­работки металла шва и околошовной зоны после сварки; получения однородности металла шва с металлом свариваемой детали; требования к плотности шва; нагрузку, при которой должна работать деталь. Свар­ку осуществляют горячим или холодным способом.

При горячей сварке чугунных деталей предварительно нагрева­ют детали до температуры 600—700 °С, что уменьшает отрицательное воздействие высокой температуры дуги. Нагрев детали ведут в печи, после чего деталь помещают в теплоизоляционный кожух и заваривают через окно в нем. В процессе сварки деталь не должна охлаждаться ниже 500 °С. Электросварку нагретых деталей ведут в нижнем положении по­стоянным током обратной полярности с применением чугунных прут­ков диаметром 3—5 мм с обмазкой, состоящей из мела (50 %), канифо­

ли и жидкого стекла, а также электродами для сварки чугуна ПЧ1, ПЧ2, ОМЧ-1. После сварки детали отжигают при температуре 600—650 °С с постепенным охлаждением в печи.

Холодную сварку чугунных деталей выполняют без предвари­тельного подогрева. Не допускаются отбел (образование участков кар­бида железа FeX’) чугуна и закалка сварного шва. Наплавленный ме­талл должен быть достаточно пластичным. Холодную сварку чугуна выполняют стальными электродами, несколькими способами: без спе­циальных покрытий; с карбидообразуюгцими элементами в покрытии; с окислительными покрытиями.

Стальными электродами без специальных покрытий производят сварку тогда, когда не требуется механическая обработка шва и не ого­вариваются требования к плотности и прочности соединения. Как пра­вило, при этом используют электроды марок Э-34 и Э-42 для сварки малоуглеродистых сталей. Основной недостаток такой сварки — появ­ление трещин и отбеленных структур в самом шве и в околошовной зоне.

В конце 50-х гг. XX в. изобретателем Л.И. Вититловым была пред­ложена холодная сварка чугунных деталей методом отжигающих ва­ликов, позволившая расширить возможности использования стальных электродов. Сущность этого метода состоит в следующем. Трещину предварительно разделывают (рис. 8.14, а), после чего на одну кромку разделанной трещины наносят короткими участками (15—25 мм) враз­брос (рис. 8.14, б) подготовительные 1—3 и отжигающие 4 и 5 валики (рис. 8.14, в), а затем на другую — соответственно валики 6—10, не соединяя их. Валики наплавляют высотой 4—5 мм снизу, покрывая пре­дыдущий на 60—70 %. После того как они будут наложены по всей длине трещины, деталь охлаждают до температуры 70—80 °С, а затем заваривают также вразброс промежутки между ними соединительны­ми валиками 11—14.

Исследования распределения твердости шва показали, что с исполь­зованием отжигающих валиков она снижается на 20—25 HRC по срав­нению со сваркой без отжигающих валиков. Шов обычно свободно под­дается механической обработке резанием, имеет удовлетворительные прочность и плотность. Недостатки способа — большая трудоемкость, требуется высокая квалификация сварщика.

Другим методом холодной сварки чугунных деталей является завар­ка трещин косвенной дугой, при которой между двумя стальными элект­родами возбуждается дуга и ее тепловой поток расплавляет поверхность

(2-3) В

8 7 10 9 4 5 2 3

8—18 мм

Рис. 8.14. Схемы заварки трещин методом отжигающих валиков:
а — разделка трещин; б — последовательность участков заварки; в — последовательность
наложения валиков; I—V — номера участков заварки; 1,2,3, 6, 7 и 8— подготовительные
валики; 4, 5, 9 и 10 — отжигающие валики; 11,12, 13, 14— соединительные валики

чугунных деталей. Выдуваемая часть расплавленного чугуна образует своеобразную разделку трещины необходимой глубины. Сварку произ­водят сразу после разделки, пока деталь нагрета.

При разделке трещины деталь устанавливают вертикально для оте­кания расплавленного металла, а для сварки ее переводят в горизон­тальное положение, удалив предварительно наплывы и подтекания ме­талла. Допускается заваривать трещины на деталях с толщиной стенки до 6 мм без разделки. Канавку глубиной 6—8 мм, полученную при раз­делке, заваривают в один слой, а более глубокую — два и более слоя, удаляя шлаковую корку после каждого из них.

Электрод для сварки косвенной дугой состоит из двух элементов: самого электрода 2 (Э-42, Э-46 или Э-50) диаметром 5 мм и надетой на него стальной трубки 3 (рис. 8.15), которую можно свернуть из сталь­ной полосы. Обмазка электрода служит одновременно и изолятором. Трубку насаживают на электрод 2, предварительно просушив его при температуре 180 °С в течение 40 мин. Положительный полюс источни­ка подключают к внутреннему электроду (аноду), а отрицательный — к трубке (катоду) и параллельно к детали 1. Электрод закрепляют в дер­жателе. Включают источник сварочного тока и зажигают дугу, замыкая

анод на вспомогательный ме-
таллический предмет, соеди-
ненный с деталью. Электрод
начинает плавиться, и как
только столб дуги достигает
катода, возбуждается косвен-
ная дуга. После этого подно-
сят электрод к свариваемой
детали и разделывают или сва-
ривают трещины. Оптималь-
ный режим разделки и свар-

ки: /= 250—330 A; U = 44—48 В; скорость разделки и варки соответ-
ственно 3—8 и 5—8 мм/с.

Широкое распространение в практике ремонта базовых деталей из серого ковкого и высокопрочного чугуна получил метод сварки без на­грева самозащитной проволокой ПАНЧ-11. Для примера рассмотрим тех­нологию заварки трещин в стенках водяных рубашек чугунных блоков цилиндров ДВС, которая заключается в следующем. Рядом с трещиной по обе стороны от нее на расстоянии 7—10 мм шлифовальным кругом разделывают канавки 1 глубиной 1,5—3 мм по всей длине трещины 2 (рис. 8.16); поверхность вокруг трещины зачищают до металлического блеска. После этого короткими участками (20—50 мм) поперек трещи­ны накладывают валики поочередно от краев трещины к середине с за­полнением металлом подготовленных канавок. Каждый валик охлажда­ют до температуры 40—60 °С, прежде чем будет нанесен последующий. Обязательное условие — перекрытие предыдущего валика последующим на 1/3 его ширины. Разделанные канавки вдоль трещины служат упора­ми для усадки шва и стягивают ее. Полученный таким образом сварной шов отвечает требованиям по герметичности и прочности.

Рис. 8.15. Схема плавящегося электрода и
его подключение:

1 — деталь; 2 — электрод; 3 — стальная трубка

Рис. 8.16. Схема заварки трещины:

а —подготовка трещины к заварке; б— заварка трещины; / — канавки; 2 — трещина;
3 — валик; 4 — наплавляемый металл

Трещины заваривают с помощью шланговых полуавтоматов в ком­плекте с выпрямителями или преобразователями, дающими жест­кую характеристику сварочного тока. Режимы сварки: /= 100—140 А, U = 14—18 В, скорость 0,15—0,25 см/с; диаметр проволоки, изготов­ленной из специального сплава на основе никеля (80 %), 1,4 мм. Сварка ведется постоянным током на обратной полярности. Этим методом заваривают трещины, приваривают отбитые несущие части в деталях с толщиной стенки 5—15 мм.

Восстановление деталей из ковкого чугуна, наиболее склонного к отбеливанию, рекомендуется производить пайкой-сваркой ацетилено­кислородным пламенем, латунным электродом марки ЛОМНА-54, Л-62 с использованием флюса ФПСН-2 с нагревом кромок деталей до 700-750 °С.

Сварка и наплавка цветных металлов

Сварка алюминия и его сплавов осложняется следующими причинами:

очень плохая сплавляемость металла из-за образования на его по­верхности тугоплавкой оксидной пленки А1₂0₃;

при нагреве до температуры 400—450 °С алюминий значительно теряет свою прочность и деталь может разрушиться от легкого удара или от собственной массы;

металл не имеет промежуточного пластичного состояния и при нагреве сразу переходит из твердого состояния в жидкое;

коэффициент линейного расширения в 2, а теплопроводность в 3 раза больше, чем у стали, из-за чего в свариваемых деталях появляются значи­тельные остаточные деформации;

большая растворимость водорода в расплавленном алюминии, что способствует образованию пор.

Наиболее эффективное средство для удаления оксидной пленки — химическое взаимодействие с элементами из группы галогенов. В при­роде известно много соединений, содержащих галогены, но для ис­пользования в качестве сварного флюса они должны иметь невысо­кую (600—700 °С) температуру плавления. Этим требованиям наибо­лее удовлетворяют соли щелочных и щелочно-земельных металлов — NaF, NaCl, КС1, Na₃AlFeg, BaCl₂, CaF₂ и др. У сварки с применением флюса много положительных сторон, однако ее нельзя применять в различных пространственных положениях, кроме горизонтального.

Кроме того, коррозионная стойкость шва снижается из-за остатков флюса на его поверхности.

Алюминий и его сплавы сваривают электродуговой, аргонодуговой и газовой сваркой. Поверхности обезжиривают растворителями и очища­ют от нагара, масла, грязи не более чем за 2—4 часа до процесса сварки.

Дуговую сварку выполняют угольными или плавящимися электрода­ми. Сварку угольными электродами ведут на постоянном токе прямой полярности. Детали толщиной до 2 мм сваривают без присадочного материала и разделки кромок, а свыше 2 — с зазором 0,5—0,7 толщины свариваемой детали или с разделкой кромок. Оксидную пленку удаля­ют с помощью флюса АФ-4А.

Сварку плавящимися электродами проводят короткой дугой при обратной полярности из расчета не более 40 А на 1 мм диаметра элект­рода со скоростью 0,4—0,6 м/мин и напряжении холостого хода 60—70 В. Перед заваркой трещины по всей ее длине вырубают канавку. При сварке сплавов А6, АДО, АД 1 и АД применяют электрод ОЗА-1 и флюс АФ-4А, а сплавов АМц, АМг и АЛ-9 — электрод ОЗА-2.

Аргонодуговую сварку выполняют неплавящимися вольфрамовыми электродами на установках УДГ-301 и УДГ-501. В зависимости от тол­щины стенки свариваемой детали выбирают диаметр электрода и силу тока. Чем тоньше стенки, тем меньше диаметр электрода и сила свароч­ного тока. Особые требования предъявляют к технике сварки. Угол меж­ду стержнем из присадочного материала и вольфрамовым электродом должен составлять примерно 90°. Размеры сварочной ванны должны быть минимальными. Сварку стенок толщиной до 10 мм ведут справа налево, т.е. левым способом, при котором снижается перегрев металла. Дуга должна быть как можно короче.

Режим сварки при толщине стенки 4—6 мм: диаметр присадочного материала 3—4 мм; /= 150—270 A; U = 18—20 В, расход аргона 7—10 л/мин. При добавлении к аргону 10—12 % (по объему) углекисло­го газа и 2—3 % кислорода повышается устойчивость горения дуги и улучшается формирование металла шва.

Режим наплавки при диаметре электродной проволоки 0,8—1 мм: /= 70—90 A; U = 17—19 В; скорости подачи проволоки 160—200 м/ч; шаг наплавки 1,5—1,8 м/об; толщина наплавленного слоя за один про­ход 0,8—1,0 мм; расход аргона 2—3 л/мин.

Газовую сварку алюминия и его сплавов выполняют ацетилен-кис- лородным нейтральным пламенем с помощью флюсов АФ-4А и АН-4А

и других, содержащих хлористые и фтористые соли лития, натрия, ка­лия и бария. В качестве присадочных прутков применяют сплав с со­держанием 5—6 % кремния. Флюс посыпают на кромки трещин и в про­цессе сварки вводят прутком в сварочную ванну. После сварки остатки флюса промывают горячей водой.

Медь и ее сплавы характеризуются хорошей свариваемостью, ко - торую несколько снижают ее легкая окисляемость в расплавленном со­стоянии и образование закиси меди, а также низкая стойкость к образо­ванию трещин и повышенная способность образовывать газовые вклю­чения. Чаще всего для сварки меди применяют дуговой способ током прямой полярности при его плотности на электроде 200—400 А/см²; свар­ку под флюсом (94—96 % буры и 4—6 % магния); в защитных газах; плаз­менную сварку. Электроды могут быть как неплавящимися — угольны­ми, так и плавящимися — медными МСр-1, МО и Ml диаметром 0,5—0,7 толщины свариваемого металла или специальные АНЦ-1 и АНЦ-2. Пос­ле сварки рекомендуется проковка шва. Затем для придания сварочному соединению большей вязкости металл нагревают до 550—600 °С и быст­ро охлаждают в воде. В качестве защитных газов, кроме инертных, ис­пользуют азот и водород.

Латунь — сплав меди с цинком сваривается труднее, поскольку в сварочной ванне активно поглощаются газы, образуются поры и тре­щины, а также испаряется цинк. Детали из латуни сваривают как газо­вой так и электрической сваркой, для газовой защиты применяют газо­вый флюс. При газовой сварке в пламя горелки вместе с ацетиленом подают пары боросодержащих жидкостей. Борный ангидрид, возника­ющий на поверхности сварочной ванны, образует сплошной слой шла­ка. В состав некоторых присадочных материалов вводят 2—3 % крем­ния, который, окисляясь, создает тугоплавкую, предохраняющую цинк от испарения, оксидную пленку. Газовая сварка латуни также осуще­ствляется с применением окислительного (с повышенным содержани­ем кислорода) пламени.

При электросварке угольным электродом в качестве присадочного материала применяют кремнистые и марганцовистые бронзы или ла­тунь с повышенным содержанием цинка. Латунь можно также свари­вать контактной сваркой.

Бронзы в большинстве случаев сваривают электродуговой сваркой металлическим электродом, близким по химическому составу к основ­ному металлу. При газовой сварке оловянистых бронз ее ведут нормаль­ным пламенем, так как при избытке в нем кислорода выгорает олово, а при избытке ацетилена увеличивается пористость шва. Фосфор при га­зовой сварке бронз служит хорошим раскислителем, поэтому в каче­стве присадочного материала рекомендуется фосфористая бронза — БрОФ6,5-0,4. Флюсы используют те же, что и при сварке меди.

Свинец трудно сваривается, так как при его температуре плавле­ния 327 °С образуются тугоплавкие оксиды с температурой плавления 888 °С. Сварку проводят нормальным ацетилено-кислородным пламе­нем или с применением газов — заменителей ацетилена. Присадочным материалом служит свинцовая проволока или полоса. В качестве флю­са применяют стеарин, которым натирают присадочный материал, а так­же флюс, состоящий из равных частей стеарина и канифоли.

ным пламенем, так как при избытке в нем кислорода выгорает олово, а при избытке ацетилена увеличивается пористость шва. Фосфор при га­зовой сварке бронз служит хорошим раскислителем, поэтому в каче­стве присадочного материала рекомендуется фосфористая бронза — БрОФ6,5-0,4. Флюсы используют те же, что и при сварке меди.

Свинец трудно сваривается, так как при его температуре плавле­ния 327 °С образуются тугоплавкие оксиды с температурой плавления 888 °С. Сварку проводят нормальным ацетилено-кислородным пламе­нем или с применением газов — заменителей ацетилена. Присадочным материалом служит свинцовая проволока или полоса. В качестве флю­са применяют стеарин, которым натирают присадочный материал, а так­же флюс, состоящий из равных частей стеарина и канифоли.