Лабораторная работа №4

Тема: Магнитная дефектации деталей.

Цель работы: Изучить магнитный способ дефектации (выявление трещин и окрашенных дефектов), его сущность. Ознакомиться с конструкцией и принципом действия. Изучить устройство и работу переносного магнитного дефектоскопа 77ПМД-3М. Приобрести практические навыки по обнаружении магнитным методом скрытых дефектов в деталях.

Оборудование и инструменты: суспензия (крокус), порошок, дефектоскоп 77ПМД-3М (магнитный.) измерительные инструменты.

Задание:

1. Ознакомиться с рекомендуемой литературой и методическими указаниями.

2. Произвести дефектовку наглядного пособия.

3. Указать основные методы дефектовки.

4. Оформить отчет по проделанной работе и защитить лабораторную работу.

Лабораторная работа №

Тема: Восстановление деталей сваркой и наплавкой

Цель: Изучить основные виды и способы сварки и наплавки. Рассмотреть основные характеристики процессов их преимущества и недостатки.

Задание:

1. Изучить назначение, сферу применения, основные характеристики, преимущества и недостатки процессов сварки и наплавки.

2. Изобразить схему ручной наплавки, рассмотреть сущность процесса.

3. Изобразить схему автоматичес­кой дуговой наплавки цилиндрических деталей, рассмотреть сущность процесса.

4. Изобразить схему наплавки в среде углекислого газа, рассмотреть сущность процесса.

5. Изобразить схему установки для вибродуговой наплавки, рассмотреть сущность процесса.

6. Изобразить схему плазмотрона, рассмотреть сущность процесса.

7. Изобразить схему злектроконтактной приварки стальной ленты, рассмотреть сущность процесса.

Материал для подготовки

Ручная сварка и наплавка плавящимися электродами (рис. 1). Параметры режима — это сила тока, напряжение и скорость наплавки. Для получения минимальной глубины проплавлення основного металла электрод наклоняют в сто­рону, обратную направлению наплавки.

Рис. 1. 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

Сила тока зависит от толщины материала ремонтируе­мого изделия и определяется по формуле

где — коэффициент, зависящий от толщины свариваемого из­делия;

— толщина материала, мм.

Напряжение дуги составляет 22—40 В. Диаметр электро­да _эл = 0,58 + (1-2) мм. Длина дуги не должна превышать диаметра электрода.

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

Для уменьшения вредного последствия явлений сварку и наплавку ведут электродами с обмазкой — тонкой или толстой.

Малоответственные детали сваривают электродами с тон­кой обмазкой, которые изготовляют из проволоки Св-08. Проволоку рубят на куски длиной 300-500 мм и покрыва­ют обмазкой, состоящей из 3/4 мела и 1/4 жидкого стекла, разведенного в воде до сметанообразного состояния.

Определяющим при выборе толстых электродов явля­ется процесс — сварка или наплавка. Для сварки использу­ют электроды, обозначаемые буквой «Э» с двузначной циф­рой через дефис, например Э-42. Цифра показывает проч­ность сварочного шва на разрыв.

Наплавочные электроды обозначают двумя буквами «ЭН» и цифрами, которые показывают гарантированную твердость наплавленного данным электродом слоя.

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— 3300С. Ацетилен получают с помощью ацетиленовых генераторов, а кислород сохраняют и транспортируют в сталь­ных баллонах вместимостью 40 л под давлением 15 МПа.

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 — это его подача по мере оплавления к детали и пере­мещение вдоль сварочного шва.

Сущность способа наплавки под флюсом (рис. 2) 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, которая защищает расплавленный металл от окисления, уменьшает разбрызгивание и угар. При кристаллизации расплавленного металла образуется сварочный шов.

Рис. 2. 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, т. е. легирования металла через проволоку и флюс и равно­мерного по химическому составу и свойствам;

• защита сварочной дуги и ванны жидкого металла от вредного влияния кислорода и азота воздуха;

• выделение растворенных газов и шлаковых включе­ний из сварочной ванны в результате медленной кристаллизации жидкого металла под флюсом;

• возможность использования повышенных сварочных токов, которые позволяют увеличить скорость сварки, что спо­собствует повышению производительности труда в 6—8 раз;

• экономичность в отношении расхода электроэнергии и электродного металла;

• отсутствие разбрызгивания металла благодаря стати­ческому давлению флюса; возможность получения слоя на­плавленного металла большой толщины (1,5-5 мм и более);

• 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 в верхнем положении шва и деталей диаметром менее 40 мм из-за отекания наплав­ленного металла и трудности удержания флюса на поверх­ности детали;

• сложность применения для деталей сложной конст­рукции, необходимость и определенная трудность удаления шлаковой корки;

• возможность возникновения трещин и образования пор в наплавленном металле.

Режим наплавки определяется силой тока, напряжени­ем, скоростью наплавки, материалом электродной проволо­ки, ее диаметром и скоростью подачи, маркой флюса и пере­мещением электрода, шагом наплавки.

При наплавке сварку обычно ведут постоянным током обратной полярности. Напряжение сварочной дуги задают в пределах 25-35 В, скорость наплавки составляет 20-25 м/ч, подачи проволоки — 75-180 м/ч.

Схема дуговой наплавки под флюсом цилиндрических деталей приведена на рис. 2. Деталь 5 устанавливают в патроне или центрах специально переоборудованного то­карного станка, а наплавочный аппарат — на его суппорте. Электродная проволока подается из кассеты 2 роликами по­дающего механизма наплавочного аппарата в зону горения электрической дуги. Движение электрода вдоль сварочно­го шва обеспечивается вращением детали, а по длине на­плавленной поверхности продольным движением суппор­та станка. Наплавка производится винтовыми валиками с взаимным их перекрытием примерно на 1/3. Сыпучий флюс 4, состоящий из отдельных мелких крупиц, в зону горения дуги поступает из бункера 3. Под воздействием высокой температуры часть флюса плавится (рис. 3), образуя вок­руг дуги эластичную оболочку, которая надежно защищает расплавленный металл от действия кислорода и азота. Пос­ле того как дуга переместилась, жидкий металл твердеет вместе с флюсом, образуя на наплавленной поверхности лом­кую шлаковую корку. Флюс, который не расплавился, мо­жет быть снова использован. Электродная проволока пода­ется с некоторым смещением от зенита «е» наплавляемой поверхности в сторону, противоположную вращению детали. Это предотвращает отекание жидкого металла свароч­ной ванны. Режимы наплавки устанавливаются в зависи­мости от диаметра наплавляемой поверхности детали.

Для наплавки используются наплавочные головки А-580М, ОКС-5523, А-765 или наплавочные установки СН-2, УД-209 и другие.

Рис. 3. Схема горения электри­ческой дуги под слоем флюса: 1 — наплавленный металл; 2 — шлаковая корка; 3 — флюс; 4 — электрод; 5 — расплавлен­ный флюс; 6 — расплавленный металл; 7 — основной металл; е — смещение электрода с зенита

Для наплавки используют электродную проволоку:

• для низкоуглеродистых и низколегированных ста­лей — из малоуглеродистых (Св-08, Св-08А), марганцовистых (Св-08Г, Св-08ГА, Св 15Г) и кремниймарганцовистых (Св-08ГС, Св-08Г2С, Св-12ГС) сталей;

• с большим содержанием углерода — Нп-65Г, Нп-80, Нп-ЗОХГСА, Нп-40Х13 и др.

В зависимости от способа изготовления флюсы для ав­томатической наплавки делят на плавленые, керамические и флюсы-смеси. Плавленые флюсы содержат стабилизирую­щие и шлакообразующие элементы, но в них не входят легирующие добавки, поэтому они не могут придавать слою, на­плавленному малоуглеродистой, марганцовистой и кремний- марганцовистой проволоками, высокую твердость и износос­тойкость. Из плавленых флюсов наиболее распространены АН-348А, АН-60, ОСу-45, АН-20, АН-28.

Керамические флюсы (АНК-18, АНК-19, АНК-30, КС-Х14Р, ЖСН-1), кроме стабилизирующих и шлакообразующих эле­ментов, содержат легирующие добавки, главным образом в виде ферросплавов (феррохрома, ферротитана и др.), дающие слою, наплавленному малоуглеродистой проволокой, высокую твердость без термообработки и износостойкость.

Для наплавки деталей с большим износом рекоменду­ется применять автоматическую наплавку порошковой про­волокой, в состав которой входят феррохром, ферротитан, ферромарганец, графитовый и железные порошки. Исполь­зуют два типа порошковой проволоки: для наплавки под флюсом и для открытой дуги без дополнительной защиты. Режимы наплавки зависят от марки проволоки и диаметра детали. Разбрызгивание электродного материала во время наплавки можно уменьшить, используя постоянный ток низ­кого напряжения (20-21 В). Выпускаются проволоки для сварки и наплавки как стальных, так и чугунных деталей (ПП-АН1, ПП-1ДСК и др.)

При наплавке могут возникнуть дефекты:

• неравномерность ширины и высоты наплавленного валика из-за износа мундштука или подающих роликов, чрез­мерного вылета электрода;

• наплыв металла вследствие чрезмерной силы сварочно­го тока или недостаточного смещения электродов от зенита;

• поры в наплавленном металле из-за повышенной влажности флюса (его необходимо просушить в течение 1— 1,5 ч при температуре 250-300°С).

В ремонтном производстве наплавку под флюсом при­меняют для восстановления шеек коленчатых валов, шлицевых поверхностей на различных валах и других деталей ав­томобиля.

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 (рис. 4) 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 перемешивается. В зону горе­ния дуги под давлением 0,05-0,2 МПа по трубке подается углекислый газ, который, вытесняя воздух, защищает расплав­ленный металл от вредного действия кислорода и азота воз­духа.

Рис. 4. 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

При наплавке используют токарный станок, в патроне которого устанавливают деталь 8, на суппорте крепят напла­вочный аппарат 2 (рис. 5). Углекислый газ из баллона 7 подается в зону горения. При выходе из баллона 7 газ резко расширяется и переохлаждается. Для подогрева его пропускают через электрический подогреватель 6. Содержащуюся в углекислом газе воду удаляют с помощью осушителя 5, который представляет собой патрон, наполненный обезвожен­ным медным купоросом или силикагелем. Давление газа понижают с помощью кислородного редуктора 4, а расход его контролируют расходомером 3.

Рис. 5. Схема установки для дуговой наплавки в углекислом газе: 1 — кассета с проволокой; 2 — наплавочный аппарат; расходомер; 4 — редуктор; 5 — осушитель; 6 — подогрева­тель; 7 — баллон с углекислым газом; 8 — деталь

К достоинствам способа относятся:

• меньший нагрев деталей;

• возможность наплавки при любом пространственном положении детали;

• более высокую по площади покрытия производитель­ность процесса (на 20-30%);

• возможность наплавки деталей диаметром менее 40 мм;

• отсутствие трудоемкой операции по отделению шла­ковой корки.

Недостатки:

• повышенное разбрызгивание металла (5-10%),

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

• открытое световое излучение дуги.

Для наплавки применяют следующее оборудование:

• наплавочные головки АБС, А-384, А-409, А-580, ОКС-1252М;

• источники питания ВС-200, ВСУ-300, ВС-400, ПСГ-350, АЗД-7,5/30;

• подогреватели газа;

• осушитель, заполненный силикагелем КСМ крупно­стью 2,8-7 мм;

• редукторы-расходомеры ДРЗ-1—5—7 или ротаметры РС-3, РС-ЗА, РКС-65, или кислородный редуктор РК-53Б.

При наплавке используют материалы:

• электродную проволоку Св-12ГС, Св-0,8ГС, Св-0,8Г2С, Св-12Х13, Св-06Х19Н9Т, Св-18ХМА, Нп-ЗОХГСА;

• порошковую проволоку ПП-Р18Т, ПП-Р19Т, ПП-4Х28Г и др.

Режимы наплавки, выполняемой на цилиндрических деталях, приведены в табл. 10.

Наплавку в среде углекислого газа производят на посто­янном токе обратной полярности. Тип и марку электрода

выбирают в зависимости от материала восстанавливаемой детали и требуемых физико-механических свойств наплав­ленного металла. Скорость подачи проволоки зависит от силы тока, устанавливаемой с таким расчетом, чтобы в процессе наплавки не было коротких замыканий и обрывов дуги. Скорость наплавки зависит от толщины наплавляемого ме­талла и качества формирования наплавленного слоя. Наплав­ку валиков осуществляют с шагом 2,5-3,5 мм. Каждый пос­ледующий валик должен перекрывать предыдущий не ме­нее чем на 1/3 его ширины.

Твердость наплавленного металла в зависимости от мар­ки и типа электродной проволоки 200-300 НВ.

Расход углекислого газа зависит от диаметра электро­дной проволоки. На расход газа оказывают также влияние скорость наплавки, конфигурация изделия и наличие дви­жения воздуха.

Механизированную сварку в углекислом газе применя­ют при ремонте кабин, кузовов и других деталей, изготовлен­ных из листовой стали небольшой толщины, а также для устранения дефектов резьбы, осей, зубьев, пальцев, шеек ва­лов и т.д.

Электродуговая наплавка неплавящимся электродом (вольфрамовым) в среде аргона. Этот способ наплавки ши­роко используется для восстановления алюминиевых спла вов и титана. Сущность способа — электрическая дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и деталью. В зону сварки подается защитный газ — аргон, а'присадоч- ный материал — проволока (так же, как при газовой сварке). Аргон надежно защищает расплавленный металл от окисле­ния кислородом воздуха. Наплавленный металл получается плотным, без пор и раковин. Добавление к аргону 10-12% углекислого газа и 2-3% кислорода способствует повыше нию устойчивости горения дуги и улучшению формирова­ния наплавленного металла. Благодаря защите дуги струя­ми аргона (внутренняя) и углекислого газа (наружная) в 3 4 раза сокращается расход аргона при сохранении качества защиты дуги.

К преимуществам способа относятся:

— 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, так как аргон задерживает ультрафиолетовые лучи.

Недостатки:

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

• использование аргона.

Режим сварки определяется двумя основными парамет­рами: силой тока и диаметром электрода. Силу сварочного тока выбирают исходя из толщины стенки свариваемой де­тали (чем тоньше стенка, тем меньше сила сварочного тока), она составляет 100-500 А. Диаметр вольфрамового электро­да составляет 4—10 мм.

Устойчивость процесса наплавки и хорошее формирова­ние наплавленного металла позволяют вести процесс на вы­соких скоростях — до 150 м/ч и выше.

Для наплавки в среде защитных газов применяют:

• специальные автоматы и установки АГП-2, АДСП-2, УДАР-300, УДГ-501;

• полуавтоматы А-547Р, Л-537, ПШП-10;

• преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500.

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

На рис. 28 дана принципиальная схема вибродуговой установки с электромеханическим вибратором. Деталь 3, подлежащая наплавке, устанавливается в патроне или в цен­трах токарного станка. На суппорте станка монтируется на­плавочная головка, состоящая из механизма 5 подачи прово­локи с кассетой 6, электромагнитного вибратора 7 с мундш­туком 4. Вибратор создает колебания конца электрода с ча­стотой 110 Гц и амплитудой колебания до 4 мм (практически 1,8-3,2 мм), 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.

Электроснабжение установки осуществляется от источ­ника тока напряжением 24 В. Последовательно с ним вклю­чен дроссель 9 низкой частоты, который стабилизирует силу сварочного тока. Реостат 8 служит для регулировки силы тока в цепи. В зону наплавки при помощи насоса 1 из бака 2 подается охлаждающая жидкость (4-6% -ный раствор каль­цинированной соды в воде), которая защищает металл от окисления.

К преимуществам способа относятся:

• небольшой нагрев деталей, не влияющий на нагрев деталей;

• небольшая зона термического влияния; высокая про­изводительность процесса;

• возможность получать наплавленный слой без пор и трещин; минимальная деформация детали, которая не пре­вышает полей допусков посадочных мест.

К недостаткам способа относят:

• снижение усталостной прочности деталей после на­плавки на 30—40%.

Рис. 6. Схема установки для вибродуговой наплавки: 1 — насос; 2 — бак; 3 — деталь; 4 — мундштук;

5 — механизм подачи; 6 — кассета; 7 — вибратор; 8 — реостат; 9 — дроссель

Качество соединения наплавленного металла с основным зависит от полярности тока, шага наплавки (подача суппор­та станка на один оборот детали), угла подвода электрода к детали, качества очистки и подготовки поверхности, подле­жащей наплавленню, толщины слоя наплавки и др.

Высокое качество наплавки получают при токе обрат­ной полярности («+» на электроде, «-» на детали), шаге на­плавки 2,3-2,8 мм/об и угле подвода проволоки к детали 15-30°. Скорость подачи электродной проволоки не должна превышать 1,65 м/мин, а скорость наплавки — 0,5— 0,65 м/мин.

Вибродуговой наплавкой восстанавливают детали с ци­линдрическими, коническими наружными и внутренними поверхностями, а также с плоскими поверхностями (рис. 29).

При однослойной наплавке толщина слоя колеблется от 0,5 до 3 мм, а при многослойной наплавке ее можно полу­чить любой толщины.

Рациональный режим наплавки:

- напряжение — 28-30 В; сила тока — 70-75 А (диа­метр проволоки 1,6 мм);

- скорость подачи проволоки — 1,3 м/мин;

- скорость наплавки — 0,5-0,6 м/мин;

- амплитуда вибрации — 1,82 мм.

Плазменно-дуговая сварка и наплавка. Плазменная струя представляет собой частично или полностью ионизи­рованный газ, обладающая свойствами электропроводности и имеющая высокую температуру. Она создается дуговым разрядом, размещенным в узком канале специального уст­ройства, при обдуве электрической дуги потоком цлазмооб- разующего газа. Устройства для получения плазменной струи получили название плазмотронов или плазменных горелок (рис. 30). Плазменную струю получают путем нагрева плаз- мообразующего газа в электрической дуге, горящей в закры­том пространстве. Температура струи достигает 10 000- 30 000 С, а скорость в 2-3 раза превышает скорость звука.

Рис. 7. Схема плазмотрона: а — для работы на порошках; б — для работы на проволоке; 1 — сопло плазменной струи (анод); 2, 3 — подвод и отвод охлаждающей воды; 4 — изолирующее кольцо; 5 — подвод плазмообразующего газа; б — вольфрамовый электрод (катод); 7 — подача напыляемого порошка; 8 — контактное устройство для проволоки; 9 — напыляемая проволока (анод); 10— направляющая трубка для проволоки

Электроконтактная приварка ленты (проволоки). Сущ­ность процесса — точечная приварка стальной ленты (про­волоки) к поверхности детали в результате воздействия мощ­ного импульса тока. В точке сварки происходит расплавле­ние металла ленты (проволоки) и детали Схема приварки металлической ленты к поверхности вала показана на рис 8. Деталь 2 устанавливают в центрах 1 или патроне, а сва­рочная головка с роликами 4 Лента (проволока) плотно при­жимается роликами посредством пневмоцилиндров. Подвод тока к роликам производится от трансформатора 5. Требуе­мая длительность цикла обеспечивается прерывателем тока.

Ленту приваривают ко всей изношенной поверхности или по винтовой линии в процессе вращения детали. Скорость вращения детали пропорциональна частоте импульсов и про­дольному перемещению Сварочной головки.

Рис. 8. Схема злектроконтактной приварки стальной ленты: — центр; 2 — восстанавливаемая деталь; 3 — лента; ролик, 5 — трансформатор; 6 — прерыватель тока

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 наплавленного металла с лю­быми свойствами;

• благоприятные санитарно-производственные условия работы сварщика.

Недостаток — ограниченность толщины наплавленного слоя и сложность установки.

Способ электроконтактной приварки ленты используется для восстановлении поверхностей валов, а также отверстий в чугунных и стальных деталях, в том числе корпусных.

Особенности сварки чугунных деталей. Многие корпус­ные детали изготавливаются 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. 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.

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

Горячая сварка чугуна — процесс, который предусматри­вает нагрев детали (в печи щи 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.

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.

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.

Вопросы для контроля:

1.

Литература

1.

Лабораторная работа

Тема: Восстановление деталей методом наплавки покрытий

Цель: Изучить основные способы наплавки. Изучить технологический процесс восстановления, оборудование и принцип действия.

Задание:

1. Ознакомится с характером покрытия получаемого после восстановления.

2. Изучить основные способы наплавки.

3. Определить рациональный способ наплавки.

4. Зарисовать схемы механизированного способа наплавки.

Материалы для подготовки

Наплавка покрытий - это процесс нанесения покрытия из расплавленного материала на разогретую до температуры плавления поверхность восстанавливаемой детали.

Покрытия, полученные наплавкой, характеризуются отсутствием пор, высокими значениями модуля упругости и прочности на разрыв. Прочность соединения этих покрытий с основой соизмерима с прочностью материала детали.

Если в машиностроительном производстве наплавку применяют для повышения износостойкости трущихся поверхностей, то в ремонтном производстве в основном для проведения последующих работ по восстановлению расположения, формы и размеров изношенных элементов. Восстановительная наплавка при этом обеспечивает также получение новых свойств поверхностей: коррозионной, эрозионной, кавитационной. износо-, жаростойкости и др.

Доля трудоемкости сварки и наплавки составляет ~ 70 % всех способов создания ремонтных заготовок при восстановлении деталей. Наплавка изношенных поверхно-стей занимает ведущее место вследствие своей универсальности.

Способы наплавки делят на группы в зависимости от видов применяемых источ-ников тепла, характера легирования и способа защиты формируемого покрытия от влияния кислорода и азота воздуха.

Электродуговая наплавка имеет много видов. При их классификации учитывают следующие классификационные признаки:

- уровень механизации (ручная, полуавтоматическая, автоматическая);

- вид применяемого тока (постоянный, переменный, импульсный, специальной характеристики);

- вид электрода (плавящийся, неплавящийся);

- полярность электрода при постоянном токе (прямая, обратная);

- вид дуги (прямая, косвенная);

- режим (стационарный, нестационарный);

- способ защиты зоны наплавки от воздушной атмосферы (в среде защитных газов, водяных паров, жидкости, под слоем флюса, комбинированный);

- способ легирования наплавляемого металла (покрытием электрода, флюсом, электродным материалом, комбинированный).

Электродуговая наплавка получила наибольшее распространение в ремонте машин среди способов нанесения покрытий. Этот способ по сравнению с другими спо-собами создания ремонтных заготовок дает возможность получать слои с высокой производительностью практически любой толщины, различного химического соста-ва и с высокими физико-механическими свойствами. Наплавочные покрытия наносят на цилиндрические поверхности диаметром > 12 мм.

Технологические особенности электродуговой наплавки используют в целях ос-лабления нежелательных сопутствующих явлений, таких как окисление металла, поглощение азота, выгорание легирующих примесей и нагрев материала детали выше температуры фазовых превращений. Эти явления приводят к снижению прочности сварочного шва, нарушению термообработки материала, объемным, структурным и фазовым изменениям и короблению детали. Перемешивание материалов основы и покрытия ухудшает ею свойства.

При электродуговой наплавке применяют главным образом плавящиеся электро-ды. Неплавящиеся угольные электроды с введением присадочного материала в дугу используют при сварке тонколистовой стали и свинца и при наплавке твердыми сплавами почворежущих деталей. Сварка неплавящимся вольфрамовым электродом применяется при аргонодуговой наплавке.

Электродуговая сварка под слоем флюса по сути, является развитием ручной на-плавки электродами с толстыми качественными покрытиями. Электрошлаковая наплавка характеризуется тем, что на нагретой поверхности детали образуется ванна расплавленного флюса, в которую введен электрод, а к детали и электроду приложено напряжение. Ток, проходящий от электрода через жидкий шлак к детали, выделяет тепло, достаточное для плавления шлака и электродного металла.

Электрошлаковая наплавка применяют для получения биметаллических изделий и восстановления изношенных поверхностей крупных деталей с износом > 10 мм. Таким образом восстанавливают опорные катки гусеничных машин, звенья гусениц, работающие в абразивной среде, инструмент, шестерни коробок передач и другие детали. ЭШН целесообразно применять при больших партиях деталей и значительных объемах наплавочных работ.

Сущность наплавки в среде защитных газов состоит в том, что в зону электрической дуги подают под давлением защитный газ, в результате чего столб дуги, а также сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха.

Для создания защитной атмосферы используют: инертные газы (аргон, гелий и их смеси), активные газы (диоксид углерода, азот, водород, водяной пар и их смеси) и смеси инертных и активных газов. Разновидностью процесса является газопламенная защита от сгорания горючих газов или жидкого углеводородного топлива. Наилучшую защиту металла при наплавке обеспечивают инертные газы, однако их применение ограничивается высокой стоимостью.

Применение флюса или защитных газов при дуговой наплавке связано с определенными технологическими трудностями. Использование порошковой проволоки или ленты с необходимым составом сердечника позволяет отказаться от флюса и защитных газов.

В состав сердечников электродных материалов кроме порошков легирующих компонентов вводят газо- и шлакообразующие вещества, которые защищают жидкий металл от воздействия атмосферы и повышают стабильность процесса наплавки.

Вибродуговая наплавка: электрод и деталь оплавляются во время дугового разряда, при этом на конце электрода образуется капля металла. Мелкокапельный перенос металла на деталь происходит преимущественно во время короткого замыкания. Так как длительность существования дуги составляет ~ 20 % времени цикла, то провар основного металла неглубокий, с небольшой зоной термического влияния.

Импульсно-дуговая наплавка представляет собой разновидность электродуговой наплавки. В этом случае на основной сварочный ток непрерывно горящей дуги с помощью специального генератора налагают кратковременные импульсы тока, которые ускоряют перенос капель металла и уменьшают их размер.

Плазменная наплавка - это процесс нанесения покрытий плазменной струей, когда деталь включена в цепь тока нагрузки. В этом случае с помощью плазменной струи нагреваются поверхность восстанавливаемой детали и наносимый материал. Материал перемещается плазменной струей. Температура ее может превышать 20 000 К.

При плазменной наплавке в отличие от аргонодуговой наплавки электрическая дуга сжимается стенками водоохлаждаемого сопла. Газ, продуваемый сквозь эту ду-гу, приобретает свойства плазмы - становится ионизированным и электропроводя-щим. Слой газа, соприкасающийся со стенками сопла, интенсивно охлаждается, утрачивает электропроводность и выполняет функции электрической и тепловой изоляции, что приводит к уменьшению диаметра плазменной струи, который составляет 0,7 диаметра сопла. В качестве плазмообразующего газа чаще применяется аргон. Наплавка с заменой аргона воздухом (до 90 %) значительно снижает стоимость восстановления деталей.

Сущность электромагнитной наплавки заключается в нанесении покрытия из порошка на поверхность заготовки в магнитном поле при пропускании постоянного тока большой силы через зоны контакта частиц порошка между собой и с заготовкой.

Магнитное поле создают в зазоре между заготовкой и полюсным наконечником. Оно выстраивает мостики частиц ферромагнитного порошка между указанными элементами. На магнитное поле, в свою очередь, налагают электрическое поле путем приложения напряжения к заготовке и полюсному наконечнику. Восстановительное покрытие получается за счет нагрева частиц порошка в зазоре, их оплавления и закрепления на восстанавливаемой поверхности.

Лазерная наплавка использует в качестве источника тепла концентрированный луч лазера.

С помощью лазеров выполняют: наплавку, оплавление напыленных поверхностей, поверхностное легирование, поверхностную закалку и аморфизацию материала. Лазерный вид нагрева позволяет также устранять повреждения в виде трещин в высоконагруженных деталях с нерегулярным режимом нагружения, соединять детали в труднодоступных местах и керамические изделия. После лазерной обработки деталей с трещинами по режиму, обеспечивающему их частичное оплавление, с последующей нормализацией детали работа разрушения детали на 30 % выше по сравнению с образцами, имеющими начальные трещины.

Сущность электронно-лучевой наплавки заключается в нагреве материала и поверхности детали потоком электронов. Способ обеспечивают высококонцентрированное вложения энергии в нагреваемую поверхность.

Газовая наплавка: этот вид наплавки получил распространение при нанесении покрытий из цветных металлов в виде проволоки и твердых сплавов в виде порошка. Несмотря на невысокую мощность газового пламени, оно дает мягкий и локальный нагрев, позволяет наносить покрытия на малогабаритные детали с небольшим износом в труднодоступных местах.

Список литературы:

1.Восстановлене деталей машин: Справочник / Ф.И. Панте-леенко, В.П. Лялякин, В.П. Иванов, В.М.Константинов; Под ред. В.П. Иванова.-М.: Машиностроение, 2003.-672с.

2.Восстановление изношенных деталей автоматической вибродуговой наплавкой. Челябинск, Кн. Изд., 1956.-207с.

3. Восстановление изношенных деталей наплавкой трубчатыми электродами. М., ЦБТИ, 1960.-33с.