Соотношение диаметра электрода и толщины

наплавляемого слоя при наплавке цилиндрических деталей

в зависимости от их диаметров

Толщина слоя, мм	Диаметр электрода, мм	Диаметр детали, мм
1,5 – 2,5	1,2	50 – 80
1,5 – 2,5	1,6	90 – 100
1,5 – 2,5	2,0	100 – 150
1,5 – 2,5	2,58	160 – 250
2,0 – 3,0	3,0	260 – 350
2,0 – 3,0	4,0	400 – 600
2,0 – 3,0	5,0	700 – 900

Если длина наплавляемой поверхности небольшая, то в процессе наплавки деталь не успевает прогреться и отделяемость шлака будет удовлетворительной. В этом случае диаметр электродной проволоки можно увеличить.

Ток наплавки определяют по выражению (3). Плотность тока j = = 60 – 140 А/мм². Обычно большую плотность тока выбирают для меньших диаметров электродных проволок и наоборот. В то же время следует иметь в виду, что наплавку деталей малой толщины и небольших диаметров целесообразно (во избежание прожогов металла) выполнять при малых значениях тока, а больших – при больших значениях тока с целью повышения производительности труда (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость силы тока от диаметра наплавляемой детали:

1 – диапазон оптимальных режимов; 2 – допустимых

Обычно наплавку различных деталей производят при напряжении дуги 25 – 40 В. Более точное значение напряжения дуги определяют по формуле

(9)

или по более простому выражению:

(10)

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч, выбирается из справочников или рассчитывается по формуле:

, (11)

где a_р – коэффициент расплавления, г/А×ч;

I_н – ток наплавки, А;

d_эл – диаметр проволоки, мм;

ρ – плотность металла проволоки, г/см³.

Коэффициент расплавления электродной проволоки сплошного сечения при наплавке под флюсом определяется по формуле:

для переменного тока –

, (12)

для постоянного тока прямой полярности –

. (13)

При наплавке на постоянном токе обратной полярности a_р = 10 – 12 г/А×ч, что примерно составляет 80 % от значения, рассчитанного по формуле (13).

Шаг наплавки определяют из условия перекрытия валиков на 1/2 – 1/3 их ширины:

S = (2,5 – 4,0)d_эл. (14)

Скорость наплавки, м/ч,

, (15)

где a_н – коэффициент наплавки, г/А×ч;

F_н – площадь поперечного сечения шва, мм²;

ρ – плотность металла проволоки, г/см³.

Коэффициент наплавки

, (16)

где ψ – коэффициент потерь металла сварочной проволоки на угар и разбрызгивание, ψ = 1 – 3 %.

Площадь поперечного сечения наплавленного валика вычисляется по формуле (8).

Частота вращения, об/мин, наплавляемой детали

, (17)

где D – диаметр наплавляемой поверхности, мм.

Вылет электродной проволоки существенно влияет на сопротивление цепи питания дуги. С увеличением вылета проволоки возрастает сопротивление и, следовательно, значительно нагревается конец электродной проволоки. В результате этого увеличивается коэффициент наплавки, снижается ток, уменьшается глубина проплавленного слоя основного металла. Ориентировочно вылет проволоки рассчитывается по формуле:

h_эл = (10 – 12)d_эл. (18)

Для предупреждения стекания металла и лучшего формирования валика наплавленного металла электродную проволоку смещают «от зенита» детали в сторону, противоположную направлению ее вращения. Смещение электрода «от зенита» зависит от диаметра детали и находится в пределах 15 – 40 мм. Более точно эту величину определяют по формуле:

e = (0,05 – 0,07)D. (19)

Толщина слоя флюса составляет 25 – 60 мм и зависит от тока наплавки (табл. 9).

Таблица 9

Соотношение тока наплавки и толщины слоя флюса

Ток наплавки, А	200 – 400	400 – 800	800 – 1200
Толщина слоя флюса, мм	25 – 35	35 – 45	45 – 60

Выбирая род тока, следует учитывать экономические и эксплуатационные преимущества переменного тока перед постоянным. Однако детали небольших размеров рекомендуется наплавлять постоянным током обратной полярности.

Для автоматической наплавки под флюсом обычно применяется оборудование, изготавливаемое на ремонтном предприятии. Установка состоит из модернизированного токарного станка (вращателя), подающего механизма, флюсоподающего устройства и источника питания.

В качестве вращателя используется токарный станок, частоту вращения шпинделя которого снижают в 20 – 40 раз (с этой целью между электродвигателем привода и первым валом коробки скоростей устанавливают редуктор).

Механизм подачи электродной проволоки и флюсовое оборудование устанавливают на суппорте токарного станка. Источник питания выбирают по справочной литературе [3].

4. Расчет себестоимости наплавочных работ

Себестоимость наплавочных работ (все затраты на восстановление детали) выражается в денежной форме и включает в себя затраты на материалы, заработную плату, электроэнергию, отчисления на амортизацию и ремонт инструмента, сварочного и вспомогательного оборудования и другие расходы.

Технологическая себестоимость единицы продукции складывается из следующих затрат, р.:

С_т = С_мат + С_з.п + С_э + С_ц + С_з, (20)

где С_мат – затраты на наплавочные материалы (электроды, сварочная проволока, флюсы и др.), р.;

С_з.п – фонд оплаты труда (основная и дополнительная заработная плата и отчисления на социальные нужды), р.;

С_э – расходы на электроэнергию, затраченную при производстве наплавочных работ, р.;

С_ц – цеховые расходы, отнесенные на единицу продукции, р.;

С_з – общезаводские расходы, отнесенные на единицу продукции, р.

Стоимость материалов при восстановлении изношенных деталей, р.,

С_мат = С_эл + С_защ, (21)

где С_эл – стоимость электродных материалов (электроды, проволока), р.;

С_защ – стоимость защитных материалов (флюс), р.

Стоимость электродных материалов

С_эл = Ц_эл G_эл, (22)

где Ц_эл – оптовая цена электродных материалов, р./кг;

G_эл – масса электродных материалов, кг.

Расход электродных материалов при ручной дуговой наплавке

G_эл = G_н К_р, (23)

где G_н – масса наплавленного металла, кг;

К_р – коэффициент расхода (см. табл. 2).

Масса наплавленного металла при ручной дуговой наплавке плоских деталей, кг,

G_н = а_д l_д d_н r, (24)

где а_д, l_д – ширина и длина наплавленной поверхности, мм;

d_н – толщина наплавленного слоя, рассчитанная по формуле (1), мм;

r – плотность металла, для стали r = 7,8×10^-6 кг/мм³.

При восстановлении деталей типа тел вращения масса наплавленного металла определяется как произведение площади поперечного сечения наплавленного кольца на длину поверхности и плотность металла, кг:

G_н = 0,25p(D²_н – D²_из)Lr, (25)

где D_н и D_из – диаметр наплавленной и изношенной поверхности, мм.

При ручной дуговой наплавке расходы на защитные материалы не рассматриваются, они учтены коэффициентом расхода.

Масса наплавленного металла при автоматических способах наплавки, кг,

G_н = 0,25pd²_элV_эл t₀ r, (26)

где t₀ – основное время наплавки, ч,

t₀ = G_н/(a_н I_н). (27)

Масса электродной проволоки (для автоматической наплавки), кг,

G_эл = G_н(1 + y/100). (28)

Стоимость флюса для автоматической наплавки, р.,

C_ф = Ц_ф G_ф, (29)

где Ц_ф – оптовая цена флюса, р./кг;

G_ф – масса флюса, кг.

Зная массу наплавленного металла, можно определить массу флюса, кг:

G_ф = (1,05 – 1,10)G_н. (30)

Основная заработная плата производственных рабочих на единицу продукции

C_з.п = С_ч Т_ш-к, (31)

где С_ч – часовая тарифная ставка рабочего, р./ч;

Т_ш-к – штучно-калькуляционное время, ч.

Норма штучно-калькуляционного времени на выполнение технологической операции определяется по формуле, ч:

Т_ш-к = t₀/К_п, (32)

где К_п – коэффициент использования сварочного поста (табл. 10).

Таблица 10

Значения коэффициента использования сварочного поста

Метод наплавки	Значение Кп
Ручная дуговая наплавка	0,30 – 0,50
Автоматическая наплавка под флюсом	0,50 – 0,65

Заработная плата с начислениями, р.,

C_з.п = С_о К_доп, (33)

где С_о – основная заработная плата, зависящая от разряда рабочего (табл. 11);

К_доп – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату и отчисления в социальные фонды, К_доп = 1,485 – 1,5.

Таблица 11

Отраслевая единая тарифная сетка работников железнодорожного транспорта

Квалификационный разряд рабочего
Часовая тарифная ставка рабочих, связанных с ремонтом подвижного состава, р./ч	1,89	2,1	2,36	2,63	2,92	3,24

Стоимость электроэнергии

C_э = Ц_э А, (34)

где Ц_э – цена электроэнергии, р./кВт×ч;

А – расход электроэнергии, кВт×ч,

А = 10^-3 t₀ I_н U_н/h + w₀(Т_ш-к – t₀), (35)

где h – КПД источника тока;

w₀ – мощность, расходуемая при холостом ходе, кВт.

Значения коэффициента h и мощности w₀ приведены в табл. 12.

Таблица 12

Значения h и w₀ в зависимости от рода тока

Род тока	КПД h	Мощность холостого хода w0, кВт
Переменный	0,8 – 0,9	0,2 – 0,4
Постоянный	0,6 – 0,7	2,0 – 3,0

Цеховые расходы включают в себя затраты, связанные с управлением цеха, работой оборудования, содержанием здания цеха. На ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта они составляют 150 – 170 % от основной заработной платы производственных рабочих.

Общезаводские расходы включают в себя затраты, связанные с управлением предприятием, содержанием общезаводских служб и зданий заводоуправления, и составляют 70 – 120 % от заработной платы производственных рабочих.

Пример оценки себестоимости наплавочных работ.

Снижение трудоемкости наплавки

DТ = Т_ш-к.р – Т_ш-к.а, (36)

где Т_ш-к.р и Т_ш-к.а – штучно-калькуляционное время ручной дуговой и автоматической наплавки под флюсом, ч.

Повышение производительности труда

DП_тр = (Т_ш-к.р – Т_ш-к.а)/ Т_ш-к.а. (37)

Снижение себестоимости наплавки

DС = С_р – С_а, (38)

или

DС = (С_р – С_а)/ С_а, (39)

где С_р и С_а – себестоимость ручной дуговой и автоматической наплавки под флюсом, р.

Библиографический список

1. Инструкция по сварке и наплавке при ремонте вагонов и контейнеров. РТМ-32, ЦВ-210-88. М.: Транспорт, 1989.

2. Инструкция по сварочным и наплавочным работам при ремонте тепловозов, электровозов, электропоездов и дизель-поездов. ЦТ-336. М.: Тран- спорт, 1996.

3. Справочник сварщика/ Под ред. В. В. Степанова. М.: Машиностроение, 1983.

4. Киселев С. Н. Технология сварочного производства при ремонте подвижного состава/ С. Н. Киселев, Л. А. Аксенова, В. В. Засыпкин/ МИИТ. М., 1983. Ч. 3.

5. Федин А. П. Сварочное производство/ А. П. Федин. Минск: Вышэйша школа, 1992.

6. Молодык Н. В. Восстановление деталей машин/ Н. В. Молодык, А. С. Зенкин. М.: Машиностроение, 1989.

приложение

Варианты заданий

Вариант	Размер детали, мм*	Износ δиз, мм	Марка стали	Твердость, НВ
D	L
			0,70	10кп (ГОСТ 10702-78)
			0,75	15 (ГОСТ 1050-74)
			0,80	15кп (ГОСТ 2590-71)
			0,85	20 (ГОСТ 1050-74)
			0,90	20кп (ГОСТ 2590-71)
			0,95	25 (ГОСТ 1050-74)
			1,00	30 (ГОСТ 1050-74)
			1,05	35 (ГОСТ 1050-74)
			1,15	40 (ГОСТ 1050-74)
			1,20	20кп (ГОСТ 2590-71)
			1,25	10 (ГОСТ 1050-74)
			1,30	20Г (ГОСТ 4543-71)
			1,35	15ХСНД (ГОСТ 2590-71)
			1,40	17ГС (ГОСТ 11474-76)
			1,45	15Г2СФД (ГОСТ 2590-71)
			1,50	10кп (ГОСТ 10702-78)
			1,55	15 (ГОСТ 1050-74)
			1,60	15кп (ГОСТ 2590-71)
			1,65	20 (ГОСТ 1050-74)
			1,70	20кп (ГОСТ 2590-71)
			1,75	25 (ГОСТ 1050-74)
			1,80	30 (ГОСТ 1050-74)
			1,85	35 (ГОСТ 1050-74)
			1,90	40 (ГОСТ 1050-74)
			1,95	20кп (ГОСТ 2590-71)
			2,00	10 (ГОСТ 1050-74)
			2,05	20Г (ГОСТ 4543-71)
			2,10	15ХСНД (ГОСТ 2590-71)
			2,15	17ГС (ГОСТ 11474-76)
			2,20	15Г2СФД (ГОСТ 2590-71)

* D и L – диаметр и длина изношенной поверхности детали.

Учебное издание

ЛУЗИН Владимир Михайлович,

СМОЛЬЯНИНОВ Антон Владимирович