Загальні відомості. Зварювання і наплавлення — найбільш розповсюджені способи відновлення зношених і ушкоджених деталей при ремонті машин.

Зварювання і наплавлення — найбільш розповсюджені способи відновлення зношених і ушкоджених деталей при ремонті машин.

Зварювання і наплавлення при відновленні сталевих деталей широко застосовується як для усунення руйнувань (тріщин, поломок і розривів), так і для нарощування зношених поверхонь.

При відновленні сталевих деталей здебільшого застосовують електрозварювання. Газове зварювання використовують в основному при зварюванні сталевих деталей з малою товщиною стінок (кабіни й оперення тракторів і автомобілів, обшивки комбайнів, тонкостінні труби, нафтотара).

Для одержання доброякісного звареного з'єднання заданої якості чи наплавленого шару при відновленні деталей електрозварюванням першорядне значення мають правильний вибір електрода і дотримання технології зварювання. Вибір електрода залежить від характеру дефекту, що усувається, марки сталі, з якої виготовлена деталь, і вимог до наплавленого шару.

При заварюванні тріщин або поломок звичайно застосовують зварювальні електроди. За ДСТУ вони підрозділяються на ряд типів від Э-34 до Э-145. Основною характеристикою кожного типу є тимчасовий опір розриву зварного з'єднання. Воно вказується в найменуванні типу електрода. Наприклад, електроди типу Э-42 дають зварне з'єднання, що має тимчасовий опір розриву, рівний 420 Н/дм². До кожного типу може відноситися кілька марок електродів. Наприклад, до типу Э-42 відносяться електроди марок ОЗЦ-1, ОММ-5; до типу Э-42А — електроди ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; до типу Э-46 — електроди ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; до типу Э-50А- електрод У ВОНИ-13/55 і ін.

Перераховані типи електродів застосовуються для зварювання мало- і середньовуглецевих сталей. Стрижні всіх електродів виготовлені з дроту Св-08 діаметром від 1,6 до 12 мм. Типи і марки електродів відрізняються один від одного покриттям (обмазкою). Електроди з крейдовою обмазкою, що складається з 70—80% меленої крейди і 20—30% рідкого скла, відносяться до типу Э-34. Крейдова обмазка є тільки стабілізуючої, тобто сприятливої стійкому горінню дуги. Інші типи і марки електродів мають якісну обмазку. Ця обмазка, крім стабілізуючих, містить захисні, шлакоутворювальні і газоутворювальні, а іноді розкислювальні і легувальні елементи.

Умовне позначення типів складу покрить: руднокислі - Р, рутилові - Т, фтористо-кальцієві - Ф, органічні - О.

Повне умовне позначення електрода за ДСТУ містить послідовно: марку і тип електрода, його діаметр, вид складу покриття і номер ДСТУ. Наприклад, електрод ЦМ-7, що відноситься до типу Э-42, діаметром 5 мм і має покриття рутилового типу, буде мати позначення ЦМ-7-Э-42-5, 0-Р-ГОСТ 9467—60.

Зварювання маловуглецевих (зі вмістом вуглецю до 0,20%), а також низьколегованих сталей, наприклад, марок 15Х, 20ХНА, 20Х, ЗОХ, 18ХГТ і ін. не зустрічає труднощів.

Вуглецеві і леговані сталі із середнім і високим вмістом вуглецю зварюються гірше і мають схильність до утворення пор і тріщин. Тому при зварюванні і наплавленні середньо-, високовуглецевих і легованих сталей потрібний попередній підігрів деталей приблизно до таких температур.

Вміст вуглецю, %	0,20—0,30	0,30—0,45	0,45—0,80
Температура підігріву, градусів	100—150	150—250	250—400

Після зварювання таких сталей відмінні результати дає також наступний відпуск при температурі 600—650°С або при 400° протягом 2 годин.

Рекомендується перед зварюванням підігрівати масивні деталі для одержання глибокого провару і попередження великого відводу тепла від місця зварювання в глиб деталі.

При відновленні зношених деталей електродуговим наплавленням вибір електродів залежить від марки сталі деталі, що наплавляється, необхідної твердості покриття і зносостійкості наплавленого шару.

Наплавлення зношених поверхонь деталей, виготовлених з маловуглецевої сталі і що не піддаються термічній чи хіміко-термічній обробці, можна проводити зварювальними електродами.

При наплавленні деталей зі середньовуглецевих і легованих сталей (наприклад, сталей марок 30, 35, 45, З0Х, 35Х, 40Х), загартованих, а також з маловуглецевої сталі, але з цементованою поверхнею повинні застосовуватися спеціальні наплавні електроди чи тверді сплави.

ДСТУ установлює ряд типів наплавних електродів, що розрізняються за хімічним складом наплавленого шару. Позначення типу електрода розшифровується в такий спосіб: букви «ЭН» означають «електрод для наплавлення», потім вказуються основні хімічні елементи, що входять до складу наплавленого шару, і їхній середній вміст у відсотках. Позначення хімічних елементів загальноприйняте: У — вуглець, С — кремній, Г — марганець, Н — нікель, Х — хром, Т — титан, Р — бор, Ф — ванадій і т.д. Спочатку вказується вміст вуглецю, при цьому, якщо в позначенні типу електрода є буква У, той вміст вуглецю даний у десятих частках відсотка, а якщо він відсутній — у сотих частках. Останні цифри вказують твердість шару (НRС).

Наприклад, позначення типу електрода ЭН-14М2Х-30 означає: електрод для наплавлення, у наплавленому шарі міститься 0,14% вуглецю, 2% марганцю, 1% хрому, твердість шару —30 HRС.

Вказівки на твердість наплавленого шару (НВ) містяться іноді й у позначеннях марки електрода, наприклад, електрод ОЗН-300, Т-590 і ін.

Типам електродів відповідають визначені марки електродів. Повна умовна позначка електрода для наплавлення містить його марку, тип, діаметр і ДСТ. Наприклад, електрод марки ОЗН-300 діаметром 5 мм буде мати позначення: ОЗН-300-ЭН-15ГЗ-25, 5,0 ДСТ 10051-62 і ДСТ 9466-60.

Стрижні наплавних електродів виготовляються як з вуглецевого, так і з легованого зварювального дроту. Легувальні елементи вводять у наплавлений шар як з покриття і матеріалу стрижня, так і тільки з матеріалу покриття.

Найбільш широке застосування для наплавлення автотракторних деталей знайшли електроди марок ОЗН-300 і В-340 п/б (тип ЭН-15ГЗ-25),

ОЗН-400 (тип ЭН-20Г4-40); для наплавлення деталей з високомарганцевої сталі Г13 — електроди ОМГ-Н (тип ЭН-70ХН-25); для наплавлення швидко зношуваних деталей, що працюють в умовах абразивного зношування,— електроди марок Т-90, ЦС-1, ЦС-2 і інші.

В останні роки для одержання наплавлених шарів високої твердості застосовують порошкові електроди - трубчасті стрижні діаметром 2-8 мм із маловуглецевої сталі з наповнювачем. У якості наповнювача використовують тверді сплави, найчастіше сормайт, феросплави, карбід вольфраму. На електрод наноситься захисне покриття (обмазка).

Випускаються трубчасті наплавочні електроди ЭПН-1,ЭТН-2, ЭТН-3, ЭТН-4.

При газовому зварюванні для заварювання тріщин, розривів, приварювання накладок на сталеві деталі і зварювання металоконструкцій застосовують зварювальний дріт Св-08, Св-08А.

Останнім часом усе ширше для газового зварювання застосовують зварювальні дроти з підвищеним вмістом марганцю і кремнію, наприклад, дроти Св-08ГС, Св-08М2С, Св-12ГС, а також леговані зварювальні дроти, наприклад Св-18ХГСА, Св-18ХМА, Св-10ХГ2С і ін.

Часто використовують наплавні дроти Нп-40, Нп-50, Нп-30ХГСА, Нп-10Г3 і ін., що дають зварювальне з'єднання чи наплавлений шар з високими механічними властивостями.

Як при електродуговому, так і при газовому наплавленні тверді і зносостійкі шари на сталевих деталях можна одержати шляхом наплавлення на них твердих сплавів, що можуть бути литими, у вигляді стрижнів і порошкоподібні (зерноподібні).

До литого відносяться, наприклад, сормайт № 1, № 2 і стеліти В2К і ВЗК, що мають високу твердість і зносостійкість за рахунок великого вмісту вуглецю, хрому, нікелю, марганцю і т.д. Ці сплави можуть наплавлятися газовим полум'ям, а також можуть бути стрижнями електродів (наприклад, електроди ЦС-1 і ЦС-2).

До порошкоподібних твердих сплавів відносяться наступні: сталініт, що містить 37,7% ферохрому, 10,8% феромарганцю, 47,1% чавунного порошку, 4,4% нафтового коксу; боридна суміш (50% борида хрому і 50% залізного порошку); наплавна суміш КБХ (60% ферохрому, 33% залізного порошку, 5% борида хрому, 2% карбіду хрому) і ін. Ці сплави наносяться на поверхню деталі, розплавляються і сплавляються з нею за допомогою газового полум'я чи електричної дуги.

При наплавленні твердих сплавів як електрозварюванням, так і газовим зварюванням застосовують буру чи суміш — 50% бури і 50% борної кислоти.

Діаметр електрода при зварюванні вибирають у залежності від товщини металу, що зварюється, (табл. 5.1).

При зварюванні вертикальних швів застосовують електроди діаметром не більшим 5—6 мм, а при стельовому зварюванні — не більшим 4 мм. Величина струму встановлюється в залежності від діаметра електрода. Для зварювання сталі в нижньому положенні необхідну величину струму можна визначити за даними таблиці 5 чи з виразу І=(40-50)d_ел, де d_ел — діаметр електрода, мм.

При зварюванні вертикальних і стельових швів величина зварювального струму приймається на 10—20% меншою, ніж при зварюванні в нижньому положенні.

Поверхня металу в лінії зварювання чи поверхня під наплавлення повинна бути зачищена до металевого блиску. При заварюванні тріщини кінці її повинні бути насвердлені свердлом діаметром 3— 4 мм.

При товщині стінки деталі, що зварюється, чи листів (смуг) до 4 мм і зварюванні в стик чи заварюванні тріщини оброблення кромок не проводять. При товщині стінок від 4 до 8 мм крайки обробляють, або проводять зварювання без обробки, але з обох боків.

При зварюванні тонколистової сталі (товщиною до 3 мм) рекомендується застосовувати електроди МТ, ОМА-2 і малопотужні джерела живлення зі зниженою робочою напругою — зварювальні трансформатори СТАН-0, ТС-120, ТСП-1, перетворювачі ПСО-120.

Діаметр електрода і величину струму при наплавленні беруть меншими ніж при зварюванні. Наплавлення варто вести короткою дугою з перекриттям сусідніх валиків на 30—50%, причому електрод повинен бути нахилений під кутом 15—20° до вертикалі по напрямку руху. Наплавлення рекомендується проводити, поєднуючи переміщення електрода в напрямку наплавлення з поперечним коливанням його таким чином, щоб ширина валика дорівнювала приблизно 2,5 діаметрам електрода. Товщина наплавленого шару виходить рівною приблизно 0,7 d_ел.

Таблиця 5.1

Товщина металу, що зварюється, мм	Діаметр електрода, мм	Сила струму, А	Товщина металу, що зварюється, мм	Діаметр електрода, мм	Сила струму, А
0,5—1,0	1,6	20—30	4,0—6,0	4,0	140-150
1,0	2,0	20—30	6,0—8,0	4,0—5,0	160-200
1,5	2,0	30—50	8,0—12,0	5,0	210-230
2,0	2,0—3,0	40—70	12,0—16,0	5,0—6,0	230-270
3,0	3,0	70—120	16,0—20,0	5,0—6,0	240-280
3,0—4,0	3,0	90—120	Більше 20	6,0	260-300

Полярність постійного струму приймають у залежності від марки електрода. Зварювання масивних деталей ведуть або на змінному струмі, або на постійному прямої полярності, вибираючи відповідну марку електрода, тому що на «плюсі» температура на 500—600°С вище, ніж на «мінусі». Зварювання тонкостінних деталей і наплавлення ведуть на струмі зворотної полярності. При газовому зварюванні діаметр прутка чи дроту вибирають зі співвідношення:

мм,

де b — товщина основного металу, мм.

Зварювальні пальники підбирають з розрахунку витрати ацетилену 100— 120 л/год на 1 мм товщини металу.

Заварювання отворів електродом можлива при глибині отвору L<1,5d (d-діаметр отвору). Порядок і послідовність заварювання отворів показані на рисунку 5.1а. Якщо глибина отвору більша 1,5d, але не більша 3d, то його можна заварювати з двох сторін, попередньо вклавши в середину сталеву шайбу (рис. 5.1б). Якщо ж L більша 3d, необхідно розсвердлити отвір перед заварюванням.

При зварюванні чи наплавленні внаслідок нерівномірного нагрівання різних ділянок деталі в ній виникають внутрішні напруження, що можуть привести до деформації (жолоблення) деталі чи навіть до утворення тріщин. Уникнути тріщин і зменшити чи уникнути жолоблення можна різними способами. Найкращі результати в цьому відношенні дає попередній підігрів деталі перед зварюванням чи наплавленням з наступним повільним охолодженням. Температура нагрівання залежить від виду термообробки деталі при її виготовленні, але не повинна перевищувати 700°С.

При наплавленні циліндричних поверхонь процес випливає вести чи по гвинтовій лінії, чи уздовж осі деталі, накладаючи валики в порядку, показаному на рисунку 5.2. При заварюванні тріщин, зварюванні смуг (листів) рекомендується вести зварювання короткими ділянками довжиною 40—50 мм, врозкид, починаючи з країв, потім у середині і т.д., бажано з перервами для охолодження. Перед зварюванням чи наплавленням можна задати деталі попередню деформацію у бік, зворотній тому, де варто очікувати жолоблення. У цьому випадку при зварюванні (наплавленні) деталь розпрямиться.

При наплавленні термічно оброблених деталей їх варто поміщати у ванну з водою так, щоб поверхня, яка наплавляється, виступала над рідиною.

	Рисунок 5.1 - Заварювання отворів: а – порядок заварювання отворів; б – заварювання глибоких отворів з постановкою шайби		Рисунок 5.2 - Наплавлення циліндричних деталей: а – порядок накладення валиків уздовж деталі; б – наплавлення по спіральній лінії