Электро-дуговая и плазменная сварка

Недостатки: пористость слоя и неоднородность по твердости и структуре металла, что снижает прочность деталей почти в 2 раза.

3.3.2. Плазменно-дуговая  сварка и наплавка.

Плазма-это высокотемпературное сильнее ионизированное вещество. Ионизация вызывается либо действие высоких температур электрической дуги, либо действием электрического поля высокой частоты.

Устройство, в котором получают плазменную струю (сжатую дугу), называют плазменной горелки или плазмотроном. Возможны три схемы плазмообрабатывания, дугой косвенного действия и комбинированной дугой.

Горелка прямого действия.  Дуга, горящая между неплавящимися вольфрамовым электродом  и деталью подключенной к аноду, сжимаются узким каналом водоохлаждаемого сопла и  плазмообразующим газом, поступающим в пространство. Часть газа, проходя через столб сжатой дуги, ионизируется и выходит из сопла в виде плазменной струи. Температура плазменной струи, образующейся в горелке прямого действия, может достигается более 30000˚С. Такую схему применяют при резке металлов и других операциях, требующих повышенного нагрева детали.

Горелка косвенного действия. Дуга горит между неплавящимся соплом. Нагретый и в значительной степени ионизированный газовый поток выходит из сопла в виде яркого факела пламени температурой до 15000˚ С. Здесь большая часть энергии расходуется на нагрев газового потока, но интенсивность его теплового воздействия ниже, так как с возрастанием тока увеличивается поверхность столба свободной дуги и теплопередачи в окружающую среду, Схему косвенного действия применяют для поверхностной закалки, металлизации и напыления тугоплавких металлов и соединений.

Горелка комбинированного действия. Дуга горит – между неплавящемся вольфрамовым электродом и водоохлаждаемым каналом и между тем же электродом и деталью. Эта схема получила распространение при наплавке деталей порошком, вдуваемым в струю плазмы.

Характерная особенность плазменной струи высокая  температура факела, возможность концентрации большой тепловой мощности на небольших объемах материалов, пригодность для плавления и даже испарения практически любых материалов, встречающихся в природе, меньше чем при других видах наплавки, зона термического влияния возможность  получения наплавленного слоя толщиной от 0. мм до нескольких миллиметров. Получены хорошие результаты  наплавки бронзы и латуни на сталь. Содержание их в слоях железа не превышает 0.5%. На малоуглеродистые и низколегированные стали наплавляют любые износостойкие материалы с минимальными примесями основного металла.

При помощи плазменной струи, кроме нанесения  покрытий, выполняют сварку, резку  и точение металлов, а также  проводят металлургические процессы плазменным нагревом.

В качестве плазмообразующего газа используют аргон, а наиболее дешевым азотом. Для защиты зоны наплавки применяют эти же газы, их смеси, а также углекислый газ.

В качестве наплавляющего электрода  в горелках всех типов используют  вольфрамовые стержни. Более стойкие  – вольфрамовые стрежни с присадкой 1-2% оксида лантана.

Наплавочными  материалами могут быть проволоки  и металлические порошки всех видов.

При плазменной наплавке успешно применяют  дорогостоящие порошки на никелевой  основе ПГ-СР2, ПГ-СР3, ПГ-СР4, твердосплавные порошки на железной основе ПГ-ФБХ-Б-2, КХБ, ПГ-УС25 и другие, а также смесь различных порошков.

Оборудование  для плазменной наплавки включает в себя источник питания тока (полупроводниковый выпрямитель типа ИПН-00/600), плазменную горелку, пульт управления и контроля, баластные реостаты (типа РБ-300), досель, Механизм для подачи порошка или проволоки, система циркуляции воды, баллоны с плазмообразующим и защитным газом и станок для перемещения детали к плазменной горелки.

3.3.3. Металлизация. Сущность  процесса.

Расплавленный металл распыляется  струёй инертного газа или воздуха на частицы размером от   3 до 300 мкм и со скоростью 100-300 м/с наносится на специально подготовленную поверхность. Соединение с основным металлом детали происходит за счет механических и частично молекулярных связей. Нанесенное покрытие представляет собой пористый, хрупкий слой металла сравнительно высокой твердости и низкой механической прочности.

Слой  хорошо пропитывается смазочным  материалом и в условиях небольших  линейных нагрузок имеет высокую износостойкость. Но при больших удельных нагрузках на сдвиг и сжатие (резьбы, зубья шестерен и др.), а также в условиях полного отсутствия смазочного материала (сцепление, тормоза) металлизационное покрытие быстро разрушается. Поэтому восстанавливать такие детали с металлизацией нельзя.

В зависимости от способа расплавления наносимого материала метализацию  называют электрической (расплавления электрической дугой или т. в. ч.), газопламенной (расплавление газовым  пламенем) и плазменной (рассплавление  плазменной струей). Аппараты с помощью которых расплавляют и наносят металл, называют меттализатороми.

Поверхность под металлизацию тщательно очищают  от грязи, влаги, оксидов и обезжиривают. Прочное сцепление покрытия получается главным образом за счет шероховатости поверхности, которая создается специальной обработкой.

Поверхность детали и пористость металла обезжиривают нагревом. Например, чугунные детали нагревают  до температуры 200-250 С и выдерживают  до полного удаления смазки в течении 2-8 ч.

Лучший  способ подготовки поверхности детали любой твердости обдувка крошкой из оксида алюминия с размерами зерен 0.8-1.2 мм и нанесение промежуточного слоя из смеси никеля с алюминием. При нанесении этой смеси так же способом металлизации между никелем и алюминием происходит экзотермическая реакция и протекает она довольно медленно. В момент ударения наносимых частиц  о поверхность детали их температура достигает 1450 С.

В результате этого слой, состоящий  из никеля и их оксидов, прочно приваривается  к поверхности и образует  шероховатость, которая создает условия для надежного сцепления последующего металлизационного слоя с этой поверхностью. Смесь никеля с алюминием применяют в виде порошка и порошковой проволоки, оболочка которой выполнена из никеля, а в качестве наполнителя используется алюминиевый порошок, или наоборот.

Восстановление  деталей электроконтактной  приваркой 

металлического  слоя.

Для восстановления деталей применяют  электроконтактные процессы, при  которых присадочный материал в  виде ленты толщиной 0.4-05 мм, проволоки диаметром до 2.0 мм или порошка приваривается или напекается контактным способом на поверхность детали. При этом присадочный металл расплавляется лишь частично в месте соприкосновения с поверхностью детали.

Благодаря наличию специального прерывающего устройства или с помощью конденсаторов ток подается кратковременным импульсом, который вызывает разогрев присадочной проволоки и детали в месте контакта, рас плавление их тончайших поверхностных слоев и сваривание. Основное преимущество этого способа состоит в том, что сварка происходит при небольшой глубине плавления и малом тепловом воздействии на деталь (не более 0.3 мм). К недостаткам следует отнести ограниченность наплавленного слоя изложенность установки.

Сварка  трением. Одна из свариваемых деталей закрепляется в патроне и приводится во вращение, а вторая деталь установлена неподвижно, но прижимается к первой  с определенным усилием.

Под действием сил трения происходит разогрев свариваемых деталей в  месте их контакта. Когда температура  деталей достигает 100-300 С, мгновенно прекращается вращение и проводят осадку (проковку) одной из деталей, часть металла выдавливается из зоны сварки и образуется валик вокруг места сварки.

Достоинство сварки- хорошее качество соединения, малое потребление энергии, простота механизации и автоматизации и др.

Недостаток- ограниченность формы и размеров свариваемых деталей. 
 
 
 
 
 
 
 

4. Содержание работы.

4.1. Пользуясь учебными материалами,  находящимися в лаборатории (плакаты,  диафильмы, учебные пособия) изучить восстановление деталей сваркой и наплавкой и другими специальными методами.

4.2. Составить отчет в письменном  виде и сдать преподавателю.

5. Содержание отчета.

5.1. Отразить виды восстановления  электродуговой сваркой, газовой  сваркой и наплавкой.

5.2. Изучить газопламенную сварку и наплавку.

5.3. Ознакомится с контрольными вопросами  и дать полный ответ (устно). 

6. Контрольные вопросы.

1. Как выбрать электроды, придаточные материалы и режим для сварки или наплавки стальных деталей?
2. Как сваривать и наплавлять деталь, чтобы деформация их была
3. Каковы особенности сварки чугунных деталей?
4. Каковы общие правила холодной и горячей сварки чугуна?
5. Каковы особенности и технология сварки алюминиевых деталей?
6. Какова сущность электродуговой сварки под слоем флюса и какие электродные материалы, флюсы и режим наплавки применяют при этом?
7. Сущность вибродуговой наплавки.
8. В чем сущность и как осуществляется электроконтактная приварка проволоки (ленты) и напекания металлических порошков?
9. В чем сущность процесса плазменной наплавки?

Литература

1. Ульман И.Е. «Ремонт машин». Москва, «Колос», 1982г.

2. Бабусенко С.М. «Ремонт тракторов  и автомобилей». М., «Агропромиздат»,1987г.