Лабораторно-практической работы

 

 

Новосибирск 2020

Кафедра надежности и ремонта машин

 

УДК 631.372, 621.43

ББК 39.33

 

 

Рецензент: канд. техн. наук, доцент А.А. Малышко

 

Составитель: ст. преподаватель М.Л. Вертей

 

 

Технология ремонта машин. Восстановление деталей сваркой, наплавкой в среде защитного газа СО2: метод. указания по вып. лабор.-практ. работы / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инженер. ин-т; сост. М.Л. Вертей. – Новосибирск, 2020. – 16 с.

 

В методических указаниях представлены основные термины и определения. Представлена сущность процесса сварки и наплавки с среде защитного газа СО2. Описан технологический процесс наплавки цилиндрических поверхностей.

Методические указания предназначены для студентов очной формы обучения по направлениям: Агроинженерия; Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов; Технология транспортных процессов.

Утверждены и рекомендованы к изданию учебно-методическим советом Инженерного института НГАУ (протокол №6 от 31.01.2020 г.)

 

© Новосибирский государственный аграрный университет, 2010

© Инженерный институт, 2010

Лабораторно-практическая работа

Сварка и наплавка в среде углекислого газа.

 

Цель работы: Изучить принципы сварки и наплавки в среде диоксида углерода; ознакомиться с применяемым оборудованием и материалами для наплавки; приобрести практические навыки восстановления деталей сваркой и наплавкой в среде диоксида углерода (углекислого газа).

Оборудование и инструмент:

- Углошлифовальная машинка интерскол 125/900;

- Аппарат МIG сварки «Аврора Динамика 200»;

- Стол сварочный;

- Линейка;

- Твердомер;

- Средства индивидуальной защиты;

Материалы:

- Лепестковый шлифовальный круг Р400;

- Пластины малоуглеродистой стали толщиной 3,0 -5,0 мм;

Задание к лабораторно-практической работе:

 Ознакомиться с содержанием методических рекомендаций

1.  Изучить технику безопасности при выполнении сварочных  работ.

2. Ознакомиться с устройством и принципом сварочного аппарата фирмы Аврора модели «Динамика 200».

3. Исследовать влияние режимов наплавки на свойства наплавленного слоя.

4. Разработать техноло­гию восстановления заданной детали.

5. Сдать рабочее место учебному мастеру (преподавателю).

6. Составить отчет о работе и сдать преподавателю.

 

Организация проведения
лабораторно-практической работы*

40 минут – работа с подгруппой. Вводная информация преподавателя: постановка задачи, ознакомление с общими вопросами по подготовке поверхности, инструменты и материалы, которыми она проводится.

Правила техники безопасности при использовании сварочного аппарата и инструмента для сварки и наплавки.

10 минут. Подготовка рабочего места. Подготовка деталей для наплавки поверхности.

10 минут. Получение навыка по настройке сварочного аппарата

60 минут. Получение навыков сварки и наплавки в среде углекислого газа.

20 минут. Разработка технологического процесса восстановления детали наплавкой в среде углекислого газа.

20 минут. Ответить на контрольные вопросы. Оформить отчет и защитить у преподавателя.

 

Основные термины и определения

Сварка – процесс получения неразъемного соединения деталей посредством установления межатомных связей при их нагревании и (или) пластическом деформировании.

Наплавка – процесс нанесения посредством сварки слоя металла на поверхность детали.

Общие сведения

Схема наплавки цилиндрических де­талей плавящимся электродом показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема наплавки цилиндрических деталей:

1 - плавящийся электрод; 2 - мундштук; 3 - корпус го­релки; 4 - зона горения дуги; 5 - сварочная ванна; 6 - на­плавленный металл; 7 - деталь; Н- вылет электрода; Vэ- скорость подачи электродной проволоки; V_н- скорость на­плавки; а- смешение электрода с зенита; п - частота вра­щения детали.

Через мундштук 2 подается плавящийся электрод 1. В зону го­рения дуги 4 через корпус горелки 3 поступает диоксид углерода. Между кончиком плавящегося электрода 1 и деталью 7 возбужда­ется электрическая дуга. В качестве плавящегося электрода ис­пользуют наплавочную проволоку или ленту. Дуга горит между деталью и электродом, расплавляя последний. Под действием гра­витационной силы расплавленный металл переносится на поверх­ность детали и образует сварочную ванну 5, после остывания ко­торой формируется слой наплавленного металла 6.

При наплавке в среде диоксида углерода защита расплавленно­го металла осуществляется в процессе ряда химических реакций.

Под действием высокой температуры происходит диссоциация диоксида углерода

2СО₂ <=> 2СО + О₂,

и окисление железа (в скобках: ж - жидкое состояние; г - газооб­разное состояние)

Fе (ж) + О(г) = FеО(ж).

Нейтрализация (связывание) кислорода происходит в резуль­тате взаимодействия химических элементов, входящих в состав стали:

С(ж) + О(г) = СО(г);

Si (ж) + 2О(г) = Si02(ж);

Мn (ж) + О(г) = МnО(ж).

Для восстановления железа из оксидов необходимо повышен­ное содержание мощных раскислителей, в первую очередь крем­ния и марганца:

FеО (ж) + С(ж) = Fe(x) + СО(г);

2FеО(ж) + Si(ж) = 2Fе(ж) + SiO2(ж);

FеО (ж) + Мn(ж) = Fе(ж) + МnО(ж).

Оксиды кремния и марганца, обладая меньшей массой, чем же­лезо, всплывают на поверхность жидкого металла и после охлаж­дения образуют тончайшую шлаковую корку.

Нейтрализация (связывание) действия водорода и азота проте­кает по следующим химическим реакциям:

СO2(г) + 2H <=> СО(г) + Н2O(г);

2СO2(г) + N2<=> 2СО(г) + 2NO(г).

Преимущества

· Эффективное использование тепла сварочной дуги обеспечива­ет высокую производительность процесса, достигающую 18 кг на­плавленного металла в 1 ч.

· Производительность сварки в среде ди­оксида углерода в 2,5...4 раза выше, чем производительность руч­ной сварки штучным электродом, и в 1,5 раза — чем при сварке под слоем флюса.

· Уменьшение зоны термического влияния (ЗТВ) обеспечивает высокое качество сварочных швов, возможность восстановления деталей малого диаметра (начиная с 10... 12 мм), а также сварки металла небольшой толщи­ны.

Недостатки

· Боль­шие потери электродного материала (8... 12 %).

· Снижение (на 10...50%) усталостной прочности восстанавливаемых деталей.

Область применения

Сварку и наплавку в среде диоксида углерода плавящимся электродом широко применяют в ремонтном произ­водстве (для устранения трещин, приварки усилителей, сварки и приварки тонколистовых деталей, особенно при ремонте рам, ка­бин, элементов оперения и т. д.), что обусловлено рядом преиму­ществ перед наплавкой под слоем флюса и ручной сваркой штуч­ным электродом.

Оборудование

Сварку плавящимся электродом в среде диоксида углерода про­водят с помощью шланговых полуавтоматов Динамика 200,  ПДА-300, ПДГ-312-4 и др. (рисунок 2).

Газовый баллон 1 предназначен для хранения диоксида углеро­да. В стандартный баллон вместимостью 40 л вмещается 25 кг жидкого СО₂, после испарения которой образуется около 12,5 м³газа. Баллоны окрашивают в черный цвет и марки­руют надписью желтого цвета — «диоксид углерода».

При испарении диоксида углерода поглощается большое коли­чество теплоты. Поэтому влага, которая может содержаться в бал­лоне, приводит к обмерзанию понижающего газового редуктора 4 и выходу его из строя. Для предотвращения этого применяют электрический подогреватель газа 2 и осушитель газа 3.

Рисунок 2. Схема установки для сварки (наплавки) в среде диоксида углерода: 1 - баллон с диоксидом углерода; 2 - электрический подогреватель газа; 3 - осушитель газа; 4 - газовый редуктор; 5 - ротаметр (расходомер газа); 6, 7 - электромагнитный газовый кла­пан; 8 - аппаратный ящик; 9 - механизм подачи проволоки с катушкой; 10 - сварочная го­релка; 11 - восстанавливаемая деталь; 12 - источник сварочного тока

Газ, проходя по змеевику подогревателя, нагревается с помо­щью электрического нагревательного элемента и попадает в осу­шитель, где при взаимодействии с поглотителем влаги обезвожи­вается. В качестве поглотителя влаги используют силикагель или медный купорос. Осушитель периодически разбирают, и работо­способность поглотителя влаги восстанавливают путем его прока­ливания.

Давление газа понижается, а расход регулируется с помощью газового редуктора 4. Расход газа контролируют ротаметром (рас­ходомером) 5. Перед началом сварочного цикла газовую магистраль продувают для удаления из нее воздуха. Для этого заблаговременно открывают электромагнитный клапан 6, 7. После окончания цикла сварки клапан закрывается с некоторым запаздыванием, обеспечи­вая защиту сварочной ванны до ее охлаждения. После открытия электромагнитного клапана газ по шлангу через сварочную горел­ку 10 поступает в зону горения дуги.

Механизм подачи наплавочного материала 9 состоит из кассе­ты со сварочной проволокой, редуктора с подающими роликами, приводимого электрическим двигателем. Скорость подачи прово­локи может изменяться как ступенчато за счет изменения переда­точного числа шестерен в редукторе, так и бесступенчато за счет изменения частоты вращения двигателя.

В качестве источников сварочного тока 12 можно применять сварочные преобразователи ПСГ-300, ПСУ-500 или сварочные выпрямители ВДГ-502, ВСЖ-303 с жесткой внешней характерис­тикой.

Для наплавки можно применять универсальные вращатели (ТОМ-12м) в со­четании со шланговыми сварочными полуавтоматами или изношенные токарные станки. (рис. 2.18). Вращатель позволяет наплавлять детали диаметром от 20 до 350 мм, длиной 50...400 мм и массой до 50 кг. Частота вращения детали двухступенчатая: 5...10 и 12,5...250 мин^-1. Скорость продольного перемещения горелки: 2...26 и 24...290 мм/мин. В наплавочной ус­тановке используют сварочный полуавтомат ПДГ-312-4. Источ­ник питания дуги — сварочный выпрямитель ВДГ-502, регулиру­ющий сварочный ток в пределах 60...500 А при напряжении на дуге 16...40 В.

Материалы

Для сварки и наплавки применяют проволоки (диаметром 5...3 мм), ленты сплошного сечения, а также порошковые прово­локи. Кроме того, используют сварочные (Св-08Г2, Св-18ХГН и др.) и наплавочные (Нп-30ХГСА, Нп-50ХГНТ и др.) легирован­ные и высоколегированные проволоки с содержанием кремния и марганца не менее 1 %.

Режимы сварки

В зависимости от типа соединения, толщины свариваемых деталей выбирают диаметр электрода, силу сварочного тока и другие режимы сварки (таблица 1). Сварку проводят на постоян­ном токе, как правило, обратной полярности (деталь «-», элек­трод «+»).

Процесс сварки начинается с включения подачи газа, после небольшой задержки включается подача электрода и включа­ется сварочный ток. Легким касанием кончика электрода дета­ли возбуждается электрическая дуга, и начинается процесс сварки.

При сварке в нижнем положении электроду сообщают поступа­тельное движение вдоль оси шва, возвратно-поступательное, по спирали или змейкой. Электрод перемещают слева направо «уг­лом назад» или справа налево «углом вперед».

 

Таблица 1. Режимы сварки углеродистых сталей в диоксиде углерода

Вертикальные швы при толщине металла до 4 мм сваривают сверху вниз без колебаний электрода. При толщине металла более 4 мм свар­ку проводят снизу вверх с поперечными колебаниями электрода.

Заканчивая сварку, кратер необходимо заполнить металлом, от­ключить подачу электродного материала и выключить электроток, не отводя горелку и не прекращая подачу газа до остывания металла.

Режимы сварки и наплавки влияют на интенсивность метал­лургических процессов и состав металла шва. Ток в сварочной цепи определяется напряжением на дуге, скоростью подачи и се­чением электрода. С повышением напряжения и уменьшением силы тока потери углерода, марганца и кремния растут. Увеличе­ние силы тока значительно влияет на глубину проплавления. Рас­ход газа влияет на коэффициент расплавления, химический состав шва и наличие пор.

При повышении скорости наплавки уменьшаются потери ме­талла на угар, уменьшается глубина проплавления и несколько улучшаются прочностные свойства наплавленного металла. Реко­мендуемые режимы наплавки приведены в таблице 2.7.

Шаг наплавки выбирают с учетом ширины и перекрытия вали­ков для достижения минимальной волнистости наплавленного металла.

Электрод с зенита смещают в сторону, противоположную на­правлению вращения детали, что необходимо для достижения оп­тимальных условий формирования шва.

Порядок проведения работ