Методы восстановления деталей

Рис. 8.Способы правки валов.

4.Ремонт деталей  сваркой.

4.1.Общие положения.

   Сварка и наплавка  являются самыми прогрессивными  и широко распространенными способами  ремонта деталей. Они занимают  около 70% всего объема работ по  восстановлению деталей. Сваркой  и наплавкой рекомендуют ремонтировать  детали, изготовленные из стали, чугуна и цветных металлов, например, блоки цилиндров, головки блоков  цилиндров, коленчатые валы, картеры, опорные катки, направляющие колеса, звенья гусениц, ковши, валы, оси. Ремонт  деталей этими способами наиболее  экономичный, не требует сложного  оборудования и прост при выполнении  технологического процесса.

   Сваркой называется  процесс получения неразъемных  соединений посредством установления  межатомных связей между свариваемыми  частями при их местном или  общем нагреве, пластическом деформировании, или совместным действием того  и другого. Сварку применяют для  соединения и закрепления отломанных  и добавочных деталей (втулок, пластин, зубчатых венцов), заделки трещин, разрывов, пробоин.

   Наплавкой называется процесс нанесения с помощью сварки слоя металла на поверхность изделия. Наплавку применяют для восстановления изношенных поверхностей деталей, а также повышения износостойкости поверхностей трения.

   В настоящее время  при ремонте применяются следующие  основные виды сварки и наплавки  деталей: ручная дуговая сварка  и наплавка; автоматическая дуговая  наплавка под флюсом; автоматическая  вибродуговая наплавка; дуговая  сварка и наплавка в защитном  газе.

   Ручная  дуговая сварка. Ручная дуговая сварка применяется 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. Ручная дуговая наплавка применяется для наплавки изношенных поверхностей отверстий, валов, осей, ножей отвалов, щек дробилок, звездочек и т. д. Ручная дуговая сварка и наплавка осуществляется неплавящимися угольными, графитовыми или вольфрамовыми и плавящимися металлическими электродами. Сварка и наплавка неплавящимися электродами имеют ограниченное применение, используются только при сварке цветных металлов и наплавке изношенных поверхностей твердыми сплавами. В ремонтном производстве широко применяется дуговая сварка и наплавка плавящимися металлическими электродами.

   Для повышения  производительности труда и снижения  расхода электроэнергии в ремонтном  производстве применяются высокопроизводительные  методы ручной дуговой сварки  и наплавки пучком электродов  и трехфазной дугой.

   Сварка и наплавка  пучком электродов применяется  тогда, когда требуется наплавлять  большое количество металла. Сущность  этого метода состоит в следующем. Несколько обычных покрытых обмазкой  электродов складывают вместе  и скрепляют проволокой. Контактные  концы сваривают и вставляют  в электродержатель. В этом случае  получается блуждающая дуга, так  как горит она попеременно  между отдельными электродами  и поверхностью детали. При сварке  и наплавке пучком, состоящим  из пяти и более электродов, часть стержней не включается  в цепь сварочного тока, и они  плавятся за счет тепла сварочной  ванны. Сварка и наплавка пучком  электродов может выполняться  на повышенном токе и увеличивает производительность в 1,5—2 раза. Применение этого метода на 20—30% снижает расход электроэнергии за счет лучшего использования тепла дуги. Кроме того, значительно уменьшается местный нагрев детали, вследствие чего деталь меньше подвергается короблению.

   Сварка и наплавка  трехфазной дугой применяется  там, где требуется наплавлять  большой объем металла. Этим методом  сваривают детали из низколегированных  и легированных сталей большой  и средней толщины, а также  ведут наплавку твердых сплавов. Для сварки и наплавки трехфазной  дугой применяют специальные  электроды, состоящие из двух  стержней (рис. 47, а), имеющих общее  покрытие, но изолированных один  от другого. Зачищенные концы  стержней соединяют с электродержателем  особой конструкции (рис. 47, б), позволяющим  подводить ток к каждому стержню  отдельно. При сварке (наплавке) две  фазы присоединяют к электродержателю  и третью — к изделию. В процессе  сварки (наплавки) горят одновременно  три дуги, две — между каждым  стержнем и деталью (рис. 47, а) и  одна — между двумя стержнями. Вследствие выделения большого  количества тепла производительность  сварки (наплавки) по сравнению с  однофазной увеличивается в 2—3 раза. При диаметре стержней электрода  6 мм и трехфазной дуге можно наплавить до 8 кг металла в час, при этом за счет лучшего использования тепла расход электроэнергии снижается на 20—30%. Питание дуги производится от специальных трансформаторов типа 3-СТ и ТТС-400.

   Процесс сварки  и наплавки металла состоит  из трех этапов: подготовки деталей, сварки (наплавки), зачистки.

   Подготовка деталей. Если поверхности, подлежащие сварке  или наплавке, загрязнены или  покрыты ржавчиной, в наплавленном  металле будут образовываться  шлаковые включения, непровар, трещины. Газовые поры появляются в  наплавленном металле, если поверхность  покрыта маслом или влагой. Эти  дефекты значительно ухудшают  качество сварки (наплавки) или приводят  к браку. Поэтому все детали, поступающие  на сварку или наплавку, тщательно  очищают от грязи, ржавчины и  других загрязнений.

   Затем детали обезжиривают  в горячих растворах, моют в  горячей воде и сушат. Наплавляемую  или свариваемую поверхность  желательно очистить до металлического  блеска пескоструйной обработкой, стальными щетками, абразивными  кругами или резцом. Если поверхности  отверстий или валов имеют  неравномерный износ, превышающий  0,5 мм на сторону, то такие поверхности протачивают резцом. Это связано с тем, что рабочая поверхность детали с небольшим износом, если ее предварительно механически не обработать, после наплавки может оказаться в переходном слое, который имеет пониженные механические свойства. Изношенные или поврежденные резьбы (внутренние и наружные) перед наплавкой необходимо срезать для того, чтобы в углубления старой резьбы не попадал шлак, так как загрязнения между гребнями резьбы трудно очистить. В противном случае при наплавке могут образовываться шлаковые включения или поры, снижающие качество наплавленного металла.

   Имеющиеся на наплавленной  поверхности отверстия, шпоночные  пазы и канавки заделывают  медными графитовыми вставками, которые после наплавки удаляют. Трещины подготавливают к сварке  путем разделки кромок при  помощи шлифовального круга на  гибком валу. Для этого может  быть использовано зубило. При  толщине стенок детали до 5 мм разделку можно не делать, а ограничиться зачисткой, прилегающей к трещине поверхности шириной 15—20 мм с каждой стороны. При большой толщине стенок (до 12 мм) трещины разделывают V-образно. Если толщина стенок свариваемой детали более 12 мм, трещину разделывают с двух сторон Х-образно. Концы трещин рекомендуется засверливать, чтобы при сварке они не распространялись дальше.

   Сварка  металла. Для получения доброкачественного сварного соединения или заданного качества наплавленного слоя при восстановлении деталей первостепенное значение имеют правильный выбор типа и марки электрода, а также режимов сварки (наплавки). Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки материала (сталь, чугун, алюминий), из которого изготовлена деталь, и требований к наплавляемому слою.

   При заварке трещин  или поломок обычно применяют  сварочные электроды. Они подразделяются  на ряд типов от Э-34 до Э-145. Основной характеристикой каждого  типа является временное сопротивление  разрыву сварного соединения. Оно  указывается в наименовании типа  электрода. Например, электроды типа  Э-42 дают сварное соединение, имеющее  временное сопротивление разрыву, равное 4,2 МПа. К каждому типу может  относиться несколько марок электродов. Например, к типу Э-42 относятся  электроды марок ОЗЦ-1,0ММ-5; к типу  Э-42А — электроды ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; к Э-46 —ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; к типу  Э-50А —электрод УОНИ-13/55 и др.

   Перечисленные типы  электродов применяются для сварки  мало-и среднеуглеродистых сталей. Стержни всех электродов изготовлены  из проволоки Св-08 диаметром от 1,6 до 12 мм. Типы и марки электродов отличаются друг от друга покрытием (обмазкой). Электроды с меловой обмазкой, состоящей из 70—80% молотого мела и 20—30% жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Меловая обмазка является только стабилизирующей, т. е. способствующей устойчивому горению дуги. Остальные типы и марки электродов имеют качественную обмазку. Эта обмазка, кроме стабилизирующих, содержит защитные, шлакообразующие и газообразующие, а иногда раскисляющие и легирующие элементы. Условное обозначение типов составов покрытий: руднокислое — Р, рутиловое — Т, фтористо-кальциевое—Ф, органическое — О. Полное условное обозначение электрода по ГОСТу содержит последовательно марку и тип электрода, его диаметр, вид состава покрытия и номер ГОСТа. Например, электрод ЦМ-7 диаметром 5 мм, относящийся к типу Э-42, и имеющий покрытие руднокислого типа, будет иметь обозначение ЦМ-7-Э-42-5-Р-ГОСТ 9467—75.

   Сварка малоуглеродистых (с содержанием углерода до 0,20%), а также низколегированных сталей, например, марок 15Х, 20ХНА, 20Х, ЗОХ не  встречает трудностей.

   Углеродистые и  легированные стали со средним  и высоким содержанием углерода  свариваются труднее и склонны  к образованию пор и трещин, поэтому при сварке и наплавке  средне- и высокоуглеродистых и  легированных сталей требуется  предварительный подогрев деталей. При содержании углерода от 0,2 до 0,3% детали рекомендуется подогревать  до температуры 100—150 °С, от 0,3 до 0,45%—до 150—250 °С, от 0,45 до 0,80%—до 250—400 °С. При  восстановлении изношенных деталей  дуговой наплавкой выбор электродов  зависит от марки стали наплавляемой  детали, необходимой твердости и  износостойкости наплавленного  слоя.

   Наплавку изношенных  поверхностей деталей, изготовленных  из малоуглеродистой стали и  не подвергающихся термической  или хи-мико- термической обработке, можно проводить сварочными электродами.

   При наплавке деталей  из среднеуглеродистых и легированных  сталей (например, сталей марок 30, 35, 45, ЗОХ, 40Х), закаленных, а также из  малоуглеродистой стали, но с  цементированной поверхностью, должны  применяться специальные наплавочные  электроды или твердые сплавы.

   ГОСТ 10051—75 устанавливает  ряд типов наплавочных электродов, различаемых по химическому составу  наплавленного слоя. Обозначение  типа электрода расшифровывается  следующим образом: буквы «ЭН»  означают «электрод наплавочный», затем указываются основные химические  элементы, входящие в состав наплавленного  слоя, и их среднее содержание  в процентах. Обозначение химических  элементов общепринятое: У — углерод, С — кремний, Г — марганец, Н — никель, X — хром, Т —титан  и т. д. Сначала указывается содержание  углерода. При этом, если в обозначении  типа электрода имеется буква  «У», то содержание углерода дано  в десятых долях процента, а  если она отсутствует — в  сотых долях. Последние цифры  указывают твердость слоя (HRC). Например, обозначение типа электрода ЭН-14Г2Х-30 означает: электрод наплавочный, в  наплавленном слое содержится 0,14% углерода, 2% марганца, 1% хрома, твердость слоя — 30 HRC.

   Указания на твердость  наплавленного слоя (НВ) содержатся  иногда и в обозначениях марки  электрода, например, электрод ОЗН-300, Т-590 и др. Типам электродов соответствуют  определенные марки электродов. Полное условное обозначение  наплавочного электрода содержит  его марку, тип, диаметр и ГОСТ. Например, электрод марки ОЗН-300 типа  ЭН-15ГЗ-25 диаметром 5 мм будет иметь обозначение: ОЗН-300-ЭН-15ГЗ-25,5,0 —ГОСТ 10051—75 и ГОСТ 9466—75.

Стержни наплавочных электродов изготовляют как из углеродистой, так и из легированной сварочной проволоки. Легирующие элементы вводят в наплавленный слой как и& покрытия и материала стержня, так и только из материала покрытия.

Наиболее широкое применение для наплавки деталей дорожных машин нашли электроды марок ОЗН-300 (тип ЭН-15ГЗ-25), ОЗН-400 (тип ЭН-20Г4-40); для наплавки деталей из высокомарганцовистой стали ПЗ — электроды ОМГ-Н (тип ЭН-70ХН-25); для наплавки быстроизнашивающихся деталей, которые работают в условиях абразивного изнашивания, — электроды марок Т-590, Т-620, ЦС-1, ЦС-2 и др. В последние годы для получения наплавленных слоев высокой твердости применяют трубчатые наплавочные электроды ЭТН-1, ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4. В качестве наполнителя используют твердые сплавы, чаще всего сормайт, ферросплавы, карбид вольфрама. Для холодной сварки (наплавки) деталей из чугуна применяют электроды марок ОМЧ-1, МСТ, МНЧ-1 ЦНИИВТ, ЦЧ-ЗА, АНЧ-1 и др. Для сварки чистого алюминия применяют электроды марки ОЗА-1, а для сварки сплавов алюминия — ОЗА-2.

   Основными параметрами  режимов сварки и наплавки  являются: род тока и полярность, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока и  напряжение дуги. Дуговая сварка  и наплавка металла может производиться  постоянным или переменным током.    На постоянном токе дуга горит  более устойчиво. Сварку (наплавку) на постоянном токе можно вести  на прямой и обратной полярности. При сварке (наплавке) на прямой  полярности к детали присоединяют  «плюс» источника тока, а к  электроду—«минус». На обратной  полярности наоборот. Тепло электрической  дуги распределяется (примерно) следующим  образом: положительный полюс — 43%, отрицательный полюс — 36% и  электрическая дуга — 21%. Это необходимо  учитывать при выборе полярности. Обычно к детали подключают  положительный полюс в тех  случаях, когда она имеет большую  массу и требует значительного  количества тепла для нагрева. Детали, имеющие небольшую массу  или толщину (<3 мм), сваривают при обратной полярности. При сварке переменным током на электродах выделяется примерно одинаковое количество тепла. Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемого материала.