Сварка и наплавка стальных деталей.

По свариваемости стали подразделяются на четыре группы (таблица 6). Под свариваемостью имеется в виду обобщающее понятие, характеризующее качество сварного соединения (прочность парного соединения, чувствительность сварного шва к термообработке, соответствие свойств шва свойствам основного металла, склонность к образованию трещин). Свариваемость во многом определяется процентным содержанием углерода в стали. К первой группе относят стали, сварку которых можно выполнить без последующей термообработки, но термообработка допускается для принятия внутренних напряжений. Вторую группу составляют стали, при сварке которых в обычных производственных условиях не образуются трещины. С целью предупреждения возможного появления трещин для этих сталей применяют предварительный подогрев и последующую термообработку. В третью группу входят стали, которые перед сваркой обязательно подвергают подогреву и термообработке. Большинство сталей этой группы после сварки дополнительно термически обрабатываются. Стали четвертой группы трудно поддаются сварке и обладают выраженной склонностью к образованию трещин. Эти стали свариваются ограниченно с предварительным подогревом и обработкой после сварки. Мелкие детали из сталей первых трех групп могут свариваться без подогрева.

Ручная дуговая сварка и наплавка

Этот универсальный и наиболее распространенный способ требует создания электрической между электродом и свариваемым металлом, которая является источником тепла для сплавления металлов. Качество сварного шва или наплавленного слоя определяется диаметром электрода, его типом и маркой, величиной сварочного тока, напряжением на дуге, видом и полярностью тока, скоростью сварки, типом шва, его положением в пространстве.

Питание дуги может осуществляться постоянным или переменным током, причем, полярность постоянного тока может быть прямой и обратной. Род тока и полярность выбираются зависимости от химического состава и толщины стали. Электрическая дуга постоянного тока более стабильна. Наибольшее количество тепла выделяется на положительном полюсе, поэтому для лучшего разогрева металла к нему присоединяется положительный полюс, а к электроду — отрицательный полюс сварочной цепи. Такая схема соединения называется прямой полярностью, реже применяется обратная полярность, при которой отрицательный полюс присоединен к свариваемому металлу, а положительный — к электроду. Обратная полярность позволяет избежать прожогов деталей при небольшой их толщине (менее 3 мм), а также применяется при сварке легированных сталей, очень чувствительных к перегреву.

Источниками постоянного тока при ручной, а также механизированной сварке и наплавке, являются:

сварочные преобразователи ПСО-300 3, ПСО-500, ПСГ-500, ПСУ-500, ПС-1000; сварочные выпрямители ВС-300, ВС-600, ВСЖ-303, ВДГ-302, ВДГ-601, ВДУ-504, ВДУ-1001, ВДУ-1601, VI-1001;

сварочные агрегаты АСБ-ЗОО-7, АДВ-306, АДД-303, АСД-3-1, АСДП-500Г-ЗМ.

Таблица 6 – Свариваемость сталей


Группа свариваемости	Свариваемость	Группа сталей	Марки сталей	Свойства при сварке	Особенности технологии
I	Хорошая	Малоуглеродистая с содержанием углерода (С) до 0,25% и низколегированные с содержанием углерода до 0,20%	10, 15, 20, 25, 15Г, 20ХГ, 12ХН2, 15ХМ, 12Х2НЧ, 15Х, 20Х, 20ХГСА, 12ХГСА, 12Х2НЧА, ЮХГСНД	Свойства практически не меняются	Подогрев и термообработка не требуются
II	Удовлетвори- тельная	Углеродистая (до 0,35 % С), кон- струкционная легированная (до 0,35%С)	15Л, 20Л, 25Л, 20ХНЗА, 30, 35, 30Х, 20ХГС, ЗОЛ, 35Л, 15ХСНД	Свойства ухудшаются. Требуется последующая термообработка	Предварительный подогрев до 100°С
III	Ограниченная	Стали с содержанием углерода до 0,40 %	35ХМ, 30ХГС, 35НЛ, 35ХНЛ, 40, 45, 40Х, 35СГ, 50, 40Л, 45Л, 35Г, 35ХНМ, 40ХН, 40ХНМА, 18Х2НЧВА, 38 ХЮА, 35 ХМЮА, 30ХМА	Свойства ухудшаются, но после термообработки частично восстанавливаются	Предварительный подогрев до 200-250°С и термообработка
IV	Плохая	Высокоуглеродистые и легирован- ные стали с высоким содержанием углерода	50Х, 50Г2, 50ХН, 50Г, 40Г2, 60Г, 50ХГ, 55С2, 65, 75, 85, У8, У8Г, У9, У12, У10А, УНА, У13А, 65Г, 70Г, 55Л, Р18, Р8	Свойства ухудшаются. Требуется последующая термообработка	Предварительный подогрев до 250-300°С

Переменный ток используется более широко — для сварки углеродистых и низколегированных сталей разной толщины. Источниками переменного тока являются сварочные трансформаторы ТСП-2, ТС-300, ТД-300, СТН-450, СТШ-500, ТСД-1000, преобразующие получаемый ток напряжением 220 или 380В в ток напряжением 30-80В.

При ручной дуговой сварке и наплавке чаще всего используются металлические электроды сварочной проволоки с обмазкой. Диаметр проволоки электрода от 1 до 12 мм; проволока обычно низкоуглеродистая стальная. Длина электродов — до 450 мм. Электроды классифицируются по назначению и виду покрытия. По назначению стальные электроды подразделяются на пять классов: 1) для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей пределом прочности σ_в≤600 МПа; 2) для легированных сталей с σ_в >600 МПа; 3) для легированных жаропрочных сталей; 4) для высоколегированных сталей с особыми свойствами; 5) для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.

Покрытие (обмазка) электродов предназначена для: а) повышения устойчивости горения дуги; б) создания вокруг зоны плавления защитного слоя из газов и шлаков с целью предохранения расплавленного металла от соединения с кислородом и азотом (окисления азотирования); в) замедления остывания шва; г) внесения в расплавленный металл необходимого количества углерода и легирующих элементов. Соответственно функциям покрытий и состав электродных обмазок включаются разные компоненты: стабилизирующие, шлакообразующие, газообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие.

По виду покрытия электроды делят на электроды с кислым, рутиловым, основным и целлюлозным покрытием. Кислые покрытия рекомендуются для низкоуглеродистых и низколегированных сталей, рутиловые — для ответственных конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей, основные — для ответственных конструкций из сталей всех классов, целлюлозные — имя малоуглеродистых и низколегированных сталей.

По толщине слоя различают два вида обмазок: тонкие и толстые. Тонкие обмазки имеют толщину 0,15-0,25 мм, выполняют только стабилизирующую и незначительную защитную функцию. Толстые обмазки обеспечивают выполнение всех четырех перечисленных выше условий; толщина этих обмазок — в пределах 0,8 — 2,0 мм.

Электроды для сварки конструкционных сталей обозначают буквой «Э» с указанием прочности получаемого шва на разрыв, например. Э42, где 42 — временное сопротивление шва при растяжении в σ_в кг/мм² (10^-1МПа).

В зависимости от состава покрытия электроды подразделяются на марки: ОММ-5 ЦМ-7, У.ОНИ-13/45 и др.

return false">ссылка скрыта

Электроды для наплавки обозначают двумя буквами — «ЭН» («Н» — наплавочный) и цифрами, показывающими гарантированную твердость наплавленного слоя, например, ЭНР-62 (твердость нанесенного слоя HRC62). Для наплавки интенсивно изнашивающихся деталей применяю порошкообразные твердые сплавы (вокар, висхом), литые твердые сплавы (стеллиты, сормайты), порошковые электроды.

Применительно к составу покрытий электродов выработаны следующие рекомендации. Электродами с меловой обмазкой (ОММ-5, ОММ-2) следует выполнять сварку и наплавку неответственных деталей из низкоуглеродистых сталей, термически не обработанных. Для сварки тонколистового материала целесообразно использовать электроды с обмазкой ОМА-2. Наплавку термически необработанных деталей из среднеуглеродистых сталей (типа сталей 40,45) целесообразно выполнять электродами УОНИ-13/55. В этом случае после наплавки термическая обработка, как правило, не практикуется. При наплавке термически обработанных деталей из среднеуглеродистых ей с получением средней и высокой прочности поверхности рекомендуется использование электродов ОЗН-300 и ОЗН-400.

Технологический процесс сварки и наплавки деталей складывается из подготовки к сварке, собственно сварки, обработки после сварки, Для качественного восстановления деталей с помощью капки необходимо:

- выполнить подготовительные операции;

- правильно подобрать диаметр электрода и марку обмазки;

- отрегулировать источник питания на необходимую силу сварочного тока;

- наметить способ движения конца электрода;

- обеспечить нормальное протекание процесса сварки путем установки электрода под деленным углом к детали, поддержания постоянной длины дуги и обеспечения стабильного движения электрода.

При толщине стыкуемых деталей до 5-6 мм допускается стыковая сварка без разделки кромок. При сварке толстостенных деталей требуется одно- или двусторонняя разделка кромок.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла или толщины наплавляемого слоя. Рекомендуемые соотношения основных параметров детали и электрода:

Толщина детали, мм < 2 2-4 4-6 6-8 > 8

Диаметр электрода, мм 2 3 4 5 6-8

Для наплавки при толщине наплавляемого слоя менее 2 мм рекомендуются электроды диаметром 3 мм, а при большей толщине наплавки — диаметром 4-5 мм. При наплавке крупногабаритных деталей электроды могут иметь диаметр до 6 мм.

Сила тока при ручной дуговой сварке ориентировочно может определяться формулой

J_CB = к*d_э А/мм,

где к — опытный коэффициент, к = 40-60 для электродов со стержнем из малоуглеродистой стали; 35-40 для электродов со стержнем из высоколегированной стали;

d_Э — диаметр электрода, мм.

Сила сварочного тока связана также с диаметром электрода и видом обмазки, поэтому можно пользоваться следующей рекомендацией:

Диаметр электрода, мм 2 3 4 5 6

Сила тока, А

при обмазке:

тонкой стабилизирующей 40-60 90-130 140-180 200-250 250-350

толстой защитнолегирующей 30-45 80-100 120-140 160-180 200-250

В процессе наплавки электрод устанавливается и поддерживается под углом 20-30° к вертикали в сторону движения, чтобы капли расплавленного металла, стекающие с электрода, попадали в зону расплавленной поверхности.