4. Технології та особливості зварювання та наплавлення автотракторних деталей з чавуну та алюмінієвих сплавів.
З чавуну виготовляються багато базових деталей будівельно-дорожніх машин, тракторів, автомобілів та технологічного обладнання. При експлуатації цих машин у чавунних деталей з'являються тріщини, злами, зноси, які необхідно усувати.
Зварювання чавуну утруднене внаслідок таких причин:
1-схильності чавуну до відбілювання;
2-тріщиноутворення при зварюванні;
3-резкого переходу при нагріванні з твердого стану рідке.
У сірому чавуні вуглець знаходиться у вигляді графіту. Графітизація чавуну відбувається при переході чавуну з рідкого стану в тверде, а й за подальшому охолодженні , причому чим повільніше охолоджується деталь, тим повніше відбувається графітизація. Холодна маса чавунної, найчастіше великої по масі деталі, прискорено відводить тепло зварювання, тому відбувається інтенсивне відбілювання зварного шва, а внаслідок відмінності коефіцієнтів розширення сірого та білого чавунів виникають внутрішні тріщини.
Уникнути цих труднощів при зварюванні чавуну можна двома способами:
1. Виконувати гаряче зварювання металу з наступним повільним охолодженням після зварювання;
2. Виконувати холодне зварювання чавуну, але вводити в шов елементи, що перешкоджають утворенню цементиту або використовувати способи зміцнення швів.
Гаряче зварювання чавуну проводиться на попередньо нагрітих до 600 …. 650 ° С деталях. Після зварювання відбувається охолодження всієї маси нагрітої деталі, тому швидкість охолодження зварного шва буде нижчою, ніж при холодному зварюванні. У зварному шві встигає відбутися графітизація, швидкість усадки зменшується і тому не утворюється тріщин у навколошовній зоні.
При заварюванні тріщин у конструктивно складних деталях з метою усунення можливого тріщиноутворення проводиться 2-х ступінчастий.нагрівання: спочатку до температури 200 ... 250 ° С нагрівають з відносно не високою швидкістю до 600 ° / год, а далі - з більшою швидкістю до 1600 ° / год. Зварювання виконується електродами типу ОМЧ-1, що складаються з чавунних прутків зі спеціальним покриттям, або при газовому зварюванні чавунними прутками без покриття.
Гаряче зварювання дозволяє отримати найкращі результати, але процес технологічно складний і дуже трудомісткий, тому широкого поширення не набула.
Найчастіше застосовується холодне зварювання чавуну, що виконується такими способами:
1.Сталевим маловуглецевим електродом.
2. Спеціальними електродами ПАНЧ-11, МНЧ-1, МНЧ-2, ОЗЧ-1 та ін.
3. Біметалічним електродом або пучком електродів.
Для підвищення надійності зварювання сталевими маловуглецевими електродами в розібрані кромки шва ставлять різьбові шпильки або використовується спосіб відпалювальних валиків (рис. 2. 24). При накладенні другого і наступного валиків перші зварні шви знову нагріваються і вже остигають з меншою швидкістю, тому значна частина цементиту розпадається, виходить м'якіший сплав з меншим ступенем відбілювання. Структура різних зон зварювання виходить неоднаковою, проте в середньому вона краща, ніж при звичайному зварюванні. Ефективно використовувати спосіб відпалювальних валиків у комплексі зі шпильками.
Для усунення продовження тріщини на її осі свердляться отвори діаметром 2..3 мм , зубилом або шліфувальним кругом проводять V-подібну обробку тріщини і свердлять по її довжині отвори , нарізають в них різьблення і загортають шпильки, які спочатку обварюють навколо, суцільний шов.
Однак ці способи холодного зварювання малопродуктивні, тому найчастіше використовуються інші способи зварювання чавунних.деталей.
Якщо потрібна хороша оброблюваність шва і допускається невисока міцність, використовуються електроди МНЧ-1, МНЧ-2. Нікель, що входить до складу електродів, не утворює сполуки з вуглецем, тому шов має невисоку твердість, але добре механічно обробляється. Хороші результати при зварюванні чавуну дає використання зварювального дроту ПАНЧ-11.
Електроди ОЗЧ-4, що виготовляються з мідного дроту з фтористо-кальцієвою обмазкою, забезпечують міцний, але шов, що важко обробляється, що являє собою мідь ,насичену залізом.
За відсутності спеціальних електродів виготовляються біметалічні електроди (рис. 2.25) намотуванням мідного дроту або надяганням мідної трубки (міді до 70% від заліза) на сталевий стрижень або маловуглецевий сталевий електрод. Зварний шов також є мідь із вкрапленнями заліза, міцність його становить до 60 ….70% від міцності основного металу.
Для зварювання товстостінних чавунних деталей використовують пучок електродів: сталевий електрод діаметром 3...4 мм з обмазкою УОНІ-13/55, мідний стрижень діаметром 4...5 мм та латунний пруток діаметром 1,5...3 мм. Електрична дуга автоматично переміщається з одного електрода не інший, тому тепло поширюється на велику площу, шов повільніше охолоджується і тому відбілюється менше. Пучок може також складатися з одного мідного та одного сталевого, або двох мідних та одного сталевого електродів.
Газове ацетилено-кисневе зварювання чавуну ведуть нейтральним полум'ям або з невеликим надлишком ацетилену. Присадочний матеріал - чавунні прутки діаметром 6...8 мм. При газовому зварюванні використовуються флюси:
2 - суміш 50% бури, 47% двовуглекислого натрію та 3% окису кремнію;
3 - суміш 56% бури, 22% вуглекислого натрію та 22%вуглекислого калію.
Трудність зварювання алюмінію полягає в наступному:
1. На поверхні деталі утворюється тугоплавкий окис алюмінію, висока температура (2050…2060 °С) плавлення якої перешкоджає утворенню зварювальної ванни та з'єднанню кромок матеріалу, що зварюється, який розплавляється при нижчій температурі (650 …660 °С).
2. Алюміній та його сплави рідкотекучи, не змінюють свого кольору, залишаючись сріблясто-білими. Це ускладнює зварювання та візуальне визначення моменту зварювання та заплавлення шва.
3. Висока теплопровідність алюмінію і швидке відведення тепла призводять до великої внутрішньої напруги, до жолоблення деталей і до появи тріщин.
Незважаючи на ці труднощі можна отримати якісні зварні шви одним із способів:
1-газовим зварюванням як без флюсу, так і з флюсом;
2-електродуговим зварюванням плавящим електродам;
3-електродуговим зварюванням неплавящим вугільним електродом;
Газове зварювання без флюсу проводять відновлювальним полум'ям з невеликим надлишком ацетилену. Внутрішні порожнини деталі набивають піском, на деталь, підігріту до 250 … 300 °С, укладають шматки припою (метал однорідний з деталлю) і полум'ям пальника одночасно підігрівають припій і деталь, а за допомогою сталевого гачка видаляють окисну плівку і підсувають. , перемішують гачком, домагаючись надійного зварювання.
При безфлюсовому зварюванні якість зварювання гірша, ніж при зварюванні з флюсом. Для руйнування окисної плівки найчастіше використовується флюс АФ-4А, що є сумішшю хлористих і фтористих солей натрію, калію і літію. Флюс сильно роз'їдає метал, тому після зварювання необхідно ретельно видаляти залишки флюсу та промивати деталь. Зварювання деталі ведуть алюмінієвимпрутком, попередньо покритим флюсом, або флюс насипають на кромки тріщин і водять по ньому прутком, або пруток під час зварювання вмочують у флюс. Для покращення структури шва та зняття внутрішніх напруг деталь при зварюванні бажано нагрівати до 300 …350 °С.
Електродугове зварювання алюмінієвих деталей проводять на постійному струмі зворотної полярності. Використовуються електроди типу ОЗА-1 та ОЗА-2, що виготовляються з алюмінієвого дроту з нанесеною обмазкою, аналогічною за складом флюсу АФ-4А.
Зварювання алюмінію вугільним електродом застосовується рідше, ніж іншими способами. Процес виконується аналогічно газовому зварюванню з флюсом.
Аргонно-дугове зварювання (рис. 2.26) забезпечує найкращу якість зварювання, виконується за допомогою вольфрамового електрода та стаціонарних установок УДАР-300, УДАР-500, що складаються з зварювального трансформатора з дроселем насичення та осцилятором або за допомогою пересувних установок УД -501. Є установки для зварювання алюмінію різними струмами: постійним або імпульсним (УДГ-161); постійним, імпульсним або змінним (УДГ-251, УДГ-351).
У зону електричної дуги між деталлю та вольфрамовим електродом через спеціальний пальник подається аргон, який оберігає метал від окислення і вводиться алюмінієвий пруток. Руйнування окисної плівки відбувається під дією дуги. Склад електродного дроту вибирається близьким за складом основного металу.