ПОДГОТОВКА МЕТАЛА ПОД СВАРКУ

При сварочно-наплавочных работах, подготовительные операции заключаются в следующем: зачистке мест сварки или наплавки металлическими щетками; удалении загрязнений, ржавчины, остатков масел. При наличии на детали отверстий, шпоночных канавок их необходимо закрыть пробками или временными шпонками из малоуглеродистой стали. Шпонки следует укладывать на асбестовые прокладки толщиной 2–3 мм. Пробки и временные шпонки должны выступать над поверхностью детали на 1–2 мм. Недопустима постановка медных и графитовых пробок. Разрешается забивка отверстий асбестом.

Концы трещин выявляются нагревом газовой горелки, накерниваются и производится их засверловка.

Подготовку кромок под сварку следует выполнять механической обработкой (на токарном или строгальном станке, фрезерованием, пневматическим или ручным зубилом, крейцмейселем и др.). При подготовке кромок деталей из малоуглеродистой стали разрешается использование газовой резки с последующей механической зачисткой поверхности реза до получения чистого металла. При подготовке газовой резкой кромок на деталях из сталей, содержащих углерода более 0,3%, поверхность реза необходимо обработать механическим способом на глубину не менее 3 мм.

При выборе формы разделки кромки следует иметь ввиду, что наиболее экономичной формой является I-образная без скоса кромок. В сравнении с V-образной более экономичными являются К- и Х-образные двухсторонние. Однако они могут быть реализованы при возможности доступа к обеим сторонам детали.

Рис. 3.1. Размеры и форма разделки кромок и сварного шва:

а) I-образная (без скоса кромок), односторонний стыковой шов;

б) то же с металлической (остающейся) подкладкой 1;

в) I-образная (без скоса кромок), двухсторонний стыковой шов;

г) V-образная, стыковой шов с подваркой (2) корня шва;

д) V-образная многопроходной стыковой шов (цифры указывают номер прохода – слоя);

е) Х-образная, двухсторонний стыковой шов;

ж) угловой шов (без скоса кромки вертикального элемента);

и) расположение валиков при наплавке (наплавленный металл (наплавленный металл заштрихован, пунктиром показана первоначальная разделка кромок соединяемых элементов)

ВЫБОР МЕТОДОВ СВАРКИ

Для этой цели применяют порошковую проволоку с внутренней защитой, которая позволяет расширить область применения механизированной износостойкой наплавки. При наплавке этой проволокой применение флюса или защитного газа не требуется, поэтому способ отличается простотой и маневренностью и создается возможность восстановления деталей сложной формы, глубоких внутренних поверхностей, деталей малых диаметров и пр. В настоящее время имеются различные конструкции аппаратуры, а также разработана технология упрочения деталей широкой номенклатуры. Расход проволоки составляет 1,15—1,35 кг на 1 кг наплавленного металла. Производительность при полуавтоматической наплавке повышается в 2—3 раза по сравнению с наплавкой штучными электродами.

ВЫБОР РЕЖИМА СВАРКИ

ДУГОВАЯ НАПЛАВКА ПОКРЫТЫМ ЭЛЕКТРОДОМ (MMA - Manual Metal Arc)

Наплавку этим способом, основанным на использовании электродов в виде стержней с покрытием, осуществляют обычно вручную, поэтому такой способ называют также ручной дуговой наплавкой. Электродное покрытие служит для защиты ванны жидкого металла от кислорода и азота воздуха, стабилизации дуги, повышения технологичности процесса наплавки и введения легирующих элементов в состав наплавленного металла. Широкое применение в практике дуговой наплавки имеют покрытия карбонатно-рутиловое, основное и высокорутиловое. В состав электродного покрытия вводят также шлакообразующие и газообразующие компоненты, раскислители, стабилизирующие и легирующие добавки.

Дуговая наплавка покрытым электродом отличается низкой стоимостью оборудования, возможностью выполнения наплавки в ручную, что обеспечивает этому способу самое широкое применение для наплавки не только черных, но и цветных металлов.

Ручная наплавка уступает автоматическим и полуавтоматическим способам по скорости выполнения процесса.

ТЕХНИКА СВАРКИ КОНСТРУКЦИИ

Процесс наплавки начинается с тщательной очистки детали от грязи, масла, краски. Рекомендуется поверхности, подлежащие наплавке, обжигать газовыми горелками. Применяют также промывку горячим раствором щелочи с последующей промывкой горячей водой, очистку стальной щеткой. Для предупреждения больших внутренних напряжений и образования трещин, наплавляемые детали часто подогревают до температуры, зависящей от основного и наплавляемого металлов. Приемы и режимы наплавки зависят от формы и размеров деталей, толщины и состава наплавляемого слоя.

Большое значение для качества и формирования наплавляемого слоя имеет доля основного и присадочного металла. Влияние основного металла на качество наплавляемого слоя пропорционально доле его участия в образовании слоя. Эта доля зависит не только от способа наплавки, но особенно от режима наплавки. Например, при наплавке под флюсом влияние режима на качество наплавляемого слоя больше, чем при ручной наплавке покрытыми электродами, что объясняется большим проплавлением основного металла. Преимуществом наплавки порошковой проволокой (или лентой) является меньшая плотность тока, что обеспечивает меньшую глубину проплавления основного металла и, как следствие, меньшее перемешивание его с наплавляемым металлом. При нанесении слоя в виде отдельных валиков должно быть обеспечено оптимальное перекрытие валиков при ручной наплавке на 0,30—0,35 ширины, а при механизированной — на 0,4—0,5 ширины валика.

Ручную дуговую наплавку производят электродами с диаметром стержня 4—5 мм. Сварочный ток составляет 160—250 А. Напряжение дуги — 22—26 В. Наплавку производят короткой дугой постоянным током обратной полярности. При наплавке перегрев наплавленного слоя не допускается. Для этого слой наплавляют отдельными валиками с полным последовательным охлаждением каждого валика.

По химическому составу и физико-механическим свойствам наплавленный металл будет отличаться как от основного, так и от присадочного металла.

Одним из важных параметров процесса наплавки является глубина проплавления основного металла: чем меньше глубина проплавления, тем меньше доля основного металла в наплавленном. Химический состав наплавленного металла будет ближе к присадочному. Обычно химический состав присадочного металла и металла наплавки выравнивается во втором-третьем слое.

С другой стороны, на глубине проплавления располагается переходная зона от основного металла к наплавленному. Эта зона считается наиболее опасной, с точки зрения разрушения металла. Металл переходной зоны охрупчен из-за большой скорости охлаждения металла шва, имеет повышенную склонность к образованию холодных трещин по причине большой неоднородности химического состава металла и соответственно большой разности коэффициентов линейного расширения. Отсюда следует, что чем больше глубина проплавления, тем больше зона ослабленного участка и тем ниже прочность детали. И, наоборот, чем меньше глубина проплавления, тем в меньшей мере теряется прочность детали. Металл наплавки по химическому составу приближается к присадочному, при этом отпадает необходимость в наложении второго слоя.

Исходя из изложенного, выбор оборудования для наплавки, режимов и технологии должен проводиться из условия обеспечения минимальной глубины проплавления основного металла и заданной величины наплавленного слоя.

Высота наплавленного слоя ha складывается из величины износа йи, толщины дефектного слоя h с и высоты неровностей ha.

На практике величина дефектного слоя принимается равной 1,5—2,0 мм, высота неровностей — 1,0—1,5 мм:

hH = h + (2,5-3,5) мм.

При толщине наплавленного слоя больше 5 мм наплавку желательно вести в два слоя для уменьшения глубины проплавления.

Выбор режимов наплавки зависит от толщины наплавленного слоя.

Выбор наплавочных материалов производится исходя из требований, предъявляемых к металлу трущихся поверхностей в зависимости от вида изнашивания. Например, для условий абразивного изнашивания требуется высокая твердость наплавленного металла, которая обеспечивается использованием наплавочных материалов с повышенным содержанием углерода, хрома, марганца, вольфрама.

АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРКИ

Качество — это степень удовлетворения заказчика свойствами изделия или предоставленными ему услугами. Качество — понятие многогранное. Нельзя сказать по какому-то одному частному показателю о качестве в целом. Качество сварки определяется уровнем дефектов при сварке, зависит от особенностей протекания технологического процесса и включает в себя ряд единичных показателей (рис. 2. 54):

-структуру, твердость и другие механические показатели сварного шва;

-наличие в сварном шве внутренних дефектов (поры, трещины, шлаковые включения и т.д.);

-геометрические размеры шва;

-эстетические показатели;

-коробления и структурных изменений в свариваемых деталях;

-свойств переходной зоны (наличие трещин, крупнозернистости, закалочных явлений);

-усталостную прочность и долговечность;

-коррозийную стойкость сварного шва;

-экономические показатели.

Качество сварки зависит от многих технологических факторов: сварочные материалы (электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы), режимы сварки (сила тока, напряжение), материалы свариваемых деталей и качество их подготовки перед сваркой, профессионально-личностный уровень сварщика (квалификация, отношение к работе, дисциплина труда), условия труда, охрана труда и т.д.

Контроль может и должен быть предварительным (контроль электродов, флюсов, оборудования, режимов работы и т.д.) и окончательным (оценка качества сварного шва). Первый вид контроля является основой для высокого качества сварки, т.к. создает предпосылки для качественного выполнения работ, а второй, фиксирует достигнутые результаты технологического процесса.

Контролерами являются все участники технологического процесса:

инженеры-механики ОГМ — контролирует состояние оборудования;

инженеры-технологи ОГТ — контролирует выполнение технологического процесса;

работники ОТК — контролирует все стадии технологического процесса и выполняют заключительный контроль;

сварщик - обеспечивает и непрерывно контролирует качество сварки.

Дефекты приводят к уменьшению прочности сварного шва, к нарушению герметичности соединения и к снижению эксплуатационной надежности конструкции.

Дефекты могут быть:

-явными (непровары, пережоги,…) и скрытыми (внутренние трещины и поры, структурные изменения,…);

-исправимыми и неисправимыми.

Простейшие испытания сварных швов на герметичность проводятся гидравлическими и пневматическими методами, а так же с помощью керосиновой пробы.

При гидравлических испытаниях систем отопления, водопровода создается давление в 1,5 раза превышающее рабочее давление и проводится выдержка в течение и 5 минут. При наличии утечек воды или отпотевании отдельных участков производится устранение дефекта (вырубка и проварка).

При пневматических испытаниях сосуд опускают в воду или смачивают швы мыльной пеной и создают в нем избыточное давление, а по наличию газовых пузырьков в воде (пене) судят о наличии дефектов. Эффективна проверка керосином сосудов, работающие при низких давлениях. Одну сторону шва закрашивают мелом, а вторую смачивают керосином. Появление темных керосиновых пятен на меловом покрытии говорит о наличии трещин.

Сварку выполняют на столе. Швы заваривают в нижнем положении. Угол наклона электрода равен 15°-20°. колебательные движения электродом - зигзагообразные. Швы выполняют за один слой, так как толщина листа 3 мм. Швы заваривают в следующем порядке:

Контроль сварных швов.

Швы подготавливают к контролю отбивая шлак и зачищая их на расстоянии 20 мм в каждую сторону от шва. Шлак отбивают молоточком. Швы зачищают щеткой по металлу.

Возможные дефекты:

Если электроды плохо просушены, то на металле будет пористость. Если маленькая сила тока, то возможен непровар, если большая сила тока, то - прожог. Если образовался кратер, подрез, наплыв или неравномерная ширина шва, то это вследствие низкой квалификации сварщика.

Чтобы убрать поры их срезают и проваривают заново. Непровар или прожог исправляют, повторно проваривая шов. Кратеры и подрезы устраняют, зачищая их, и заваривают заново. Наплывы удаляют, срезая их.

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Для наплавки 1 м шва мне понадобилось:

- электроэнергия 20 кВт, стоимостью 1.70 руб. за киловатт, на 34 рубля

- электроды в количестве 42 шт., стоимостью 110 руб.

- затрачено времени 1 час 30 минут

Итого:110+34=144

Для наплавки 1 м шва я израсходовал 144 рубля.