Справочник технолога по ремонту электроподвижного состава - Восстановление изношенных деталей - наплавка, сварка, пайка

Глава 3 СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗНОШЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
НАПЛАВКА, СВАРКА, ПАЙКА
Характеристика методов наплавки. Цель наплавки — восстановление изношенного объема металла, а также нанесение нового слоя металла с повышенной износостойкостью или требуемыми физико-химическими свойствами

Рис. 6. Классификация механизированных способов наплавки.

Применяются различные методы ручной и механизированной наплавки (рис. 6). Типовой технологический процесс наплавки включает следующие операции: подбор присадочных материалов и методов наплавки, подготовку детали, наплавку, упрочнение и снятие напряжений, контроль качества.

24 Электроды для ручной сварки и наплавки

25 Проволоки для наплавки и сварки деталей из цветных металлов газовым способом

При выборе способа, технологии наплавки и присадочных материалов необходимо руководствоваться следующими требованиями: глубина проплавления должна быть наименьшей; дефекты наплавленного металла (поры, макро- и микротрещины) исключаются; предпочтение следует отдавать наплавке постоянным током; наплавленный металл должен быть технологичным — поддаваться механической обработке без потери режущего инструмента. Материалы, применяемые при наплавке, приведены в табл. 24—26.
Рекомендуемые режимы наплавки и данные о механических свойствах некоторых, наиболее часто применяемых при ремонте ЭПС присадочных материалов, приведены в табл. 27—30.

26. Проволоки для дуговой механизированной сварки и наплавки

27. Режимы наплавки и свойства металла, наплавленного сварочными порошковыми проволоками

28. Режимы наплавки и свойства металла, наплавленного наплавочными порошковыми проволоками

29. Режимы наплавки и свойства металла, наплавленного высоколегированными наплавочными порошковыми проволоками

30. Средняя твердость НВ наплавленного металла при использовании порошковых проволок универсального применения

Многоэлектродная наплавка. Применяется при наплавке больших поверхностей с значительным износом (хвостовики автосцепок, челюстные буксы, детали опорных узлов, гребни бандажей колесных пар и др.). Преимущества способа; рассеяние тепловложения в основной металл, малая глубина проплавляемости, высокая производительность. Обеспечивается саморегулирование дуги, устойчивый процесс наплавки, диапазоны значений тока значительно расширяются по сравнению с допустимыми при одноэлектродной наплавке, металл и шлак интенсивно перемешиваются, что положительно влияет на состав и структуру. Количество проволок выбирается в зависимости от ширины наплавляемой поверхности и необходимой площади слоя наплавки.
При многоэлектродной наплавке применяются проволоки стандартная сварочная Св-08, Св-08Г2С, порошковая или специальная диаметром — 1,6; 2,0; 3 и 4,4 мм и флюсы АН-348А, ОСЦ-45, в отдельных случаях — керамические флюсы АНК-40, АН-20С и др. Основные параметры многоэлектродной наплавки приведены в табл. 31, 32.

Механизированная наплавка под слоем флюса. Применяется для восстановления поверхностей большой площади с равномерным износом цилиндрической или плоской формы. Преимущества способа: производительность в 5—10 раз выше, чем при ручной наплавке; металл получается чистый и плотный; возможно легирование присадочного металла.
При обычной наплавке применяют плавленые флюсы ОСЦ-45, АН-348А, АН-20. Для получения металла с высокой твердостью HRC 40—60 применяют керамические флюсы АНК-40, АНК-3, AHJI-1, АН-10, которые содержат легирующие элементы (феррохром, ферромарганец и др.).
31. Сварочный ток в зависимости от диаметра проволоки, А

32. Расстояние между электродами в зависимости от тока и диаметра проволоки

Для наплавочных работ при восстановлении деталей из углеродистых сталей (изношенных лент автосцепного оборудования, деталей рессорного подвешивания, тормозной рычажной передачи, люлечного устройства) рекомендуется применять керамический флюс АНК-40 в сочетании со стандартной проволокой Св-08А или Св-08Г2С. Подбор соответствующих режимов наплавки дает возможность получать твердость наплавленного металла НВ 200—300 (табл. 33).
33. Режимы наплавки и свойства наплавленного металла

Наплавка пластинчатым электродом применяется для восстановления изношенных плоских поверхностей. Способ совмещает преимущества автоматической и ручной наплавки. Позволяет получать легированный металл высокой износостойкости, гладкую поверхность с малым припуском на обработку. Возможна эксплуатация наплавленной детали без механической обработки.
Технология наплавки (рис. 7): засыпка наплавляемой поверхности 1 слоем флюса 2, установка электрода 3, укладка легирующей присадки 6, засыпка конца электрода 3 стружкой 8 для возбуждения дуги, засыпка флюсом 5 и укладка графитного бруска 7, присоединение конца электрода 3 к держателю 4. При замыкании сварочной цепи возникает дуга, которая постепенно расплавляет электрод 3 и легирующую присадку. При переходе дуги на конец электрода процесс прекращается, после чего следует очистка от шлаковой корки.

Рис. 7. Схема наплавки пластинчатым электродом.
Электрошлаковый переплав (ЭШП.) Применяется для восстановления деталей путем непрерывного постепенного наплавления металла (под слоем жидкого шлака в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе) на ремонтируемую деталь с целью наращивания ее элемента. С помощью ЭШП можно получить значительную экономию металла, повысить производительность, достигнуть заданного состава и механических свойств наплавленного металла, снизить себестоимость ремонта.
Оборудование: установка А-550М, трансформатор ТСШ-3000-1, бункер и прокалочная печь для флюса, термическая печь, нагревательный колодец для подогрева и медленного охлаждения детали.
Материалы: электроды (состав определяется марками наплавляемой детали), флюс АНФ-6, АН-29.
Технология восстановления: очистка детали от всех видов загрязнений, удаление изношенной или разрушенной части детали, зачистка наращиваемой поверхности до металлического блеска, подогрев детали до температуры 240— 280 С, установка детали в кокиль кристаллизатора, наплавка, медленное охлаждение в кристаллизаторе (колодце), механическая обработка.
Примерный перечень деталей, подлежащих ЭШП: вал шестерни редуктора тягового электровоза серии ЧС, серьга рессорного подвешивания, вал (хвостовик) тягового привода «Шкода», цапфы крестовин привода, концы валов электрических машин, цапфы тормозных валов, корпуса автосцепок и др. Перспектива применения ЭШП — изготовление единичных стальных деталей сложной конфигурации.
Для получения промежуточных значений твердости и требуемых механических свойств плавленные флюсы ОСЦ-45 и АН-348А смешивают с керамическими. Так, для повышения стойкости против образования пор при автоматической и полуавтоматической наплавке в смеси с флюсами АН-348А и ОСЦ-45 применяется флюс АНК-3 (5—15 %).
При восстановлении деталей из углеродистых сталей рекомендуется применять керамический флюс АНК-40 в сочетании со стандартной проволокой Св-08А или Св-08Г2С. Подбором соответствующих режимов можно изменять твердость HRC от 22 до 30, что важно для механической обработки. Применение флюса АНК-40 обеспечивает хорошие технологические свойства, которые сохраняются как при наплавке отдельными валиками, так и при широкослойной наплавке.
Химический состав и твердость верхнего слоя 4-слойной наплавки приведены в табл. 34.
34. Свойства верхнего наплавленного слоя

Наплавка порошковыми и спеченными лентами. Применяется для наплавки на деталь большого количества металла. Для обеспечения высокой твердости наплавленного металла и износостойкости против абразивного износа применяют ленты ПЛ-АНЮ1 (HRC 50—55) и ПЛ-АНЮЗ (HRC 40—44). Применяют также стальную холоднокатаную ленту из сталей 40, 50, 5ХФА и других и металлокерамические ленты, полученные методом прокатки и спекания (например, ЛМ-20Х10Г10Т). Наплавка производится под слоем флюса [8].
Сварка и наплавка чугуна. Применяются для ликвидации трещин, наращивания изношенных мест, исправления дефектов литья. Различают горячую сварку с предварительным нагревом до 600—700 °С, низкотемпературную (нагрев до 300—450 °С) и холодную без предварительного нагрева. Горячую сварку производят электродуговым способом электродами марок ОМЧ-1, полярность прямая (плюс на детали), а также железо-медными электродами ОЗЧ-1 порошковой проволокой ППЧ-3, стальными электродами
ПЧ-4, УОНИ-13/55 или со стержнем из монель-металла МНЧ-1. Низкотемпературную сварку производят чугунными прутками НЧ-1 и НЧ-2 под флюсом ФСЧ-1 и ФСЧ-2, порошковой проволокой ППЧ-2. Холодную сварку производят электродами из монель-металла МНЧ-1 (сплав меди с никелем), МНЧ-2, ЦЧ-4, ЦЧ-4А, порошковой проволокой ППЧ-1.
Сварка и наплавка меди, бронзы и латуни. Сварку и наплавку меди производят электродуговым способом электродами марки «Комсомолец-100». С целью наращивания изношенных поверхностей применяют медно-фосфористые припои МФ-1, МФ-2. При сварке и наплавке газовым способом присадочным материалом служит проволока из меди М-2 и М-3. Наплавку и сварку производят с применением различных флюсов (табл. 35).
35. Составы флюсов, применяемых для наплавки и сварки меди

Наплавочные работы на бронзовых деталях производят бронзовыми электродами, аналогичными по составу основному металлу с предварительным подогревом детали до 400 °С. Составы электродных покрытий приведены в табл. 36.
36. Составы электродных покрытий

Для наплавки слоя бронзы на сталь применяют порошковые проволоки ПП-БрОС-21, ПП-БрОЦ6-6-3, ПП-БрОСЮ-ЮА, ПП-БрАЖ9-4А.
На некоторых предприятиях применяется наплавка (например, буртов моторно-осевых подшипников) прутками, отлитыми из фосфористой бронзы газовым способом. В качестве флюса применяется бура.
Электродуговую сварку латуни производят прутками ЛК62-05 и ЛМЦ (ЛК80-3, ЛМЦ58-2 и др.) с покрытием, %: марганцовистой руды — 30, титанового концентрата — 30, ферромарганца — 15, мела — 20, сернокислого калия — 6 (на жидком стекле).Сварку газовым способом производят с применением проволоки ЛК62-0.5. Флюсы применяют такие же, как и при сварке меди.
Газопрессовая сварка. Применяется для восстановления крупногабаритных деталей с местными повреждениями (табл. 37) путем установки дополнительной детали.
87. Детали ЭПС, подлежащие ремонту газопрессовой сваркой

Наиболее часто срезают поврежденную часть детали и приваривают новую с последующей обработкой до чертежного размера. При этом привариваемая часть должна быть изготовлена из той же стали, что и ремонтируемая деталь.
Технология приварки: обрезка по свариваемым концам, очистка от загрязнений, очистка поверхности торцов до металлического блеска и промывка четыреххлористым углеродом, установка в захватах сварочной машины, сжатие усилием 15—17 МН/м2 (для легированных сталей), нагрев газовой горелкой до заданной величины осадки, местная нормализация, механическая обработка, контрольное испытание.
При соблюдении технологического процесса гарантируется ресурс отремонтированной детали, аналогичный новой. Сварку производят на машинах СГП-8, МГА-11 с использованием горелок МГ-122А, МГ-150А. Аналогичные операции можно выполнять на машинах контактной сварки с непрерывным оплавлением типа К-190-П.
Заварка трещин. Применяется для заварки обнаруженных трещин в случаях, оговоренных инструктивными указаниями ЦТтеп № 251. Независимо от вида оборудования технологические операции выполняют в следующем порядке: выявляют границы и дислокацию трещины доступными методами дефектоскопии; засверливают концы трещины сверлом диаметром 8—10 мм (при толщине детали 100 мм и более — диаметром 20—25 мм) так, чтобы центр отверстия совпадал с концом трещины; раззенковывают отверстия на 1/2—1/3 толщины детали; разделывают место трещины под заварку U- или V-образной формы; в зависимости от разрешенного способа нагревают (или не нагревают) место сварки; заваривают трещину (марку присадочного металла выбирают в соответствии с инструктивными указаниями ЦТтеп № 251); контролируют качество шва; снимают внутренние напряжения нагревом детали, упрочняют сварной шов.
Заварка и обварка отверстий. Применяются с целью восстановления детали с разработанными и деформированными отверстиями. В зависимости от диаметра отверстия принят следующий порядок выполнения операций: отверстия диаметром менее 15 мм перед заваркой рассверливают до диаметра 18—20 мм и заваривают последовательной обваркой по всей толщине стенки с напуском на кромки. Отверстие диаметром 50 мм и более заваривают путем вварки конусообразной вставки.
Восстановление изношенной резьбы. Применяется для восстановления деталей с изношенной (сорванной) резьбой. Восстановление производят в следующем порядке: удаляют часть детали (хвостовика) с поврежденной резьбой и приваривают вновь изготовленную часть газопрессовым или контактным способом с последующей нарезкой резьбы; срезают поврежденную резьбу с последующей наплавкой проточенного места под резьбу с последующей проточкой и нарезкой новой резьбы.
Плазменное напыление. Применяется для восстановления изношенных поверхностей тел вращения (валиков, втулок, цилиндрических частей деталей), а также плоских поверхностей деталей из черных и цветных металлов. С помощью этого метода можно наносить различные по составу покрытия (от пластмасс до тугоплавких соединений), снижать термическое воздействие на деталь, повышать характеристики надежности детали, экономить высоколегированные стали и цветные сплавы.
Оборудование: моечные установки ОГЦ-ОМ, ОГЦ-021, ОГЦ-023, токарный станок для обработки поверхности, установки для электроискровой обработки ЭФИ-25М, ЭФИ-23, ЭФИ-68, установка для струйно-абразивной обработки нагнетательного типа с замкнутым кругооборотом абразива, установки УПМ-6 или УПУ-ЗД с плазмотронами ПМ-45 (ПМ-25) мощностью 25—40 кВт, производительностью при напылении металлических порошков 3-7 кг/ч, оксидов — 1,2—4,5 кг/ч.

Установка плазменного напыления УПУ-ЗД предназначена для нанесения коррозионностойких, износостойких, фрикционных, изоляционных и других покрытий. Плазмообразующие газы и смеси: аргон, гелий, азот и смеси аргона и азота с водородом. Расход плазмообразующих газов и смесей — 15 —100 л/мин. Производительность напыления — 1—2 кг/ч.
Установка УПМ-6 предназначена для нанесения теплозащитных, жаростойких, электроизоляционных покрытий из керамических и металлических порошковых материалов, а также износостойких покрытий с последующим оплавлением.
В ближайшей перспективе намечен выпуск аппаратуры для плазменного напыления на базе полуавтоматических станков типа 15-В и установок УПМ-7, УПУ-7, УПУ-8. Установки характеризуются повышенным уровнем автоматизации процесса.
Институтом газа АН УССР созданы серии плазмотронов для нанесения покрытий в плазме с использованием природного газа или пропан-бутана
о воздухом, которые отличаются повышенной мощностью — 150—200 кВт.
Применяются также зарубежные установки для плазменного напыления: «Плазмадойн» и «Метко» (США), «Плазма-техник АГ» (Швейцария) «Аквацентрум» (ЧССР).
Материалы: однородные порошки различных металлов и порошки сложной структуры — композиционные, а также их механические смеси.
Отечественная промышленность выпускает более 20 марок порошков для восстановления деталей локомотивов. Некоторые из них приведены в табл. 38.
Цикл восстановления состоит из трех технологических операций: подготовки детали и материалов, напыления, механической обработки. Содержание цикла может изменяться в зависимости от материала детали, ее конфигурации, назначения покрытия (рис. 8). Подготовка к напылению — самый ответственный этап восстановления. Порошок перед напылением необходимо просушить при температуре 120—150 °С в течение 2—3 ч и просеять, детали — промыть. Затем производится механическая обработка: предварительная — для устранения дефектов, выравнивания поверхности; специальная— при толщине покрытия более 1 мм (эксплуатация деталей в условиях нагрузок смятия, срезающих); струйно-абразивная — для создания необходимой активизации поверхностей. Напыление слоем более 2 мм не рекомендуется.
Электрометаллизация. Отличием данного метода от приведенного выше является использование сварочной проволоки Св-08 вместо порошков. Возможно применение проволоки из цветных металлов.

81. Порошки для восстановления деталей ЭПС

Рис. 8. Технология плазменного напыления.

Оборудование: моечные устройства, установки для электролитического обезжиривания, токарно-винторезный станок с приспособлением в суппорте для установки электрометаллизатора (табл. 39). Промышленность выпускает также установку КДМ-2, предназначенную для нанесения металлических покрытий из цинка, стали, молибдена с целью защиты от коррозии и восстановления изношенных деталей. Установка характеризуется следующими параметрами: производительность распыления материала (стали) — 10 кг/ч, диаметр распыляемой проволоки — 1,5—2 мм, потребляемая мощность — до 25 кВт, рабочее напряжение дуги — 17—44 В, сила рабочего тока — до 400 А.
40. Технические данные сварочных выпрямителей с падающей внешней и жесткой характеристикой

41. Технические данные универсальных сварочных выпрямителей

Материалы: проволока сварочная Св-08, Св-08А, проволока латунная.
Технология восстановления аналогична приведенной на рис. 8; температура детали — 70 °С; расстояние от сопла до детали — 80—100 мм (для цветных металлов — 70 мм).
Детали, работающие с динамическими нагрузками, подвергаются спеканию при температуре 1030—1050 °С в течение 3—6 ч. Детали, работающие в условиях трения, после механической обработки выдерживаются в нагретом до температуры 100—120 °С масле в течение 2—3 ч.
Газоплазменное напыление. Основано на принципе расплавления порошка или проволоки в среде высокотемпературного потока газов. Оборудование — газовый металлизатор МГИ-4, установка УГПТ. Газовый металлизатор предназначен для газоплазменного нанесения покрытий из проволочных материалов — алюминия, меди, стали, бронзы, используется вручную или в суппорте токарного станка. Металлизатор выпускают в двух вариантах: МГИ-4А для работы на смеси ацетилен-кислород и МГИ-4П —для работы на смеси пропанкислород.
42. Технические данные многопостовых сварочных выпрямителей

43. Технические данные трансформаторов

Установка УГПТ укомплектована пневматическими дозаторами порошка трех типоразмеров и несколькими питателями и газовыми мундштуками, что позволяет наносить комбинированные покрытия.
Технология газоплазменного напыления аналогична приведенной выше.
Оборудование для сварки. При выполнении сварочных работ используют различное оборудование: сварочные выпрямители (табл. 40—42), трансформаторы (табл. 43), источники питания (табл. 44), полуавтоматы (табл. 45) и автоматы (табл. 46).
44. Технические характеристики источников питания и сварочных установок для аргонодуговой и плазменной сварки

45. Технические характеристики универсальных сварочных полуавтоматов

46. Техническая характеристика многодуговых автоматов

Пайка. Применяется для получения неразъемных соединений: проводов с наконечниками, стержней обмотки электрических машин с петушками коллектора, напайки блокировочных контакторов электрических аппаратов, соединений шин и др. Различают два вида пайки: мягкими припоями (температура плавления ниже 450 °С) и твердыми (температура плавления выше 450 С). Материалы, применяемые при пайке, приведены в табл. 47 и 48.
47. Припои, применяемые при пайке

48. Составы флюсов, применяемых для пайки