Зварювання та наплавлення
Під наплавленням розуміють процес нанесення на поверхню деталі металу або сплаву в розплавленому стані.
Плавлення металу або сплаву відбувається завдяки теплоті електричної дуги (електрична зварювання і наплавка) або теплоті, що утворюється при згорянні ацетилену, природного та інших горючих газів в струмені кисню (газове зварювання і наплавка).
У процесі плавлення металу і його подальшому твердінні через нерівномірний розподіл теплоти на ділянці, що прилягає до наплавленого шару (в зоні термічного впливу), відбуваються структурні зміни в металі і зміни лінійних розмірів деталі. Глибина зони термічного впливу, що залежить від початкової температури деталі, швидкості і способу охолодження, теплопровідності основного металу, способів і режимів наплавлення, коливається від 1 до 25 мм. Зміни структури металу і лінійних розмірів, якщо не вжити спеціальних заходів, призводять до місцевої деформації деталі і появи на ній тріщин. До особливих заходів належать попередній підігрів і подальше повільне охолодження деталі, особливі прийоми наплавлення, отжиг і відпустку після наплавлення, захист розплавленого металу від впливу повітря і т. П.
У процесі наплавлення наноситься метал насичується киснем, азотом і воднем повітря, а також в ньому вигорають легуючі елементи. Освіта оксидів в наплавленого металу знижує межа міцності і ударну в'язкість шва, а насичення стали азотом погіршує його пластичні властивості, зменшує ударну в'язкість, відносне подовження і т.п. Для захисту розплавленого металу від впливу кисню та азоту повітря і компенсації вигорілих легуючих елементів застосовують електроди з покриттями або наплавку проводять під шаром флюсу та в середовищі захисних газів.
Зварювання та наплавлення сталевих деталей. Для захисту зварювального шва від шкідливої дії повітря при ручному зварюванні і наплавленні застосовують електроди з тонкими (0,10. 0,25 мм на сторону) і товстими (0,5. 1,5 мм на сторону) покриттями. Тонкі покриття (що складаються найчастіше з 80.85% крейди і 20. 15% рідкого скла) сприяють стійкості горіння дуги, тому їх часто називають стабілізуючими або іонізуючими. Електроди з тонкими покриттями використовують при зварюванні маловідповідальних деталей, що працюють при статичних навантаженнях. Товсті покриття є захисно-легирующими. У них входять газошлако-утворюють, легуючі речовини і раскислители, що сприяють формуванню шва з підвищеними механічними властивостями. Електроди з товстими покриттями застосовують для зварювання та наплавлення відповідальних частин з вуглецевих і низьколегованих сталей. Для нарощування зношених поверхонь сталевих деталей користуються наплавоч електродами, що забезпечують отримання щільного шару металу необхідної твердості.
Сварка чавунних деталей. При розробці технології відновлення чавунних деталей зварюванням слід мати на увазі, що в процесі зварювання через високий місцевого нагріву, швидкого охолодження і усадки в металі виникають значні внутрішні напруги, які можуть привести до появи тріщин. При швидкому охолодженні крім усадки відбувається відбілювання чавуну, внаслідок чого шов виходить пористим. Вибілений чавун характеризується високою крихкістю і твердістю, що знижує міцність шва і ускладнює механічну обробку. Для попередження цих небажаних явищ при зварюванні чавунних деталей застосовуються відповідні електроди і флюси. Зварювання відповідальних деталей ведуть з попереднім підігрівом (гаряче зварювання) і у всіх випадках - з повільним охолодженням деталі. Гаряча зварка чавуну можлива як ацетіленокіс-лородним полум'ям, так і електричною дугою.
Зварювання та наплавлення деталей з алюмінієвого сплаву. Сварка ускладнюється через те, що при нагріванні ці сплави інтенсивно окислюються, а їх оксиди тугоплавки. Так, температура плавлення алюмінію складає 657 ° С, а його окислів - 2050 »С. Плівка оксидів ускладнює процес сплаву присадочного матеріалу з основним і перешкоджає виходу газів з розплавленого металу. Видаляють оксиди флюсами або електродними покриттями, що розчиняють або зв'язують окис алюмінію. Присадних матеріалів можуть служити стрижні того ж складу, що й основний метал.
У практиці ремонту тепловозів частіше для зварювання і наплавлення деталей з алюмінію користуються ацетіленокіслородной зварюванням. Хороші результати дає електродугове зварювання в захисному середовищі інертного газу аргону (аргонодуговая зварювання неплавким електродом). Однак застосування цього виду зварювання обмежується високою вартістю і дефіцитністю аргону.
Напівавтоматична і автоматична зварка і наплавлення. Електричне зварювання і наплавка, при якій механізована (автоматизована) тільки подача присадочного матеріалу, називається напівавтоматичною; якщо ж механізовано і пересування електрода уздовж шва - автоматичної. Розглянуті види зварювання і наплавлення в даний час знаходять все більше застосування на тепловозоремонтних заводах і в депо з великим об'ємом ремонтних робіт. При напівавтоматичного і автоматичної зварюванні електрична дуга і розплавлена ванночка металу ізолюються від повітря флюсом або захисним нейтральним газом.
Зварювання та наплавлення під шаром флюсу. При цьому процесі електрична дуга горить під шаром сухого зернистого флюсу, що надходить перед дугою з патрубка. Плавиться як електрод (гола НЕ-обмазані дріт), що подається в зону плавлення з постійною швидкістю, так і частина флюсу. При цьому над зварювальної ванній утворюється газовий міхур, флюсова оболонка якого (рідкий шлак) надійно захищає зону горіння від впливу повітря. Ця ж оболонка не дає розбризкується рідкого металу, зберігає тепло дуги, уповільнює охолодження шва, так як після охолодження над швом утворюється щільна шлаковая кірка.
Флюс створює сприятливі умови для виходу газів зі зварювальної ванни, тобто сприяє формуванню однорідної і щільного шару наплавленого металу з меншою кількістю шлакових і газових включень і хорошими механічними властивостями. Крім того, внаслідок тривалого контакту флюсу з рідким металом відбувається легування наплавленого шару. При автоматизації процесу не тільки виходить більш якісний шов, а й значно підвищується продуктивність праці, економніше витрачається електродний дріт і електроенергія. Крім того, роботу можуть виконувати зварники нижчої кваліфікації.
Разом з тим у автоматизованого процесу є і недоліки: значна глибина зони термічного впливу; утруднення при наплавленні деталей діаметром менше 100 мм, так як розплавлений флюс і шлак не встигають затвердіти і стікають з поверхні деталі, і, крім того, такі деталі сильно деформуються; висока вартість флюсів, необхідних для отримання шару великої твердості; великі втрати часу на допоміжні роботи.
Автоматичної наплавленням під шаром флюсу доцільно відновлювати деталі класів «вал» і «отвір» великих розмірів, що мають значний знос, шляхом послідовного накладення зварних швів по гвинтовий лінії при обертанні деталі.
Наплавлення в середовищі захисних газів. Цей спосіб відрізняється від наплавлення під шаром флюсу тим, що електрична дута і зварювальний ванна ізолюються від повітря оболонкою інертного газу - аргону або вуглекислого газу. Зварювання і наплавлення в захисному середовищі інертного газу рекомендується вести на постійному струмі зворотної полярності для отримання більш стійкою дуга і меншою зони термічного впливу.
Розглянутий вид наплавлення широко застосовується при відновленні ліжок корінних підшипників колінчастого вала дизеля (наплавка в середовищі вуглекислого газу) і алюмінієвих блоків дизелів (аргонодутовая зварювання і наплавка).
Вибродуговая наплавлення. Цей спосіб відрізняється від звичайної автоматичної електродугової наплавки тим, що електродний дріт у процесі наплавлення безперервно вібрує, внаслідок чого електрична дуга горить не постійно, а збуджується періодично. Циклічність збудження дуги сприяє більш стійкому протіканню процесу і переносу електродного матеріалу на деталь в дрібнокрапельне стані, що дозволяє отримувати щільні шари наплавленого металу невеликої товщини (від 0,50 до 2 мм) при малій глибині зони термічного впливу, тобто практично без деформації деталі. Тому спосіб вибродуговой наплавлення широко застосовують для відновлення деталей класів «вал» і «отвір» порівняно малого діаметра і з незначним зносом (рис. 3.4).
Для вибродуговой наплавлення найчастіше використовують старі то-карно-гвинторізні верстати, що забезпечують обертання деталі і поздовжнє переміщення вибродуговой головки. Вібрація електрода досягається електромагнітним або механічним вібратором, або за рахунок ексцентриситету мундштука головки.