СВАРКА+

1.2.4. Техническое описание и характеристика преобразователя ПГС-500-1

Преобразователь служит для питания одной наплавочной головки постоянным током при его силе 60–500 А.

Преобразователь состоит из сварочного генератора и трехфазного электродвигателя, смонтированного в одном кожухе.

Генератор ПСГ-500-1 имеет жесткую внешнюю характеристику и представляет собой четырехполюсный генератор с самовозбуждением.

Регулирование напряжения производится реостатом, включенным в цепь катушек возбуждения. При повороте маховичка реостата по часовой стрелке сопротивление реостата уменьшается и напряжение генератора увеличивается. Пуск и остановка приводного двигателя осуществляется при помощи пакетного выключателя.

1.3. Используемые материалы при вибродуговойнаплавке

Электродные материалы. Вибродуговую наплавку выполняют электродной проволокой из углеродистых или легированных сталей, лентой, а также порошковой проволокой. Марку проволоки выбирают в зависимости от требуемых механических свойств наплавляемой поверхности. Для большинства деталей требуется высокая твердость наплавленного слоя не менее НRC 42–45. Чтобы обеспечить такую твердость, обычно применяют электродную проволоку с высоким содер-

жанием углерода (0,6–0,8 %): Нп-50, Нп-65, Нп-80, Нп-50Г и Нп-65Г

по ГОСТУ 10543-63. В случаях, когда требуется высокая твердость, следует применять проволоку с более низким содержанием углерода, например, Нп-30. Если не требуется высокой твердости и наплавку

11

производят без охлаждения, например, при наплавке резьбовых поверхностей, можно применять малоуглеродистую проволоку Св-08, Св-10. Эту же проволоку используют при наплавке чугунных деталей.

Обычно при наплавке пользуются проволокой диаметром 1,5–2,0 мм (можно также до 2,5–3,0 мм).

Охлаждающая жидкость. Вибродуговую наплавку можно выполнять только при защите расплавленного металла различными средами: углекислым газом, паром, флюсом, жидкостью и др., но наибольшее распространение получило применение жидкости.

В качества охлаждающей жидкости обычно используют 4–5 %-ный раствор кальцинированной соды в воде (Na2CO3). В соде содержатся легко ионизирующие элементы, стабилизирующие горение дуги. Раствор соды предохраняет детали и станок от коррозии. Для уменьшения количества трещин при наплавке проволокой с высоким содержанием углерода можноприменять10–30 %-ныйраствортехническогоглицеринавводе.

Пары воды и продукты ее разложения оттесняют от сварочной ванны воздух и этим защищают металл от азота. Подвод охлаждающей жидкости непосредственно в зону сварочной дуги ухудшает устойчивость процесса и повышает потери электродного металла на разбрызгивание. Для наплавки твердых слоев место подвода охлаждающей жидкости на деталь должно быть удалено от электродугового разряда на расстояние 8–10 мм и смещено в плоскости вращения детали на 5–8 мм от точки касания электрода в сторону зенита. Расход охлаждающей жидкости 1,2–1,5 л/мин.

Флюсы. Флюс служит для предохранения расплавленного металла от воздействия кислорода воздуха и выгорания компонентов электродной проволоки. Кроме того, при помощи флюса можно улучшать качество наплавляемого металла. Флюсы делятся на плавленые и неплавленые (керамические).

Для вибродуговой наплавки применяют плавленые флюсы: АН-348А, ОСЦ-45 с высоким содержанием кремния, а также керамический флюс – АНК-18. В их состав входят – SiO2, MgO, MnO, СаО, Al2O3, CaF2 и в небольшом количестве S, Н, Р. При наплавке высокоуглеродистой проволокой под слоем флюса АН-348АМ твердость наплавленного металла можно довести до НВ 360–400. Для повышения твердости следует применять проволоку легированную или с высоким содержанием углерода и добавлять к стандартному флюсу необходимые легирующие компоненты. Так, например, если требуется твердость в пределах HRC 56–62, берут стандартный флюс АН-348 и добавляют к нему в качестве легирующих элементов порошковый графит – 1,5 % и порошковый феррохром – 2 % от веса стандартного флюса.

12

1.4.Содержание задания

1.Изучить правила по технике безопасности при наплавке деталей вибродуговым способом.

2.Ознакомится с оснащением рабочего места, оборудованием, инструментом, приспособлениями.

3.Обосновать (расчет, подбор) основные параметры технологического процесса вибронаплавки заданной детали.

4.Подготовить установку и деталь для наплавки.

5.Осуществить технологический процесс наплавки детали.

6.Произвести контроль наплавки детали.

7.Составить отчет о выполненной работе.

1.5.Порядок выполнения подготовительных операций

1.Обосновать принятый способ восстановления заданной детали вибронаплавкой.

При обосновании принятого способа восстановления размеров детали необходимо учесть:

– характер работы поверхности детали;

– минимальный размер и форму наплавляемой части детали (Н, d не менее 8 мм);

– величину износа на одну сторону для поверхности тела вращения детали ( h 0,5 мм);

– материал детали;

– твердость детали;

– конфигурацию детали;

– габаритные размеры детали;

– массу детали.

2.Обосновать режим наплавки детали, т.е. материал и параме-

тры для осуществления технологического процесса наплавки, обеспечивающего требуемое качество наращенной поверхности детали, производительность и экономику процесса.

Основные материалы и параметры процесса:

– марка и размеры электродной проволоки;

– подача продольная наплавочной головки;

– частота вращения наплавляемой детали;

– скорость подачи электродной проволоки;

– вылет электрода;

– угол подвода электрода;

– амплитуда вибрации электрода;

13

–сила сварочного тока;

–напряжение на электродах (деталь – проволока);

–индуктивность цепи;

–полярность электродов при ведении процесса;

–охлаждающая жидкость (флюс, пар и т.д. в зависимости от условий ведения процесса).

1.5.1. Подбор материала электродной проволоки

Для наплавки деталей машин применяется сварочная углеродистая или легированная проволока диаметром от 1,6 до 2,0 мм, лента, а также порошковая проволока. Так как при вибродуговой наплавке доля основного металла в наплавленном крайне мала, то свойства последнего зависят главным образом от марки электродной проволоки. При этом следует учитывать, что с увеличением количества углерода, марганца, хрома и др. элементов твердость наплавляемого металла повышается, но одновременно с этим повышается склонность его к трещинообразованию. При обосновании выбора материала электродной проволоки использовать раздел "Используемые материалы при вибродуговой наплавке" настоящих указаний.

Диаметр проволоки замерить штангенциркулем.

1.5.2. Продольная подача

Продольная подача, т.е. шаг наплавки наплавочной головки может быть принята в пределах (1,6–2,2). При диаметре электродной проволоки 1,2–2,0 мм продольная подача должна быть в пределах 1–3 мм на один оборот детали (мм/об).

Величина продольной подачи корректируется в зависимости от конкретных условий ведения технологического процесса наплавки.

1.5.3. Скорость подачи электродной проволоки

Скорость подачи электродной проволоки можно определить по формуле:

где I – сила сварочной цепи, А;

U – напряжение сварочной цепи, В;

dпр – диаметр электродной проволоки, мм.

14

При вибродуговой наплавке обычно используют напряжение порядка 14–22 В. С повышением напряжения обычно твердость наплавленного металла снижается.

Наплавку целесообразно вести при обратной полярности тока, т.е. плюс – на электрод, минус – на деталь.

Сила сварочного тока ориентировочно определяется по эмпирической зависимости

значение которой корректируется опытным путем.

Между скоростью подачи электродной проволоки и скоростью вращения детали выдерживается примерное соотношение

откуда пределы последнего равны

1.5.4. Частота вращения наплавляемой детали

Частоту вращения детали можно определить по формуле:

где Vд – касательная скорость вращения точки поверхности де-

тали, м/мин;

D – диаметр детали, мм.

Скорость вращения детали называют также скоростью наплавки. Для уточнения ее принимают по формуле

где К – коэффициент, учитывающий условия формирования шва

(К = 0,6–0,7);

S – шаг наплавки, мм/об;

h – толщина наплавляемого слоя металла, мм.

При толщине наплавляемого слоя до 1 мм применяется проволока диаметром до 1,6 мм; при толщине слоя до 2 мм – диаметром до 2,5 мм и при толщине более 2,5 мм – диаметром 2–3 мм.

15

1.5.5. Вылет электродной проволоки

Вылет электродной проволоки из мундштука должен находиться в пределах 8–12 мм.

1.5.6. Угол подвода электродной проволоки

Угол подвода электрода к детали выбирается так, чтобы не было подтеков расплавленного металла и поверхность наплавленного слоя была ровной, гладкой. Практически угол подвода электродной проволоки к детали принимается от 30 до 60°.

1.5.7. Амплитуда вибрации электродной проволоки

Вибрация, кроме предания стабильности процессу, способствует мелкокапельному переносу металла в момент контакта электродной проволоки с поверхностью детали.

Амплитуда вибрации электродной проволоки определяется диаметром электродной проволоки и напряжением на электродах. Чем больше диаметр проволоки и выше напряжение, тем больше амплитуда вибрации.

Амплитуда проволоки принимается равной

1.5.8. Последовательность наплавки

Произвести наплавку детали в следующем порядке:

–включить общий рубильник питания сварочной цепи;

–включить электродвигатель станка и отрегулировать подачу жидкости. Охлаждающая жидкость должна подаваться отдельно на деталь и на наконечник мундштука. Количество подаваемой жидкости должно быть 0,6…1,0 л/мин при напряжении 12…15 В и до 1,5 л/мин при напряжении 15…18 В;

–включить подачу проволоки и суппорта и произвести наплавку. Стабильность процесса наплавки контролируется по показанию амперметра и вольтметра и по равномерности шума. При нормальном ходе наплавки стрелки амперметра и вольтметра стоят неподвижно на определенных делениях шкалы или слегка отклоняются в небольших пределах. При нестабильности процесса проверяют работу вибратора

иколичество подаваемой жидкости;

–закончив наплавку, выключают подачу проволоки и, перемещая суппорт, быстро отводят конец мундштука от детали на 20…30 мм. После этого выключают вибратор, отключают подачу жидкости и останавливают станок;

–выключают общий рубильник сети.

16

2.СВАРКА В СРЕДЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

2.1.Цель работы

1.Закрепить знания о физической сущности, особенностях и области применения сварки и наплавки в среде углекислого газа.

2.Изучить оборудование, инструменты и материалы на рабочем месте сварки и наплавки.

3.Получить практические навыки по расчету и установке параметров процесса сварки и наплавки.

4.Ознакомиться с технологическим процессом наплавки.

2.2. Основные сведения

Область применения наплавки и сварки в СО2 характеризуется следующими достоинствами:

1.Возможность сварки и наплавки тонколистовых деталей не менее 1 мм (облицовка автомобилей, тракторов, комбайнов и других машин) и деталей небольшого диаметра не менее 10 мм.

2.Возможность ведения сварки и наплавки в любом пространственном положении детали и присадочного материала.

3.Малое термическое воздействие сварочной дуги на деталь.

4.Возможность получения хорошо обрабатываемого высокоэластичного сварочного шва или наплавленного слоя.

5.Высокая производительность процесса наплавки (на 20…30 % выше, чем при флюсовой).

К недостаткам процесса сварки и наплавки в среде СО2 следует отнести:

1.Повышенное разбрызгивание металла.

2.Необходимость использования легированной проволоки для получения металла с требуемыми свойствами.

Сварка и наплавка в среде СО2 производится для восстановления деталей из тонколистовой стали 10 и 20, среднеуглеродистых конструкционных сталей 40, 45 и др.

Кроме облицовки и оперения машин этим способом восстанавливают следующие изношенные детали: распределительные валы, вилки карданных валов, клапаны двигателей, посадочные поверхности валов трансмиссий и др.

Сварка и наплавка углеродистыми проволоками в среде СО2 не дает положительных результатов из-за образования окислов и пор в металле шва. Для нейтрализации окислительного действия углекислого газа, используют электродные проволоки с повышенным содер-

17

жание марганца Мn и кремния Si: Св-08ГС, Св-10ХГ2С Св-18ХГСА, Св-10ГС и другие по ГОСТ 2246-70, наплавочные проволоки Нп-4X3, Нп-30ХГАСА. При сварке и наплавке указанными проволоками образование окиси углерода не происходит, так как Si и Мn ближе по структуре кислороду, чем железо Fe, т.е.

FeO + Мn = Fe + MnO → в шлак, 2FeO + Si = 2Fe + SiО2 → в шлак.

Для уменьшения пористости сварочного шва электродную проволоку очищают от ржавчины, а углекислый газ СО2 подвергают сушке.

Для наплавки резьбовых поверхностей рекомендуется применять проволоку типа Св-08Г2С, для наплавки шлицев – Нп-30ХГС, для шеек валов под подшипники качения, крестовин кардана и дифференциала и других подобных по сечению и твердости деталей проволоку типа Нп-2Х13, Hп-3X13.

Микроструктура металла, наплавленного проволокой Св-08Г2С, в основе состоит из пластинчатого перлита твердостью НВ 220…240.

Микроструктура металла, наплавленного проволокой Нп-30ХГСА, – тростит твердостью НВ-310-330, а после закалки ТВЧ – тростит твердостью НВ 420…460.

Металл, наплавленный проволокой Нп-2Х13, состоит в основном из троомартенсита твердостью НRС 50…55.

Основная особенность сварки и наплавки в среде углекислого газа заключается в применении электродной проволоки с повышенным содержанием элементов-раскислителей (кроме углерода) – для компенсации их потерь от выгорания в зоне сварки.

ДлясваркиприменяетсясварочныйуглекислыйгазпоГОСТ8050-64.

2.3. Оборудование и инструмент

Сварочные полуавтоматы типа ПДГ предназначены для дуговой сварки стальных конструкций, швы которых расположены в различных пространственных положениях. Сварка осуществляется постоянным током обратной полярности плавящимся электродом в углекислом газе. В ремонтном производстве обычно используют проволоку марки Св-08ГС по ГОСТ 2246-70. Углекислый газ для сварки получается из жидкой углекислоты, которая транспортируется в баллонах при давлении 50...60 кгс/см2 (5...6 МПа).

Влияние углекислого газа на качество сварочного шва двоякое. С одной стороны, углекислый газ разлагается при высокой температуре электрической дуги на окись углерода и кислорода и оказывает окисляющее действие на расплавляемый металл, с другой – защищает рас-

18

плавленный металл от кислорода и азота воздуха, окружающего сварочную дугу.

Устранение вредного влияния реакций окисления осуществляется раскислением металла наплавляемого шва и эвакуацией окислов из сварочной ванны. Для раскисления металла шва применяют сварочную поволоку с повышенным содержанием марганца и кремния, которые являются хорошими раскислителями. В проволоке для сварки в защитной среде углекислого газа содержание кремния составляет не менее 0,6 % и марганца – не менее 0,9 %.

Полуавтомат ПДГ-305 состоит из сварочной горелки, механизма подачи электродной проволоки, переносного пульта управления полуавтомата, газового редуктора с расходомером и подогревателем газа, соединительных шлангов и проводов.

В полуавтомате автоматизирован процесс подачи электродной проволоки и защитного газа в зону сварки. Электродная проволока с помощью электродвигательного привода механизма подачи поступает из кассеты по гибкому направляющему каналу в зону сварки. Одновременно по шлангу газотокоподвода в зону сварки подводится из баллона газ для защиты металла шва и сварочный ток от источника питания дуги.

Перемещение сварочной горелки вдоль шва производится сварщиком вручную.

Питание полуавтомата производится от трехфазной сети переменного тока.

Схема управления выполнена на полупроводниковых дискретных

иконтактных элементах и обеспечивает необходимый цикл работы полуавтоматов в режиме сварки и наплавки.

На рисунке 3 приведена схема установки для полуавтоматической сварки и наплавки в защитной среде углекислого газа. Основной составной частью установки является сварочный выпрямитель 7. Выпрямитель сварочный типа ВДГ-302УЗ предназначен для питания электрической сварочной дуги постоянным током при механизированной сварке плавящимся электродом в среде углекислого газа. Выпрямитель представляет собой установку, которая обеспечивает преобразование энергии трехфазной сети переменного тока в энергию постоянного тока с созданием пологопадающей внешней характеристики

иобеспечивающим регулирование необходимого рабочего напряжения в требуемых пределах. Выпрямитель обеспечивает плавно-сту- пенчатое регулирование рабочего напряжения, которое осуществляется переключателем. Плавное регулирование напряжения произво-

19

дится потенциометром в цепи обмотки управления дросселя насыщения. При этом необходимо помнить о том, что плавное регулирование напряжения осуществляется только подзагрузкой.

Рис. 3. Схема установки для полуавтоматической сварки и наплавки в среде углекислого газа: 1 – горелка сварочная; 2 – механизм подачи электродной проволоки; 3 – баллон с газом; 4 – подогреватель; 5 – сварочный выпрямитель; 7 – блок управления; 8, 9, 10, 11 – электрогазопроводы; 12 – пульт управления дистанционный; 13 – изделие

Сварочная горелка комплектуется сменными наконечниками для электродной проволоки соответствующих диаметров. Наконечники устанавливаются в держателе на резьбе и могут легко заменяться при снятом сопле.

Механизм подачи 2 предназначен для непрерывного перемещения в зону сварки электродной проволоки по мере ее плавления с помощью электродвигательного привода, а также для размещения кассеты с электродной проволокой и съемного пульта управления. На механизм подачи установлен блок разъемов, служащий для подключения соединительных проводов и шлангов. Электродвигательный привод состоит из цилиндрического редуктора и двигателя постоянного тока.

На выходном валу редуктора укреплена шестерня с ведущим роликом. Вторая шестерня с прижимным роликом находится на рычаге прижимного устройства и при повороте рычага может быть

20