Восстановление деталей сваркой и наплавкой

Основные виды сварки и наплавки, используемые при ремонте деталей и область их использования, представлены в таблице 3.5. Физическая сущность этих видов сварки и наплавки, перечень необходимых при этом оборудования, материалов, инструментов, приспособлений представлены в табл.3.8.

Каждый из приведенных в табл. 3.8 видов сварки и наплавки характеризуется комплексом общих и частных показателй, параметров, критериев качества, знание и сравнительный анализ которых необходим инженеру-механику в практической работе.

К общим критериям выбора вида сварки, наплавки относятся: химические, фазовые превращения и зоны термического влияния; материал и диаметр сварочной, наплавочной проволоки, электродов; трудоемкость реализации.

Химические превращения свариваемого (наплавляемого) металла связаны с окислением их кислородом воздуха, образованием нитридов (действие азота); повышением хрупкости (наводороживание); науглероживанием; легированием (за счет реакций замещения) или, наоборот, выгоранием легирующих элементов.

В процессе нагрева - плавления - охлаждения металлы и сплавы претерпевают фазовые превращения [36]. Высокотемпературное же воздействие фаз приводит к изменению металла детали и, значит, изменению свойств сварного соединения (наплавленного слоя). Поэтому, с целью получения заданных свойств металла в шовной и околошовной зонах необходимо предпринимать в ряде случаев дополнительные технологические приемы: предварительный и (или) окончательный отжиг; отпуск; быстрое, медленное, ступенчатое охлаждение (нагрев); проковку; оплавление и др.

Получение сварного шва с заданными свойствами и необходимыми производительностью и затратами определяется химическим составом и размерами сварочных материалов - проволоки, электродов, флюсов.

Основные виды сварочных и наплавочных материалов приведены в табл. 3.9 и 3.10.

Условное обозначение марок и типов электродов определяется по ГОСТ 9467-75. Например, обозначение (неполное) Э55А-УОНИ-13/55-3.0-УД2 расшифровывается следующим образом: Э - электрод; 55 - минимальный гарантируемый предел прочности металла шва в кгс/мм² (460 МПа); А - гарантируется получение повышенных пластических свойств металла шва; УОНИ-13/55 - марка электрода; 3.0 - диаметр электрода; У - для сварки углеродистых и низколегированных сталей; Д2 - с толстым покрытием второй группы.

Диаметр электрода назначают в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения, положения шва в пространстве, состава свариваемого металла. Так, при сварке материалов толщиной более 4 мм применяют электроды диаметром 4-8 мм при условии обеспечения провара, толщиной до 4 мм - диаметр электрода принимается в среднем равным толщине.

Условное обозначение проволоки определяется по ГОСТ 2246-70 и ГОСТ 10543-82. Например, обозначение проволоки 2,5 Св-08 ХГСМФА-ВИ-Э-О ГОСТ 2246-70 расшифровывается так: 2,5 - диаметр в мм; Св-08 ХГОМФА - марка проволоки с содержанием углерода 0,08%, хрома (Х), марганца (Г), кремния (С), молибдена (М), ванадия (Ф) до 1% и повышенной частоты металла по содержанию серы и фосфора (А); из стали, выплавленной в вакуумно-индукционной печи (ВИ), с омедненной поверхностью (О), электродная (Э).

Для сварки меди и ее сплавов применяют проволоку из меди и сплавов на ее основе: М1, МНЖ5-1; Бр КМц 3-1; Бр ОЦ4-3; БрХНТ; Л63; ЛК62-05. Используют также прутки марок М1р; ЛМц58-2 и др.

Условное обозначение проволоки и прутков из меди и ее сплавов определено по ГОСТ 16130-90. Например, проволока сварочная ДКРТ2.0БТБрОЦ-4-3 расшифровывается так: холоднодеформирован-ная (Д); круглая (КР); твердая (Т); диаметром 2,0 мм; из сплава марки БрОЦ-4-3.

Таблица 3.8.

Сущность и обеспечение основных видов сварки и наплавки

Виды сварки и наплавки	Характеристика используемой энергии	Потребность _________________________________________________ Оборудование Материалы
1. Сварка дуговая а) ручная на переменном токе б) тоже, на постоянном токе прямой или обратной полярности в) то же, на осциллирую-щем токе	Разряд электричества в газообразной среде элек-тронов и ионов То же Разряд электричества вы-сокой частоты и высокого напряжения в газообраз-ной среде электронов, ионов	Трансформаторы ТС-120, СТШ-250,ТСП-2,ТД-300, преобразователь ПС-100-1 и др. Генераторы и преобразователи типа ПСО-120, ПС-500, выпрямители ВСС-120-4, ВС-300 и др. Осцилляторы типа ТУ-2, ОСЦН, М-2, ОС-1	Проволока сварочная, электроды, флюс соот-ветственно свариваемым материалам То же То же
2. Сварка дуговая механи-зированная	Аналогично по п.1	Сварочные аппараты типа ПШ-5.1, ТС-35, АДФ-501, А-384	Электродная проволока, сварочные флюсы типа АН-348-А, ОСЦ-45, АН-17,АНФ-1,КВС-19,МАТИ-1 и др.

Продолжение табл. 3.8.

3. Сварка аргонодуговая: а) на постоянном токе б) то же, на переменном токе	Аналогично по п.1 То же	Источники питания по п.1(б), установка типа УДАР-300, УДГ-300 Источники питания по п.1(а,в), горелки типа АР, А-408	Аргон чистый (99,8%), вольфрамовые и плавя-щиеся электроды, при-садочная проволока, соот-ветственно свариваемым материалом
4. Сварка газовая	Высокотемпературное газокислородное пламя	Газовые генераторы ГВД-0,8, ГВН-1,25, МГ, баллоны, редукторы типа РК-53, РА-553, РД-1БМ, горелки типа ГС-2 “Москва”	Газы: кислород (О2), водород (Н2), ацетилен (С2Н2), пропан-бутановая смесь, коксовый, природ-ный и др. Бензин

Продолжение табл. 3.8.

5. Сварка контактная электрическая: а) стыковая б) то же, шовная на постоянном токе	Энергия сопротивления движению электрического тока (более 6300 А) и механическая энергия сжатия деталей То же	Машины стыковые типа МС-403, аппаратура управления Машины типа МШ, МШВ и аппаратура управления	Электродные вставки в губки стыковых машин из элконайта ВМ (20-30% Сu, 70-80% W) Электроды-диски из бронз Бр Кд 1, БрХ, Бр НТБ, БрНК хромоциркониевые, растворы для травления и нейтрализации деталей
6. Трением сварка	Механическая энергия, преобразованная в тепло-вую при осевом сжимаю-щем усилии	Машины типа МСТ-1 или токарные, сверлильные станки
7. Термитная сварка	Экзотермическая реакция горения термической сме-си алюминиевого порош-ка и железной окалины	Тигли	Термитная смесь (76% -Al, 24% -Fe3O4)
8. Электрошлаковая свар- ка	Энергия электрического тока при прохождении его через расплав флюса	Источники постоянного и переменного тока (п.1), А-681, А-730, А-645	Флюс, электроды соответственно материалу детали

Продолжение табл. 3.8.

9. Электронно-лучевая сварка	Энергия торможения по-тока ускоренных электро-нов в свариваемых мате-риалах	Установка типа ЭЛУ-4, 456 (Франция), ЕВ-2 (США), ГЕВ-2В (Япония)	Обычные для очистки деталей
10. Ультразвуковая сварка	Энергия колебаний высо-кой частоты, передавае-мая частицами твердого тела	Установка типа УЗСМ-3, УТ-4, источники питания типа УЗГ-2,5	Растворы для обезжи-ривания деталей
11. Давлением сварка	Усилие сжатия деталей для сближения их поверхностей до (2-8)×10-7 мм и образование металлических связей сое-диняемыми материалами	Машины типа МСХС-5-3, оборудование для очистки деталей	Растворы для обезжи-ривания деталей
12. Сварка диффузионная в вакууме	Энергия токов высокой частоты и механическая сжатия свариваемых в вакууме деталей	Установки типа СДВУ-15-1, высокочастотные генераторы типа ЛЗ-13, ЛЗ-67	Материалы для предвари-тельной очистки деталей
13. Сварка кузнечная	Высокотемпературное газокислородное пламя, энергия т.в.ч. и энергия динамического сжатия деталей	Молоты ковочные и др.	Газы по п.4, кокс

Продолжение табл. 3.8.

14. Наплавка дуговая: а) под слоем флюса б) в среде углекислого газа на постоянном токе обратной полярности в) в среде аргона г) в среде водяного пара	Разряд электричества в газообразной среде элект-ронов и ионов, давление расплавленного флюса Разряд электричества в среде окиси углерода и атомарного кислорода Разряд электричества в среде атомарного аргона Разряд электричества в среде атомарных водоро-да и кислорода	Токарный станок, преоб-разователи ПСО, ПСБ, выпрямители типа ВС-300, ВДГ-301, установки типа А-580, ОКС-1031Б, ОКС-1252М Наплавочные головки типа АБС, А-384, ОКС-1252М, источники пита-ния типа ВС-200, ПСГ-350, подогреватели газа, осу-шитель, редукторы, рота-метры, токарный станок Автоматы, полуавтоматы типов АДСП-1, ПДС-305, источники питания типа ВГД-302, ВДУ-504 Токарный станок, дообо-рудованные головки нап-лавочного типа ОКС-6569, ОКС-1252	Электродная проволока типа Св-08Г, Нп-80, Нп-30ХГСА, флюс типа АН-348Ф, ОСУ-45, АН-28, АНК-18, ЖСН-1 Проволока электродная типа Св12ГС, Нп-30ХГСА, ПП-Р18Т, углекислый газ (СО2) Аргон чистый (99,9%) или смесь (Аr+СО2). Сва-рочная или порошковая проволока Водяной пар, электродная проволока типа Св 10 ГС, ПК, НП30Х5СА

Продолжение табл. 3.8.

15. Наплавка вибродуго-вая	Импульсные разряды электричества в газо-образной среде элект-ронов, ионов и энергия сопротивления движению электричества в месте контакта	Токарный станок, головка типа ОКС-6569, ОКС-1252, источники питания ПСГ-500, ВС-300 и др.	Электродная проволока Св-08, 60С2 и др., (2,5-6)-ти процентный водный раствор кальцинирован-ной соды Na2CO3 или 20-ти процентный водный раствор глицерина, или флюс АН-348А с добав-ками
16. Наплавка плазменная	Энергия плазмы-высоко-ионизированного элект-рическим разрядом и разогретого (до 30000) 0С газа	Установка типа УПСР-300-2, ПА-4, токарный станок	Электродная проволока, прутки, порошки типа карбидов ПГ-ХН80СР2-12 из чистых материалов и сплава

Таблица 3.9.

Электроды для ручной дуговой сварки и наплавки

Электрод ________________________ Марка Тип	Твердость НВ (НRC) поверхности после _____________________ наплавки закалки	Область применения	Род тока
ОММ-5	Э-42	120-140	-	Маслоуглеродистые стали	Постоянный
ОМА-2	Э-42	120-140	-	Маслоуглеродистые стали	Постоянный и переменный
ЦМ7	Э-42А				То же
УОНИ-13/45	Э-46	140-200	-	Наплавка поверхностей, не требующих высокой твер-дости	Постоянный, обратной полярности
УОНИ-13/55	Э-55	140-210		Наплавка поверхностей, не требующих высокой твер-дости	Постоянный, обратной полярности
МР	Э-46	160-200		То же	То же и переменный
ОЗН-300	ЭН-15ГЗ-75	250-300	250-300	Наплавка деталей, рабо-тающих при ударных и контактных нагрузках	Постоянный, обратной полярности
ОЗН-400	ЭН-20Г4-40	370-430	-	То же	То же
ОМГ	ЭН70Х11-25	250-320	-	Наплавка поверхностей, работающих при интенсив-но-абразивном изнашив.	То же

Продолжение табл. 3.9.

ОМГ-Н	ЭН-70Х11НЗ-25	250-310	-	То же	То же
ЦН-5	ЭН-25Х12-40	(41,5)	(50)	Наплавка быстроизнаши-вающихся поверхностей, требующих обработки резанием, штампов	То же
ЭН-60М	ЭН-60Х20М-50	(51,5)	(61)	То же	То же
ЦШ-1	ЭН-30ХЗВ8	(41,5 после отжига)		То же	То же

Таблица 3.10.

Сварочная и наплавочная проволока и флюсы

Марки проволоки	Рекомендуемые флюсы и защитные газы	Твердость (НRС) после наплавки	Восстанавливаемые детали
Св-08	АН-348 А АН-60 АНК-18		Из низкоуглеродистых и низколегированных сталей
Св-18 ХГС	АН-348 А в среде СО2		То же
Нп-30	АН-348 А	16-22	Оси, валы из типичных сталей
Нп-65	То же	22-30	Опорные катки, ролики и т.п.
Нп-65Г	То же	25-32	Коленчатые валы, кресто-вины карданных передач
Нп-30ХГСА	То же	30-34	Шестерни
Нп-Х20Н80Т	То же	18-22	Клапаны

Для сварки титана используют сварочную проволоку из сплавов на основе титана: ВТ1; ВТ5; ВТ5-1 и др.

Для сварки чугуна используют чугунные (или из других материалов в зависимости от способа сварки) прутки.

Современный уровень практической и теоретической проработки рассмотренных видов сварки и наплавки позволяет сформулировать технологические и технико-экономические их особенности и критерии выбора.

Частные критерии выбора способов сварки, наплавки непосредственно связаны с особенностями свариваемых, наплавляемых материалов и требуемых эксплуатационных свойств восстанавливаемых деталей.

Одним из критериев целесообразности применения в конкретных условиях ремонта конкретного вида сварки, наплавки является свариваемость различных материалов. Различают технологическую и физическую свариваемость.

Технологическая свариваемость - это технологическая способность материала к свариванию - образованию неразъемного сварного соединения.

Физическая свариваемость - совокупность процессов, протекающих в зоне сварки материала и приводящих к образованию неразъемного соединения. Все однородные металлы обладают физической свариваемостью, а для разнородных металлов обеспечение физической свариваемости требует дополнительных усилий.

К таким условиям относятся: температурный режим нагрева, сварки и охлаждения деталей; специальная подготовка места сварки; использование соответствующих сварочных материалов; использование соответствующих видов энергии, количества и характера ее проявления.

Свариваемость деталей зависит от количества химических элементов в ее составе и оценивается эквивалентным содержанием углерода по формуле:

(3.53)

где и др. - процентное содержание химических элементов в составе стали.

Практика показала, что свариваемость стали при С_э<0,25 хорошая; при С_э = 0,25...0,35 -удовлетворительная; при С_э=0,35...0,45 - ограниченная (для предупреждения трещин необходимо проводить предварительный или сопутствующий подогрев, термообработку после сварки и применять специальные виды сварки); при С_э>0,45 - плохая (требуется подогрев до и после сварки, специальная ее технология). С учетом толщины свариваемых деталей эквивалентное содержание углерода корректируется и равно:

, (3.54)

где N =0,005d×С_э - поправка на толщину d (мм) детали. С учетом (3.54) температура предварительного подогрева определяется по формуле:

t_под = 350( - 0,25)^0,5, ⁰С. (3.55)

Качественная оценка свариваемости сталей и влияние на нее отдельных химических элементов сводится к следующему.

Хром при сварке образует карбиды, ухудшающие коррозионную стойкость стали и резко повышающие твердость в зонах термического влияния, а также содействует образованию тугоплавких окислов, затрудняющих процесс сварки.

Никель увеличивает пластические и прочностные свойства стали, способствует образованию мелкозернистой структуры шва.

Молибден способствует повышению несущей способности стали при ударных нагрузках и повышенных температурах, а также образованию мелкозернистой структуры. Однако, молибден способствует образованию трещин в наплавленном металле и околошовной зоне термического влияния. В процессе сварки, наплавки молибден способен к выгоранию и образованию окислов.

Ванадий способствует образованию закалочных структур в сталях, затрудняющих сварочные процессы, активно окисляется и выгорает.

Вольфрам способствует значительному повышению твердости и работоспособности сталей даже при высоких температурах, но вместе с тем сильно окисляясь, затрудняет сварочные процессы.

Углерод при содержании в сталях более 0,25% резко ухудшает их свариваемость; способствует образованию закалочных структур, трещин, пористости.

Марганец при малом содержании в сталях (до 0,8%) существенного влияния на сварочные процессы не оказывает, при большем содержании способствует образованию закалочных структур и трещин.

Кремний, аналогично марганцу, оказывает негативное влияние на сварочные процессы лишь при больших его содержаниях (более 0,8%) в сталях вследствие образования тугоплавких окислов и жидкотекучести высококремнистых сталей.

Титан и ниобий при сварке коррозионностойких сталей (Х18Н9Т и др.) способствует образованию горячих трещин.

Свариваемость и технологические особенности сварки основных типов сталей приведены в табл. 3.13.

Технологические особенности электродуговой и газовой сварки приведены в табл. 3.11 и 3.13. Исходя из степени технологической и технической оснащенности конкретного предприятия, используя из таблиц необходимые сведения, выбирают конкретный вид и способ сварки.

Свариваемость чугуна и эксплуатационные свойства сварного шва чугунных деталей зависят от структуры чугуна. Хорошо свариваются чугуны со светной мелкозернистой перлитной структурой, включающей мелкопластический или глобулярный графит. Образование такой структуры зависит от температур нагрева и времени выдержки стали. При длительной выдержке и температуре более 500 ⁰С в чугуне происходит распад цеменита - очень твердого и хрупкого соединения белого чугуна. Поэтому горячая сварка чугуна более предпочтительна, нежели холодная. Недостатком горячей сварки чугуна является большая трудоемкость и тяжелые условия труда сварщиков. Плохо свариваются чугунные детали, длительно работающие при высоких температурах (окисление углерода и кремния приводит к образованию так называемого горелого чугуна) или соприкосновении с маслом и керосином.

Особенностью сварки меди являются ее способность к окислению и образованию монооксида меди С_u2O, взаимодействующего с водородом, что способствует образованию паров воды и, как следствие, микротрещин - водородной болезни меди. Снижению этого способствует прокалка электродов, флюсов, осушение защитных газов.

Трудность сварки алюминия заключается в наличии в сварочной ванне тугоплавкой пленки оксида алюминия Al₂O₃, температура плавления которого 2050 ⁰С, а чистого алюминия всего 658 ⁰С, что крайне затрудняет управление процессом сварки и формирования шва. Поэтому предпочтительны сварка алюминия в среде защитных газов и на постоянном токе обратной полярности (катодное распыление окисной пленки).

При выборе способа газовой сварки металлов и сплавов необходимо учитывать, что качество сварного шва зависит от возможности его науглероживания и, одновременно, обеднения (выгорания) легирующими элементами. Так, при сварке хромоникелевой стали при нагреве до температуры 400-800 ⁰С происходит выпадание карбидов и сталь теряет устойчивость к межкристаллитной коррозии. При сварке меди сварной шов склонен к красноломкости, хрупкости, образованию микротрещин. При сварке латуни наблюдается выгорание цинка и образование пористости шва. При сварке безоловянных бронз образуются тугоплавкие окислы алюминия и хрома. При сварке алюминия и его сплавов, в большей степени, чем при электродуговой сварке, наблюдается образование поверхностной тугоплавкой окисной пленки.

Трудоемкость выполнения сварочных, наплавочных работ в основном зависит от продолжительности основной операции (t_o), которая определяется для электродуговой сварки, наплавки:

t_орд=К_шQ_н / J_св ×a_н, ч, (3.56)

где Q_н=F× ×g - масса наплавленного металла при площади поперечного сечения шва F, его длине и плотности наплавляемого металла g; a_н - коэффициент сварки, наплавки (табл. 3.14), зависящий от марки электрода; К_ш=(1,0-1,2) - коэффициент, учитывающий длину шва и способ сварки; J_св - величина сварочного тока, А, определяемая по зависимостям:

J_св = kd_э или J_св = (20 + 6d_э)d_э, (3.57)

где k=40-60 - коэффициент, учитывающий пространственное положение шва; d_э - диаметр электрода, мм.

Таблица 3.11.

Характеристика способов электродуговой сварки металлов сплавов

Наименование металла, сплава, способа сварки	Материалы _________________________________ электродные прочие	Технологические особенности ___________________________________________ собственно сварки специальные
Чугун серый, ковкий: - сварка холодная - стальными электрода-ми - стальными электрода-ми с покрытием - то же, с помощью шпилек - то же, методом отжигающих валиков - чугунными электрода-ми	Низкоуглеродистая Стальная проволо-ка ОММ-5 УОНИ-13/45 Те же Те же Чугунные прутки марки Б	- - - - - -	На малом токе (90-180 А в зависимости от диаметра электрода) На переменном и постоянном токе малой величины Ток обратной поляр-ности Те же Те же Постоянный, перемен-ный ток; возможен отбел	- Разделка кромок; сварка участками (100-200 мм); их охлаждение (60-80) 0С То же То же То же, но охлаждение до 20-25 0С Только в нижнем положении

Продолжение табл. 3.11.

- комбинированными электродами из монель-металла, константана и пр. - сварка горячим уголь-ным электродом	ОЗ4-2, МНЧ-2, ЦЧ-3А, ПАНЧ-11 Прутки ПЧ1, ПЧН-2, ПЧВ и др.	- Бура безводная прокаленная	Ток обратной полярности величиной 30-40А на 1 мм диаметра Постоянный ток прямой полярности (280-600)А. Температура металла не ниже 500 0С	Хорошая обрабатывае-мость. Короткие валики, проковка Предварительный подогрев (650-680) 0С. Медленное охлаждение после сварки
Металлическим электродом	Чугунные прутки марок А и Б (6-15 мм)	Обмазка: мел 25%, графит 4,1%, пол. шпат 25%, ферромарга-нец	Постоянный ток об-ратной полярности. Температура металла не ниже 400 0С	Ступенчатый подогрев (до 300 0С за 0,5 ч и до 650 0С за 15 мин.)

Продолжение табл. 3.11.

Медь и ее сплавы: - электродуговая сварка угольным электродом - то же, металлическим электродом - то же, в среде защитных атмосфер	Прутки М1, М2, М3, Л90, БрОФ4-0,25 То же и электроды АНЦ-1, АНЦ-2 Прутки из МНЖКТ-5-1-0,2-0,02, БрОЦ4-3, БрКМц3-1	Флюсы на основе буры, магния и др. То же Аргон, гелий, азот	Постоянный ток Постоянный ток обратной полярности Постоянный ток прямой полярности (до 700А)	Проковка шва при 135-550 0С Предварительный подогрев (2500С) Предварительный подогрев (800 0С)
Алюминий и его сплав.: -электродуговая сварка уголным электродом - металлич. электродом	Угольный электрод, проволока травл. марка АК Электроды с покр. ЭА-1(ОЗА-1, ОЗА-2)	Флюс АФ-А4, криолит	Постоянный ток прямой полярности Пост. ток обратной по- лярности (60А на 1 мм диаметра электрода	Удаление пленки ок- сида; для дюралю-миния, силумина отжиг (3500С) с мед-ленным охлаждением Предварительный по-догрев (250-4000С)
- аргонодуговая	Электрод вольфра-мовый, присадоч-ная проволока трав-леная марки АК	Аргон	Переменный осцилли-рующий ток (45-320 А)	Расход аргона (4-10 л/мин)

Таблица 3.12.

Характеристика способов газовой сварки металлов и сплавов (на 1 мм толщины)

Свариваемый материал	Присадоч-ный материал	Флюс __________________ состав со- держ.	Характеристика пламни и способа сварки	Расход ацетилена дм3/ч	Температура нагре-ва,0С	Обработка после сварки
Сталь: низкоуглеродис-тая среднеуглеродис-тая высокоуглеродис-тая хромокремнени-келемедистая хромомолибдено-вая хромомарганцево-кремнистая хромистая хромоникелевая	Св-08 Св-08А Св-12ГС Св-08Г2С То же То же Св-08 Св-08А Св-10Г2 Св-08ХНМ Св-08 Св-18ХГСА Св-18ХМА Св-10Х13 Св-20Х13 Св-Х14 Св-10Х18НДТ Св-08Х18Н9 Св-08Х19Н10Б Св-06Х19Н9Т Св-02Х19Н9	Не применяется -”- -”- Борная к-та Окись крем-ния Ферромарга-нец Феррохром Ферротитан Титановая ру-да Плавиковый шпат Плавиковый шпат Ферротитан	- - - -	Нормальное: правый или ле-вый способы Нормальное или слегка науглеро-живающее, то же То же Нормальное; левый -”- -”- - -	90-100 75-100 75-130 75-100 75-100 Не более 70 70-75	- 250-300 - 250-300 250-300 200-250 280-300	- - Проковка с последующей нормализацией Нагрев до темпе-ратуры 930-950 0С, выдержка - 1,5 мин. на 1 мм толщины стали, охлаждение до температуры 3000С со скоро-стью 250С/мин, охлаждение на воздухе Закалка в отпуск То же Нагрев до темпе-ратуры 1050-13000С и охлаж-дение в воде

Продолжение табл. 3.12.

Медь	М1, М1р, М2р, МСр1	Бура		Нормальное; любой	100-150	-	Проковка с пос-ледующим отжи-гом при тем-пературе 550-600 0С
Латунь	Л62, Л060-1, ЛК62-05	Тетраметил-борат		Нормальное или слегка окислен-ное; любой	100-120	-	То же при температуре 600-650 0С
Бронза	БрХ-07, Бр-ХНТ, БрОЦ4-3, БрОФ6,5	То же		Нормальное; любой	70-120	500-600	Отжиг при тем-пературе 750 0С с последующим охлаждением
Алюминий и его сплавы	Того же сос-тава, что и свариваемый материал	Хлористый калий, хлористый литий, хлористый цинк, фтористый Na		Нормальное или слегка науглеро-живающее; левый	75-100	250-400	Легкая проков-ка, отжиг при температуре 300-350 0С с после-дующим охла-ждением

Таблица 3.13.

Технологические особенности сварки, наплавки сталей

Свариваемость	Марка стали	Особенности режима сварки	Примечание
Хорошая	Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп,..., БСт4кп, БСт4сп; Стали 0,8,10,15,20,25 15Х, 20Х, 20ХГСА, 12ХН2, 12Х2Н4А, 15НМ 15Л, 20Л	Без термообработки -”- -”- Отжиг, высокий отпуск при большом объеме наплавленного металла Отжиг, отпуск промежуточный	Электроды: Э42А Э50 Э50 Э55
Удовлетвори-тельная	БСт5сп, БСт5Гсп; 30, 35; 20ХН3А; 30Л, 35Л 15ХСНД	Термообработка до сварки, при большом объеме - промежуточный отжиг, высокий отпуск Отжиг	Электроды: Э42, Э42А, Э50, Э55, ЦЛ-2. ЦЛ-4
Ограниченная	Ст6пс, Ст6сп, БСт6пс, БСт6сп; 40. 45, 50; 35ХМ, 30ХГС, 30ХС, 20Х2Н4А; 40Л, 45Л, 50Л	Предварительный нагрев до 200 0С, отпуск с нагревом до температуры 50-100 0С ниже точки А3 Отжиг	Электроды: Э42А, Э50А, Э55
Плохая	60Г, 65Г, 70Г 50ХН, 50-ХГ, 55С2А, 65, 75 60С2, 9Х, 55Л, У7-У13А	Предварительный отжиг, предвари-тельный подогрев до 200 0С, после-дующая термообработка	Электроды: те же, отжиг перед обработкой резанием
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
Хорошая	0820Н14С2, 20Х23Н18, 12Х18Н9Т, 08Х18Н10	При наклепе закалить до 1100 0С	Электроды: Э60, Э60А Обработка резанием затруднена

Таблица 3.14.

Значения коэффициентов электродуговой сварки, наплавки

Марка электрода	Коэффициент наплавки, г/(А×ч)	Коэффициент перехода металла в шов
МР-3	9,0	0,80
УОНИ-13/45	9,0	0,95
УКР	10,7	1,04
К-5	9,0	0,73
АНО-11	10,5	1,03
ЦМ-7	11,0	0,90
ОММ-5	7,25	0,80

Вспомогательное время при этом виде сварки, наплавки принимают в зависимости от условий работы в пределах 1,5-3 мин; дополнительное - в пределах 8-13% от оперативного (8% - при удобном положении шва, 10% - при неудобном и 13% - при напряженном); подготовительно-заключительное время принимается в объеме 15-25 мин.

Для газовой сварки основное время (t_ог) определяется по зависимости:

t_ог = Kd, мин, (3.58)

где K - коэффициент, зависящий от типа сварного соединения, вида шва и свариваемого металла (табл. 3.15); d - толщина свариваемого металла, мм.

Ориентировочно время газовой сварки, наплавки можно принимать, ориентируясь на данные табл. 3.16

Вспомогательное время устанавливается в пределах 8-11 мин (в том числе на смену баллона 6-8 мин); дополнительное время принимается равным 8-12% от оперативного; подготовительно-заключительное время в стационарных условиях принимается равным 15-25 мин, а в передвижных условиях от 25 до 40 мин.

При выборе вида наплавки технолог, инженер-механик руководствуются заданными эксплуатационными свойствами деталей и технико-технологическими возможностями того или иного вида наплавки.

Таблица 3.15.

Значение коэффициента учета особенностей газовой сварки

Тип соединения и вид шва	Метод сварки	Свариваемый металл _____________________________________________ Сталь ______________ (уг- (угле- Медь, Алю- Маг- Сви- Цинк леро- рода ни- ми- ний нец да 0,25%) кель ний и 0,25%) чугун, спла- медн. вы сплавы
Стыковые и угловые с присадоч-ным мате-риалом	Левый Пра-вый	5,0 4,0	4,5 3,5	4,0 3,5	4,0 3,5	3,0 -	3,5 -	3,5 -
С отбор-товкой и угловой без присадоч-ного мате-риала	Левый	4,0	3,5	3,5	3,0	2,0	3,0
Тавровые	Левый Пра-вый	6,5 5,5	6,0 5,0	6,0 5,0	5,0 4,5	4,0 -	4,0 -	4,0 -
Внахлестку	Левый	-	-	-	4,5	-	2,5	3,0

Таблица 3.16

Время наплавки 1 см³ присадочного материала при ацетиленокислородной сварке, наплавке, мин.

Толщина наплавляемой детали, мм	Номер наконечника горелки	Время наплавки, включая подогрев
1-1,5		1,3
2-4		1,1
5-7		0,73
8-9		0,62

Продолжение табл. 3.16.

10-12		0,52
13-18		0,42
19-30		0,38

Автоматическая электродуговая наплавка под слоем флюса позволяет наплавлять слой металла толщиной более 3 мм на тела вращения типа валов, которые устанавливаются в патроне специального или токарного станка и центрах. Токарный станок дополнительно оснащается токосъемниками, оборудуется понижающей передачей для обеспечения требуемой частоты вращения детали ( =0,25-4,0 мин^-1). Продольная подача наплавочной головки, устанавливаемой на суппорте станка, принимается равной 3-6,5 мм/об, но с условием перекрытия предыдущего валика последующим на 0,3-0,5 его ширины. Ориентировочные значения параметров режима наплавки представлены в табл. 3.17.

Таблица 3.17.

Режимы автоматической наплавки под слоем флюса

Диаметр детали, мм	Диаметр проволоки, мм	Сила тока, А	Напряже-ние дуги, В	Скорость подачи, м/ч	Скорость наплавки, м/ч
	1,2	110-120	24-25	70-75	14-16
	1,6	130-170	25-26	80-95	18-20
	1.6	170-180	26-28	100-115	20-24
	1,8	180-200	26-29	120-150	20-26
	2,0	180-200	26-32	180-200	20-28

Вылет электродной проволоки в зависимости от диаметра детали и величины тока принимается в пределах 10-25 мм, а его смещение с зенита - в пределах 2-7 мм.

Эксплуатационные и физико-механические свойства наплавленного металла зависят от состава флюса, материала электродной проволоки и указанных выше параметров режима наплавки, величины проплавления детали, которая определяется по зависимости:

h=k(J⁴/V_н ×U²)^1/3, (3.59)

где k=(0,2-0,3) - коэффициент; J - сила тока, А; V_н - скорость наплавки, мм/мин; U напряжение, В.

К преимуществам автоматической наплавки под слоем флюса относятся: возможность получения поверхностного слоя детали с необходимыми механическими свойствами (твердость до НRС 56-62, высокая износостойкость, плотность и однородность покрытия) и химическим составом; возможность защиты зоны дуги и расплавленного металла от воздействия кислорода и азота воздуха; высокая устойчивость процесса образования покрытия вследствие его механизации и управляемости.

Недостатками автоматической наплавки под слоем флюса являются: возможность перегрева основного металла детали и изменение вследствие этого структуры и механических свойств; ограничение по диаметру (более 45 мм) номенклатуры восстанавливаемых деталей вследствие их температурных деформаций и стекания медленно затвердевающих шлака и металла шва; необходимость в дорогостоящих флюсах, электродной проволоке, специальной оснастке.

Наплавка в среде инертных газов (аргона, гелия) из-за высокой стоимости последних применяется редко.

Наплавка в среде углекислого газа применяется, в основном, при ремонте деталей, изготовленных из мало- и среднеуглеродистых сталей и чугунного литья. С целью получения наплавленной поверхности заданной твердости, в ряде случаев используется направленное охлаждение этой поверхности струей жидкости. Ориентировочные значения параметров режима наплавки приведены в табл. 3.18.

Таблица 3.18.

Режимы наплавки в среде углекислого газа

Диаметр детали, мм	Толщина наплав-ки слоя, мм	Диаметр элект-рода, мм	Сила тока, А	Напря-жение, В	Скорость наплав-ки, м/ч	Расход углек. газа, л/мин
10-20	0,5-0,8	0,8	70-90	16-18	40-45	6-8
20-30	0,8-1,0	1,0	85-110	18-20	20-45	6-8
30-40	2,0-1,2	1,2	90-150	19-23	35-40	6-8
40-50	1,2-1,4	1,4	110-180	20-24	40-45	8-10
50-60	1,4-1,6	1,6	140-200	24-28	24-28	8-10

При этом принимают: шаг наплавки в пределах 2,5-6,0 мм; вылет электрода равным 7-20 мм; смещение электрода в пределах 3-10 мм. Углекислый газ, диссоциируя при наплавке на атомарный кислород и окись углерода, оказывает окислительное действие на материал детали, что устраняется применением электродной проволоки, содержащей раскислители (титан, кремний, марганец) и соответствующие легирующие элементы. Наплавку ведут с взаимным перекрытием валиков на постоянном токе обратной полярности.

К преимуществу наплавки в среде углекислого газа относятся: отсутствие вредных выделений и шлаковой корки на покрытии; открытая для обзора зона наплавки, что дает возможность оперативно корректировать процесс; возможность наплавки деталей малых диаметров; более высокая, по сравнению с автоматической наплавкой под слоем флюса, производительность процесса (коэффициент наплавки равен 15-16 г/А ч).

Недостатками этого вида наплавки являются большое разбрызгивание (потери) металла электродной проволоки и сравнительно низкие механические свойства наплавленного слоя.

Наплавка в среде водяного пара используется для наплавки стальных деталей. В процессе наплавки водяной пар диссоциирует, образуя атомарный водород, который и служит в данном случае защитным газом. При наплавке детали диаметром 40-50 мм электродной проволокой диаметром 1,6 мм примерные значения параметров режима следующие: величина постоянного тока обратной полярности 150-200 А; напряжение 35-36 В; скорость наплавки 18-36 м/ч; давление пара (6-7)×10^-2 МПа.

К преимуществам данного вида наплавки относятся такие, как: дешевая, недефицитная защитная среда; устойчивость наплавленного металла к трещинам; отсутствие вредных газов.

Вместе с тем активное выгорание кремния, марганца, углерода, образование пор в наплавленном слое, ограничивают область применения этого метода и ведут к его удорожанию за счет необходимости использования специальной электродной проволоки (с повышенным содержанием марганца, кремния).

Наплавка вибродуговая, представляющая собой разновидность рассмотренных ранее видов электродуговой наплавки, осуществляется за счет придания электродной проволоке осевых колебаний с частотой (50-100)с^-1 и амплитудой 1-3 мм. Наплавка ведется, как правило, на постоянном токе обратной полярности, с охлаждением наплавленного металла 4-6-процентным раствором кальцинированной соды в воде, являющейся одновременно и защитной средой. Наличие охлаждающей жидкости и прерывистый характер нанесения металла способствуют закалке наплавляемого валика и частичному его отпуску, что приводит к образованию неоднородной структуры от мертенсита закалки до тростосорбита отпуска с твердостью 26-55 НRC.

Ориентировочно значения параметров режима наплавки приведены в табл. 3.19.

Таблица 3.19.

Значения параметров режима вибродуговой наплавки

Диаметр детали, мм	Толщина наплав-ляемого слоя, мм	Диаметр проволо-ки, мм	Величи-на тока, А	Скоро-сть наплав-ки, м/ч	Скоро-сть подачи проволо-ки, м/ч	Расход жидкос-ти, л/мин
	0,3	1,6	120-150	2,2	0,6	0,2
	0,7	1,6	120-150	1,2	0,7	0,4
	1,1	2,0	150-210	1,0	0,8	0,5
	1,5	2,0	150-210	0,6	1,0	0,6

Надежное сплавление наплавленного слоя с основным металлом детали обеспечивается обычно при толщине слоя в 2,5 мм. Параметры режима наплавки взаимосвязанны между собой зависимостью:

n= 250×d²×V_н×h/SДh, (3.60)

где n - частота вращения детали, мин^-1; d - диаметр электродной проволоки, мм; V - скорость подачи проволоки, м/мин; S - шаг наплавки, мм/об; Д -диаметр детали, мм; h - толщина наплавляемого слоя, мм; h - коэффициент наплавки (h=0,85-0,9).

К преимуществам вибродуговой наплавки относятся: слабый нагрев восстановливаемой детали и возможность восстановления поверхности диаметром от 15 мм без существенных структурных изменений основного металла; возможность получения поверхностного слоя детали с заданным химическим составом, закалочными структурами, твердостью и толщиной (от 0,5 до 3,0 мм).

Однако, этот метод имеет существенные недостатки, например: образование поверхности с неравномерной (“пятнистой”) твердостью, что значительно снижает усталостную прочность деталей, особенно при знакопеременных нагрузках; наличие пор и трещин в наплавленном слое.

С целью частичного устранения указанных недостатков вибродуговую наплавку проводят также под слоем флюса или в среде защитных газов; используют ультразвуковые колебания; проводят термомеханическую обработку наплавочного слоя; осуществляют пластическое деформирование наплавленного металла с помощью ролика или бойка.

Для механизированных видов сварки, наплавки основное время определяется раздельно по плоским (t_омп) и цилиндрическим (t_омц) поверхностям соответственно:

t_омп = L_шп / V_св, мин; (3.61)

t_омц = L_ц ×ipd/SV_н, мин; (3.62)

где L_шп, L_ц - соответственно общая длина швов данного размера наплавляемых на плоскую поверхность и длина цилиндрической поверхности, м; V_св, V_н - соответственно скорость сварки и наплавки, м/мин; S - продольная подача наплавочной головки или шаг наплавки, мм/об; d - диаметр наплавляемой поверхности, мм; i - число проходов.

Вспомогательное время при этом принимают равным 0,5 мин на один проход, дополнительное - 15% от оперативного, а подготовительно-заключительное - 15 мин.

При плазменной наплавке возможно получение прочно сплавленного с главным металлом детали слоя наплавленного материала шириной от 8 до 45 мм и толщиной от 0,5 до 6 мм. Установка плазменной наплавки содержит целый комплекс оборудования: дозаторы наносимого материала; источники питания; системы газоснабжения и охлаждения плазмотрона. В общем случае плазменная наплавка характеризуется следующими значениями параметров процесса: диаметр проволоки - от 2,0 до 3,0 мм; сила тока - от 150 до 500 А; напряжение дуги - от 18 до 28 В; скорость наплавки - от 10 до 55 м/ч; шаг наплавки - от 3 до 6 мм; производительность - от 5 до 30 кг/ч.

Плазменная наплавка в общем случае может удовлетворить самые разнообразные технологические и эксплуатационные требования по восстановлению работоспособности деталей. Основным ограничением широкого применения в ремонтном производстве этого вида наплавки является ее энергоемкость, относительные сложность и большая стоимость оборудования для ее осуществления.

Лазерная наплавка и электронно-лучевая наплавка выполняются на установках высокоинтенсивного нагрева не в качестве основной, технологической наплавочной операции, а в качестве последующей отделочной операции, в результате которой происходит оплавление поверхности наплавленного материала и улучшение его эксплуатационных и физико-механических свойств. В ремонтном производстве используется редко, например, при восстановлении кулачков распределительных валов, хвостовиков клапанов; для борирования поверхностей.

Кроме рассмотренных методов в ремонтном производстве иногда целесообразно использовать и такие, как: литейную наплавку; намораживание металла; электроискровое наращивание; электроимпульсное наращивание; электроконтактную приварку ленты; электроконтактную приварку проволоки; электроконтактное напекание порошков.