Сварка алюминия и его сплавов. Их сваривают газовой сваркой только нормальным пламенем. Присадочную проволоку применяют такого же состава как свариваемый металл. Для удаления пленки оксида алюминия используют флюсы АФ – 4А, АН – 4А, АН – А201, содержащие хлористые и фтористые соли лития, натрия, калия и бария. После сварки остатки флюса удаляют горячей водой. Оксидную пленку можно удалять так же специальным скребком. В этом случае сварщик должен иметь большой навык, так как в шов могут попадать остатки оксидной пленки и вызывать несплавление металла.
3.3. Механизированные способы электродуговой сварки и наплавки.
3.3.1. Автоматическая наплавка под слоем флюса один из прогрессивных и широко применяемых способов восстановления деталей на ремонтных предприятиях. Сущность способа заключается в следующем. К дуге 7, образующейся между электродами 6 и поверхностью вращающейся детали 1(рис.1), через мундштук 5 специальным устройством (автоматом) непрерывно подается электродная проволока, а из бункера 4 слоем 50 – 60мм насыпается гранулированный флюс. Дуга, утопленная в массе флюса, горит под жидким слоем 2 расплавленного флюса в газовом пространстве 3. Жидкий слой флюса 2 надежно предохраняет расплавленный металл от окружающего воздуха, в большей степени уменьшает разбрызгивание металла, улучшает формирование шва 9, использование теплоты дуги и материала электродной проволоки. Шлаковая корка 8, образующаяся при остывании, замедляет охлаждение расплавленного металла и улучшает условия формирования его структурных превращений. Небольшой вылет электрода (расстояние от мундштука до детали) дает возможность увеличить плотность применяемых сварочных токов до 150 – 200 А/мм2. Значительно улучшаются условия труда сварщика. Потеря на угар и разбрызгивание металла при наплавке под слоем флюса не превышает 2% от массы расплавленного металла. Коэффициент наплавки составляет 14 – 16 г/А.час, т.е в 1,5 – 2 раза выше, чем при ручной сварке.
Недостатки сварки под слоем флюса – невидимость дуги и значительный расход стоимости флюса. Наплавка деталей диаметром менее 80мм. затруднительна, а диаметром менее 40мм. совсем невозможна.
При автоматической наплавке используются плавленые и наплавленные керамические флюсы, а так же флюсы – смеси. Плавленые флюсы представляют собой сравнительно сложные силикаты, но своими свойствами близки к стеклу. Температура их плавления не более 1200 С. В состав плавленых флюсов не входят ферросплавы, свободные металлы, углеродистые вещества. Эти флюсы, как правило слабые раскислители. Применяют плавленые флюсы марок АН-348, ОСЦ-45 и АН-15, содержащие в своём составе 35-43% закиси марганца.
Керамические флюсы по своему составу и способу приготовления во многом сходны с качественными (толстыми) покрытиями электродов. Эти флюсы наряду с защитными содержат легирующие и модернизирующие элементы. Наибольшее применение для наплавки деталей получили флюсы АНК-3, АНК-30, АНК-18, АНК-19 и ЖСН-1.
Флюсы смеси приготовляют преимущественно из плавленых и керамических, в различных соотношениях.
Электродная проволока для наплавки изношенных деталей под флюсом выбирается принципиально также, как и при ручной наплавке. Кроме сварочной проволоки типа СВ, используют специальную наплавочную проволоку типа Нп (Мп-30, Нп-50Г, НП-30Х5, НП-45Х4ВЭФ др.).
Порошковые проволоки представляют собой непрерывный электрод диаметром 2,5-5,0 мм, состоящий из металлической оболочки, заполненной порошком. В качестве наполнителя применяют смесь металлических порошков, ферросплавов, шлако- и газообразующих элементов. Изменение состава наполненных порошков позволяет с достаточно большей точностью получать необходимое качество наплавленного слоя без дополнительной защиты зоны наплавки флюсом или другим способом.
3.3.2. Автоматическая наплавка в среде защитных газов.
В случаях, когда невозможно или слишком дорого применять сварку под слоем флюса, используют другие защитные среды: аргон, углекислый газ, пар и т.п. Наибольшее применение получил углекислый газ. При сварке газ подаётся в зону сварки из специальных горелок, а также с помощью специального аппарата, предназначенного для сварки в средне углеродистого газа. Газ оттесняет воздух и защищает зону сварки от воздействия азота и кислорода.
Преимущества способа: обзор места сварки, отсутствие шлаковой корки, дешевизна углеродистого газа, возможность использования способа при ремонте кузова, кабин машин..
Недостатки способа: повышенная податливость наплавленного слоя к образованию трещин, а также выгоранию легирующих элементов.
Вибродуговая наплавка-разновидность автоматической наплавки под слоем флюса и в защитных газах.
Она отличается тем, что сварку ведут проволочным электродом с частотой 50-110 колебаний в секунду. Амплитуда колебаний электрода относительно наплавленной детали обычно составляет 1-3 мм.
При вибродуговой наплавке происходит мелкокапельный переход металла с электрода на деталь, образуется минимально возможная сварочная ванна, способствующая достаточно хорошему плавлению электродного металла с основным, небольшому нагреву детали и созданию малой по глубине зоны термического влияния.
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.