1. Сварка металлов.
В последнее время широко используются родственники
сварка: наплавка металлов, металлизация и пайка. Эти сварочные технологии используются как в ремонтном производстве, так и для нанесения покрытий с определенными требованиями к свойствам поверхностей деталей.
Наплавка металлов как технологический процесс — это разновидность сварки. Его суть заключается в нанесении слоев расплавленного металла на нагретую до плавления поверхность обрабатываемого продукта с целью увеличения его размеров или придания поверхности особых свойств / твердости, износостойкости и т. Д. /.
Физическая природа адгезии сварного шва к основному металлу такая же, как и при сварке — металлическое соединение создается путем плавления, но основное различие между ними заключается в том, что во время сварки расплавленный металл не используется для соединения отдельных металлических частей в единое целое. монолитный стык, но только с увеличением их размера.
Применение наплавки:
• для восстановления изношенных деталей;
• для создания рабочей поверхности с высокими эксплуатационными свойствами / износостойкостью, огнестойкостью, коррозионной стойкостью и др. / Используется для изготовления инструментов, штампов, штампов и др. из них только рабочая часть изготовлена из износостойкого сплава;
• для производства новых биметаллических изделий, сочетающих высокие эксплуатационные свойства с низкой стоимостью.
Наплавка выполняется разными способами сварки, из которых наиболее часто используются:
- ручная дуговая наплавка подходящими электродами;
- электродуговая наплавка под слоем флюса;
- электродуговая наплавка в открытой газовой среде;
- электрошлаковая наплавка;
- плазменная наплавка;
- вибродуговая наплавка.
-
Из этих методов наибольшее применение имеют 2 и 6.
Сварка под слоем флюса.
Преимущества метода:
• лучшая защита расплавленного металла от воздуха, т.е. содержание азота и кислорода незначительно, а металл обладает высокой пластичностью;• флюс улучшает качество металла шва;
• флюс, покрывающий металл шва, замедляет его остывание и
увеличивает время его пребывания в жидком состоянии, что помогает очистить ванну от неметаллических частиц и газов, поэтому металл шва содержит меньше примесей шлака и микропор.
При наплавке для восстановления деталей в вагоноремонтном производстве флюс, содержащий: 38-43% MnO; 43-45% SiO2; 3-6% CaF2; 5,5% CaO; 2,5% Al2O3; 1,5% FeO; 0,15% S; и 0,88% П. В последнее время более широкое применение получили керамические флюсы, что позволяет использовать дешевую низкоуглеродистую проволоку Св-08, но обеспечивает среднюю твердость металла шва (45-49) HRC.
Автоматическая наплавка деталей под слоем флюса производится постоянным током обратной полярности.
Метод применяется для восстановления пазов, шейки коленчатого вала, наплавки внешних и внутренних поверхностей.
Вибро-дуговая наплавка.
Этот метод разработан специально для наплавки. Его преимущества следующие:
- низкий нагрев восстановленной части;
- незначительный размер зоны термического воздействия, в результате чего химический состав и физико-механические свойства детали практически не меняются;
• Используя электродную проволоку с различным содержанием углерода, можно получить все типы упрочненных структур.
К недостаткам можно отнести:
• неоднородность структуры и твердости металла шва;
• большие внутренние растягивающие напряжения, возникающие в покрытии и дефекты конструкции в виде пор и микротрещин, резко снижающие усталостную прочность деталей.
Недостатки рекомендуют использовать вибродуговую сварку для деталей, работающих при переменных нагрузках.
В качестве источника тепла используется очень короткая энергия электрической дуги (можно использовать постоянный или переменный ток, металл шва имеет лучшие свойства при использовании обратной полярности постоянного тока). Наплавка выполняется плавким электродом (диаметром 1,0–2,0 мм и составом, близким к материалу детали), который колеблется под действием механического или электромагнитного вибратора. При каждом импульсе электрод приближается к изделию, возбуждается дуга и расплавляется определенная часть металла, который переносится на свариваемое изделие, после чего электрод возвращается, и дуга гаснет. Этот процесс повторяется с определенной частотой — частота колебаний тел и, следовательно, замыкания и прерывания сварочного контура составляет 50-100 Гц.
Из-за тепла, которое выделяется во время сварки, и особенно из-за прерывания сварочного контура, электроды нагреваются, концы электродной проволоки оплавляются, а металлы свариваются.
Процесс наплавки состоит из однородных коротких циклов, каждый из которых замыкает электрод накоротко на поверхность заготовки, освобождая электрод и холостой ход.
В момент короткого замыкания сварочной цепи напряжение резко падает до нуля, а ток быстро увеличивается до максимального значения. При разрыве цепи напряжение между электродами сразу возрастает до 24–30 В и возникает кратковременный электродуговый разряд. Происходит частичное плавление металлической проволоки, оставшейся на поверхности детали после короткого замыкания, плавление электрода и перенос капель расплавленного металла на поверхность детали. При дальнейшем увеличении межэлектродного зазора дуга гаснет, поскольку напряжения холостого хода источника недостаточно для поддержания стабильного электрического дугового разряда. Затем цикл повторяется.
Тепло, выделяемое в периоды короткого замыкания, составляет 15-20%, а в периоды дугового разряда 80-85%. Следовательно, плавление металла и образование сварочной ванны происходит за счет основного тепла, выделяемого при дуговом разряде.
Виброуговая наплавка может выполняться в нормальной атмосфере, в защитной газовой среде, под флюсом или в жидкости.
Охлаждающая жидкость снижает тепловое воздействие дуги на деталь, способствуя уменьшению площади теплового воздействия, выполняет функцию защиты от воздействия кислорода и азота из воздуха и увеличивает скорость охлаждения металла шва, что позволяет получать металл шва с упрочненной структурой с достаточно высокой твердостью и износостойкостью. В качестве охлаждающей жидкости можно использовать 4-6% водный раствор пищевой соды или 20% водный раствор технического глицерина.
При использовании флюсовой среды металл шва имеет более однородную структуру и меньшие внутренние напряжения. Это позволяет использовать метод для восстановления деталей, работающих при переменных нагрузках.
На фиг. 7 представлена схема вибродуговой наплавки.
ИНЖИР. 7. Схема оборудования для вибродуговой наплавки.
Электродная проволока-5 подается во вращающуюся часть-2, которая, в свою очередь, подключена к источнику постоянного тока-1. Зона наплавки охлаждается жидкостью-3. Продольные колебания создает электромагнитный вибратор-4.
Режимы наплавки определяются электрическими и механическими параметрами. К электрическим типам относятся тип и полярность тока, напряжение и величина тока, индуктивность сварочной цепи. К механическим параметрам относятся: величина колебаний, выход электрода, состав охлаждающей жидкости, скорость подачи электродной проволоки, продольная подача головки (шаг наплавки) и расход охлаждающей жидкости.
Вибро-дуговая наплавка с подачей жидкости позволяет восстановить детали малого диаметра, прошедшие термическую или химико-термическую обработку и работающие при статических нагрузках (уплотнения уплотнений различных фланцев, опорные шейки распределительных валов, шейки крестовин дифференциалов и др.)
2. Металлизация.
Металлизация — это процесс, при котором жидкий металл с высокой степенью измельчения наносится на поверхность обрабатываемого продукта. Его суть заключается в том, что к источнику тепла (дуга, пламя и т. Д.) Подводится проволока, которая нагревается и оплавляется. Образующийся жидкий металл дробится на мелкие капли под действием сжатого воздуха и, выходя с большой скоростью из сопла металлизатора, направляется на поверхность изделия.
В зависимости от способа плавки металла металлизация подразделяется на:
- электрическая дуга;
- газ;
- высокая частота;
- плазменная дуга;
- взрывчатое вещество / метод детонации /.
Во время металлизации может быть нанесен слой металла разной толщины.от 0,03 мм до нескольких миллиметров любого материала, не вызывая его перегрева.
Преимущества:
— металлизироваться можно не только металлы, но и дерево, стекло, гипс и др .;
— используется не только для восстановления деталей, но и для
антикоррозийное и декоративное назначение;
покрытие обладает высокой износостойкостью при жидкостном и полужидкостном трении и
и т.п.
Недостатки:
— недостаточно высокая прочность сцепления покрытия с металлом восстанавливаемой детали;
- — неоднородность структуры слоя металлизации;
- — наличие оксидов;
- — значительная потеря металла при напылении.
Металлизация состоит из трех процессов: 1-плавление твердого металла.тел или пыли (при плазменно-дуговой металлизации); 2 — напыление расплавленного металла ; 3 — формирование покрытия.
На структуру и свойства слоя большое влияние оказывают скорость частиц, их масса и размер, температура во время полета и возникающие в результате явления, состояние металлизированной поверхности и распыляемого материала.
Конечная скорость частиц на расстоянии 250 мм от сопла устройства составляет примерно 85 м / с, а время движения частиц к детали — не более 0,003 с. При такой высокой скорости и слишком малом полете частицы не могут сильно остыть и достигают поверхности детали в пластическом состоянии. Попадая на поверхность металлизированной детали, частицы подвергаются разной степени деформации и охлаждения холодной поверхностью детали. В результате структура покрытий резко отличается от структуры порошкового металла (неоднородна по структуре и химическому составу — в результате выгорания элементов частицы не только отличаются по размеру и неравномерному расположению, но и имеют неправильную форму).
В случае электродуговой металлизации проволока подается через два направляющих сопла, через которые протекает сварочный ток. При соприкосновении проводов в результате короткого замыкания возникает дуговый разряд, металлические частицы тел, расплавленные дугой, наносятся на поверхность детали струей сжатого воздуха (от компрессора). Электрометаллизаторы питаются током от понижающего трансформатора, что позволяет подбирать необходимое напряжение в зависимости от металлического порошка. Металлизация углеродной проволокой диаметром 1,2-2,0 мм происходит при давлении сжатого воздуха 0,4-0,5 МПа, токе 90-100А, напряжении 30В, расстоянии сопла устройства от металлизированной поверхности 100-120 мм.
При газовой металлизации — плавление тел осуществляется пламенем смеси топливного газа и кислорода (ацетилен, пропан и др.).
Преимуществами газовой металлизации перед электрической дугой являются:
- — меньшее осаждение основных элементов (C, Mn, Si);
- — легкое опудривание частиц;
- — меньшая пористость;
- — более высокая твердость.
Главный недостаток — более высокая стоимость восстановления деталей (чего можно избежать при использовании дешевого природного газа).
При высокочастотной металлизации — плавка тел осуществляется нагревом металла т.в.ч. (200-300 кГц). Для увеличения наведенного тока с целью мгновенного нагрева и плавления тел в распылительной головке установлен концентратор вихревых токов, обеспечивающий максимальную плотность электромагнитного поля в небольшом объеме (на торце тел). Эти покрытия обладают хорошими свойствами благодаря благоприятным условиям плавления тел и напыления частиц.
Детонационный метод металлизации основан на явлении детонации в газах. Суть метода заключается в следующем: закрытая с одного конца трубка заполняется взрывчатым веществом, обычно ацетилено-кислородной газовой смесью определенного состава. Непосредственно перед зажиганием смеси инертным газом вдувается мелкодисперсный порошок напыляемого материала, после чего смесь поджигается электрической искрой. Возникающая в результате детонационная волна увлекает продукты детонации с диспергированными частицами пыли к открытому концу трубы со скоростью до 1500 м / с. Под действием высокой температуры, которая в конце процесса горения достигает 2500-32500С, частицы пыли переходят в жидкое или пластичное состояние. После выхода из трубы сверхзвуковой поток частиц падает на поверхность металлизированной детали.Для каждого цикла толщина покрытия составляет порядка 5 — 100 мкм, т.е. для получения покрытия необходимой толщины требуется серия взрывов с частотой повторения обычно 4 — 6 в секунду.
Из рассмотренных видов металлизации для ремонтного производства наиболее эффективной является плазменная металлизация (ее целесообразно применять для крупногабаритных деталей — коленчатых валов, хвостовиков и т. Д.).
Электродуговая и газовая металлизация могут успешно применяться для аллитерации с целью повышения огнестойкости, в антикоррозионных и декоративных целях.
3. Пайка металлов.
Пайка — это соединение металлических поверхностей, находящихся в твердом состоянии, с использованием расплавленного промежуточного металла или сплава (припоя), температура плавления которого ниже, чем у основного металла.
Разница между сваркой и пайкой в том, что:
- — основной металл не плавится;
- — химический состав основного металла не меняется;
- — меньшая прочность сварных швов.
Пайка широко применяется при ремонте радиаторов, топливных баков, топливопроводов, карбюраторов и др.
Припои представляют собой сложные сплавы цветных металлов и чаще всего имеют эвтектический состав, т.е. пониженная температура плавления.
Они обязаны:
- имеют температуру плавления ниже, чем у основного металла;
- иметь хорошую смачивающую способность;
- иметь большую тонкость для хорошего заполнения шва;
- иметь достаточно высокую прочность, пластичность и коррозионную стойкость;
- близкое значение коэффициента теплового расширения с коэффициентом
расширения основного металла;
• быть дешевым и доступным.
Используются два типа припоев: мягкий и твердый. Мягкий (плавкий)
припои плавятся при температуре ниже 400oС и имеют Rm до 70 МПа, а твердые (трудноплавкие) — более 500oС при Rm от 60 до 500 МПа.
Их делают в виде стержней, проволоки, листов, лент, спиралей и т. Д.
При пайке в основном используются 3 типа стыков: с перекрытием концов, стыковое и скошенное.
Флюсы используются в процессе пайки для защиты поверхности металла и расплавленного припоя от окисления во время нагрева.
Требования к флюсам:
- растворять оксидные слои на поверхности металла и припоя;
- улучшить условия смачивания металла припоем;
- сохранять свой состав и свойства в процессе нагрева при пайке;
- не вызывать коррозию;
- не выделять токсичных газов;
- имеют температуру плавления ниже, чем у припоя.
Для улучшения условий пайки проводят заранееподготовка деталей, заключающаяся в механической очистке поверхности от грязи, оксидов и ржавчины, а также поверхностей, покрытых тонким слоем смазки или масел, в обезжиривании бензином или керосином, химическом обезжиривании щелочными растворами с температурой 70-80oС или электрохимическим обезжириванием в ваннах с электролитом.
Поверхность, которая не должна намокать от припоя перед пайкой, покрывается слоем мела, глины, графита или их смесей.
Пайка мягким припоем.
Применяется практически для всех типов металлов при ремонте радиаторов, карбюраторов и т. Д.
Температура полного плавления мягких припоев 235-277oС; Rm = 28-32 МПа, твердость (11,8-9,6) HB. Основным компонентом является олово, не содержащее олова, содержащее в основном свинец и некоторое количество сурьмы, серебра и других.
Припои ПОС-30 и ПОС-40 используются в ремонтном производстве. Кислоты слабого действия, канифоль, стеарин, хлорид цинка (ZnCl2), хлорид аммония (NH4Cl-нишад) используются в качестве обезжиривающих веществ и флюсов при пайке. Обычно используемый флюс содержит 73% ZnCl2 + 27% NH4Cl и имеет температуру плавления 228 ° C.
Паяльники, газовые горелки используются для расплавления припоя и нагрева зоны сварки или погружения изделия в ванну с расплавленным припоем.
Прочность этого припоя невысока, и поэтому он в основном используется для создания герметичности или хорошего контакта. В некоторых случаях для повышения прочности стыка параллельно с пайкой детали соединяют точечной сваркой, клепкой или шпильками.
Пайка.
Трудноплавкие (твердые) припои используются, когда необходимо иметь прочный паяный шов, выдерживающий высокие температуры. Они делятся на: легкоплавкие (температура плавления ниже 875 ° С) и трудноплавкие (температура плавления от 875 до 1100 ° С).
К твердым припоям относятся медные, медно-цинковые, медно-никелевые и серебряные припои. Широкое распространение получили медно-цинковые припои ПМЦ-36, ПМС-48 и ПМЦ-54. На рисунке показано содержание меди, остального цинка, железа — 0,1% и свинца — 0,5%. Температура их плавления соответственно — 825, 865 и 880oС. Чем больше меди в сплаве, тем крепче припой, но труднее плавиться. Припои медно-цинковые выпускаются в виде зерен. Для пайки алюминиевых деталей и его сплавов используются припои на основе алюминия с кремнием, медью, оловом и др.
Канифоль используется в качестве флюса при пайке меди, но поскольку она теряет свои флюсовые свойства при перегреве точек плавления, ее наносят не на паяльник, а на место пайки после нагрева. Широко используются флюсы: бура (Na2B4O7) и ее смеси с борной кислотой (H3BO3) и двойным триоксидом бора (B2O3).
Активные флюсы используются для пайки алюминиевых деталей и их сплавов из-за сложного плавления их оксидов, например 10% фторид натрия, 8% хлорид цинка, 32% хлорид лития и остальное хлорид калия.
По способу нагрева при пайке различаются следующие виды пайки:
• с газовым пламенем — сварочные или специальные горелки и паяльные лампы. Паяное соединение покрывается жидкой флюсовой пастой и припоем и нагревается до плавления;
• плавка в печи;
• высокочастотная или индукционная пайка — выполняется в вакууме или в защитной среде;
• пайка сопротивлением — используются машины для контактной сварки;
• экзотермическая пайка — для пайки нержавеющих сталей. Детали муфты собираются внахлест в специальных приспособлениях, наносится тонкий слой порошкообразного флюса, с противоположной стороны укладывается экзотермическая смесь, изделие помещается в печь с температурой около 500oС для обеспечения воспламенения микстура. В результате экзотермической реакции температура поверхности повышается, и припой плавится;
• пайка в ваннах с расплавом солей или в медно-цинковом припое, покрытом флюсом. В первом случае изделие собирается, покрывается флюсом, а припой располагается на шве. Соляная ванна (55% KCl + 45% HCl) защищает сварное соединение от окисления. Во втором случае изделие, нагретое до 550oС, погружается в ванну для припоя с температурой 700-800oС. Этот метод пайки применяется для деталей сложной конфигурации и требует большого количества припоя.
Оставить комментарий