Длина дуги – расстояние между концом электрода и сварочной ванной находится в пределах от 0,5 до 1,2 диаметра электрода и зависит от марки электрода и пространственного положения шва. При очень короткой дуге шов плохо формируется, а при чрезмерно большой – уменьшается глубина провара, увеличивается разбрызгивание, в некоторых случаях образуются поры.

Сварку и наплавку следует вести так, чтобы не допустить или свести к минимуму искривление деталей. С этой целью швы нужно накладывать в такой последовательности, чтобы деформации от предыдущего шва ликвидировались обратной деформацией следующего шва (рис. 21.8). С этой целью следует применять, где это можно, кондукторы для сборки и сварки деталей в закрепленном состоянии.

Рис. 21.8. Способы уравновешивания напряжений при сварке: а, б – симметричных сечений; в – несимметричных сечений

Одним из наиболее распространенных способов в ремонтной практике является наплавка под слоем флюса, которая может осуществляться автоматически и полуавтоматически.

При автоматической наплавке механизированы как подача электродной проволоки, так и перемещение дуги вдоль наплавляемой (свариваемой) поверхности; при полуавтоматической – перемещение дуги осуществляется вручную.

Основой установки для автоматической наплавки цилиндрических деталей является переоборудованный токарно-винторезный станок 3 (рис. 21.9).

Рис. 21.9. Установка для автоматической наплавки деталей под слоем флюса

Переоборудование станка заключается в установке редуктора 1, понижающего частоту вращения шпинделя до 1,5–5 об/мин. На суппорте станка на диэлектрической прокладке монтируется наплавочная головка 2, состоящая из механизма, подающего проволоку, и бункера с флюсопроводом. Восстанавливаемая деталь закрепляется в патроне или в центрах станка. Ток обратной полярности поступает от сварочного преобразователя или выпрямителя. Перемещение дуги осуществляется включением ходового валика станка, а вращение детали – включением шпинделя.

Наплавка под флюсом широко применяется для восстановления деталей от 40 до 700 мм, имеющих износы более 1 мм на сторону. Восстановление деталей диаметром до 40 мм затруднено из-за стекания металла, осыпаний флюса и возможности прожога деталей. При выключенном шпинделе наплавку можно вести не по винтовой, а по образующей линии. Таким образом наплавляют изношенные впадины шлицов. Наиболее эффективно наплавку под флюсом можно применять при восстановлении шеек валов, полуосей и карданных валов (наплавке шлицевых концов), катков, шкивов, блоков, барабанов и др.

Детали из малоуглеродистых и низколегированных сталей наплавляют электродной проволокой диаметром 1,2–2,4 мм марок Св-08А, Св-08ГА, а детали из легированных сталей – проволоками Св-18ХГСА, Нп-ЗОХГСА и др., придающими шву повышенную износостойкость.

На формирование и качество наплавленного шва влияют величина тока, напряжение дуги, диаметр электродной проволоки, скорость наплавки, величина смещения электрода от зенита детали.

Наплавляемую поверхность и электродную проволоку необходимо перед наплавкой обезжирить, зачистить до металлического блеска, выправить погнутые детали, заварить трещины и удалить наклеп. При необходимости исправляются центровые отверстия.

Цилиндрические поверхности наплавляются по винтовой линии с перекрытием предыдущего валика на 1/2–1/3 его ширины; перед наложением последующего валика с предыдущего валика должна быть удалена корка застывшего шлака.

Эффективным методом повышения долговечности деталей, восстанавливаемых наплавкой под флюсом, является совмещение процессов наплавки с поверхностным упрочнением наплавленного слоя самоцентрирующимися накатными роликами (рис. 21.10).

Рис. 21.10. Схема наплавки и накатки роликами шеек коленчатого вала:

1 – накатные ролики; 2 – деталь; 3 – мундштук; 4 – флюсопровод; 5 – шлаковая корка; 6 – резец шлакоудаляющего приспособления

Повышение производительности труда при наплавке под флюсом достигается применением ленточных электродов, порошковой ленты. Так, ленточным электродом наплавляют за один проход слой металла толщиной 2–8 мм и шириной до 120 мм с глубиной проплавления 1 мм. Такой метод наплавки может быть рекомендован при восстановлении барабанов, ходовых катков.

По сравнению с ручной дуговой наплавкой и сваркой наплавка и сварка под флюсом имеют ряд существенных преимуществ, к числу которых относятся высокая производительность труда, экономичность процесса, высокое качество и однородность наплавляемого металла.

К недостаткам этого метода следует отнести возможность наложения шва лишь в нижнем положении, определенные затруднения при наплавке изношенных отверстий, невозможность ведения работ непосредственно на машине (механизме).

Сварка и наплавка в среде защитных газов являются перспективными методами и применяются для сварки деталей толщиной от 0,6 мм и наплавки диаметром до 40–50 мм.

Особенность этого метода заключается в том, что защиту расплавленного металла от вредного воздействия кислорода и азота воздуха осуществляет газ, охлаждающее действие которого и низкое напряжение разрешают вести сварку тонкостенных деталей.

В качестве защитного газа могут применяться инертные (аргон, гелий) и активные газы (водород, азот, углекислый) и их смеси.

Наиболее высокое качество имеют швы, выполненные в среде инертных газов, однако высокая стоимость и дефицитность ограничивают возможность их применения. Обычно при ремонте машин в качестве защитного используется углекислый газ СО2.

Сварка в среде СО2 происходит при повышенном выгорании элементов основного металла (углерода, кремния, марганца). Причиной этого является окисляющее действие кислорода, образующегося при сгорании СО2. Для нейтрализации реакции окисления углерода и устранения пор в шве в сварочную ванну вводят через сварочную проволоку раскислители (кремний, марганец и др.).

При сварке в среде СО2 рекомендуется применять сварочную проволоку с несколько повышенным содержанием кремния, марганца. Сварку углеродистых сталей ведут проволокой диаметром 0,5–2,5 мм марок Св-08Г2С, Св-10ГС, Нп-40 г, а низколегированных сталей – проволокой марки Нп-10ГЗ.

Автоматическая наплавка в защитной среде СО2 применяется для восстановления изношенных поверхностей деталей диаметром 10 мм и выше из углеродистых и низколегированных сталей. Сварка в среде СО2 ведется постоянным током обратной полярности. В качестве источников питания дуги используются сварочные преобразователи, обладающие жесткой характеристикой, необходимой для обеспечения стабильности процесса.

Сварочные швы, выполненные в среде СО2, имеют прочность, близкую к прочности основного металла; твердость наплавленных поверхностей составляет НВ 248–293. При использовании высокохромистой проволоки марки Св-10Х13 твердость наплавленного слоя без термообработки достигает HRC 50–52.

Сварка и наплавка в среде водяного пара получили широкое применение в ремонтных предприятиях. Процесс этот аналогичен процессу сварки в среде углекислого газа.

Функции защиты ванны расплавленного металла от воздействия атмосферы и восстановления металла из окислов, сульфидов в этом случае осуществляет водород, получаемый при распаде пара.

Преимущество этого способа по сравнению с рассмотренными ранее заключается в том, что сварка ведется без защитных средств (флюса, газов), усложняющих и удорожающих процесс.

Для сварки в среде водяного пара применяются шланговые полуавтоматы ПШ-5, предназначенные для сварки под флюсом, только вместо бункера к ним присоединяют шланг, подводящий пар от магистрали под давлением 0,3–0,6 МПа.

Автоматическая вибродуговая наплавка ведется электродом, имеющим продольное колебание, создаваемое электрическим или механическим вибратором в струе жидкости, углекислого газа или в среде воздуха.

Схема установки для вибродуговой наплавки показана на рис. 21.11. Деталь 3 устанавливают в центрах токарно-винторезного станка. Электродная проволока из кассеты подается в зону сварки подающим механизмом 5 через мундштук 4 под углом β к оси детали. С помощью вибратора 6 электроду придаются продольные колебания (90–100 кол/с), вызывающие периодическое замыкание и размыкание электрода с деталью, в процессе которых расплавляющийся конец электрода в виде капли металла переходит в сварочную ванну на детали.

Рис. 21.11. Схема установки для вибродуговой наплавки

Наплавку ведут постоянным током (напряжение 14–20 В, плотность тока 60–80 А/кв. мм) обратной полярности с включением в цепь регулируемого индуктивного сопротивления 7, назначением которого является стабилизация процесса и повышение его КПД.

Охлаждающая жидкость, подаваемая в зону наплавки электродвигателем 1 и насосом 2, интенсивно охлаждает и одновременно закаляет наплавленный слой металла. Отработанная жидкость собирается в резервуар 8.

Используемый для наплавки токарно-винторезный станок должен быть оборудован редуктором для понижения частоты вращения шпинделя в пределах 0,5–10 об/мин.

Для автоматической вибродуговой наплавки промышленностью выпускается несколько типов головок. Наибольшее применение получили головки УАНЖ-5, УАНЖ-6, ВГ-3, КУМА-5м.

Наплавку стальных деталей ведут электродной проволокой марок Нп-30, Нп-40, Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА диаметром 1,4–2,2 мм. Для наплавки деталей из чугуна применяют проволоку Св-0,8, Св-10ГА.