Технологический процесс восстановления блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Ремонт автомобилей является объективной необходимостью, которая обусловлена техническими и экономическими причинами.

Во-первых, потребности народного хозяйства в автомобилях частично удовлетворяются путем эксплуатации отремонтированных автомобилей. Во-вторых, ремонт обеспечивает дальнейшее использование тех элементов автомобилей, которые не полностью изношены. В-третьих, ремонт способствует экономии материалов, идущих на изготовление новых автомобилей. При восстановлении деталей расход металла в 20 ... 30 раз ниже, чем при их изготовлении.

Увеличение масштабов производства автомобилей и притока их с зарубежного рынка приводит к росту абсолютного объема ремонтных работ.

Общие принципы проектирования технологического процесса восстановления деталей предполагают выбор более рациональных технологических способов устранения дефектов и построение общей оптимальной последовательности технологических операций: устранение общей деформации детали, восстановление технологических баз, подготовительные операции перед нанесением металлопокрытий и полимерных материалов, нанесение покрытий, черновая обработка восстанавливаемых поверхностей, финишные операции, контроль качества, мойка детали. При восстановлении двигателя автомобиля и его основных деталей должны быть обеспечены требуемые размеры, форма, взаимное расположение поверхностей и осей, шероховатость поверхностей и другие параметры рабочих сопряжений деталей.

В курсовом проекте согласно заданию разработан технологический процесс восстановления блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д, материалом для которого послужил анализ явлений, приводящих к дефектам детали, рассмотрение существующих методов их ремонта, а также типовой технологический процесс ремонта корпусных деталей.

1. Характеристика сварной конструкции

1.1 Служебное назначение блока цилиндров двигателя автомобиля, условия его эксплуатации

Двигатель ЗМЗ-24Д карбюраторный, четырехтактный, верхнеклапанный, четырехцилиндровый.

Блок цилиндров двигателя является корпусной деталью и служит остовом, снаружи и внутри которого монтируются механизмы и системы двигателя (рис. 1), Блок цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д отлит из алюминиевого сплава АЛ-4 ГОСТ 2685-81 и подвергнут термической обработке с последующей притиркой слесарной искусственной смолой, обеспечивающей герметичность отливке блока.

Рисунок 1 - Блок цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д

1 - блок цилиндров; 2 - картер; 3 - головка блока с верхним положением клапанов; 4 - гильза цилиндра; 5 - уплотнительные прокладки (кольца)

Блоки цилиндров в эксплуатации двигателя подвергаются химическому и тепловому воздействию, а также влиянию абразивной среды и значительных переменных нагрузок. В результате размеры рабочих поверхностей блока, его геометрия, структура металла, взаимное расположение осей и поверхностей нарушаются, что резко ухудшает работу двигателя в целом, снижает его эксплуатационные качества, приводит к необходимости восстановления его первоначальных характеристик.

При проведении капитального ремонта двигателя он разбирается, и его составляющие поступают на специализированные отделения участка ремонта. На рисунке 2 представлена схема технологического процесса ремонта блока цилиндров двигателя. Важной технологической операцией является очистка блока от асфальто-смолистых отложений, накипи и нагара. Очистка-мойка блока производится первоначально в моечной машине ОМ-5299 с подвижной платформой в моющем растворе «Лабо-мид» при температуре (20 ... 30)° С в течение 20 ... 25 минут. Далее блок перемещается в моечную машину ОМ-9788 с раствором соляной кислоты (10 ... 12-%-ной концентрации) при температуре (75 ... 85)° С и моется в течении 10 ... 20 минут. Затем блок цилиндров вываривается в течение 10 ... 20 минут в растворе кальцинированной соды при температуре (85 ... 90)° С.



Рисунок 2 - Схема технологического процесса ремонта блока

На участке дефектации определяются дефекты блока цилиндров согласно Руководству по капитальному ремонту.

1.2 Анализ явлений, характеризующих основные виды износа блока цилиндров

Работа каждого реального сопряжения деталей автомобилей сопровождается различными видами износа, среди которых одни могут быть ведущими, определяющими износостойкость деталей при эксплуатации, а остальные сопутствующими. Известно, что износ является результатом изнашивания, процесса постепенного изменения размеров деталей в результате трения во время эксплуатации автомобиля. При этом изменяется форма и состояние рабочих поверхностей.

4

При абразивном износе характерно наличие микропластических деформаций и срезание металла деталей твердыми абразивными частицами (пыли, грязи, нагара, продуктов изнашивания, твердых структурных составляющих металла детали), находящимися между поверхностями трения. При абразивном износе рабочие поверхности деталей покрыты многочисленными рисками и царапинами (цилиндры); при заедании поршня в цилиндре появляются задиры в виде глубоких и широких полос.

Рабочие поверхности цилиндров подвергаются окислительному и тепловому износам. Окислительный износ характеризуется протеканием одновременно двух процессов - пластической деформацией поверхностных слоев металла и окислением их. Тепловой износ проявляется под действием большого количества тепла, при высоких 'скоростях скольжения и больших удельных давлениях. Поверхностные слои металла детали при этом нагреваются до высоких температур, происходит отпуск, закалка, рекристаллизация и оплавление микроскопических объемов металла в местах контакта. Прочность поверхностных слоев деталей резко снижается; вследствие размягчения и смятия, а также контактного схватывания происходит разрушение поверхности цилиндра.

Возникновение трещин в теле блока цилиндров обуславливается действием внутренних напряжений, возникающих в литой отливке, а также механических повреждений: пиковых нагрузок, вибрации двигателя, усталости.

Гнезда под вкладыши коренных подшипников меняют свои размеры под действием ударных нагрузок от коленчатого вала (происходит наклеп поверхности), в результате абразивного износа. Из-за старения металла и теплового воздействия происходит коробление гнезд, нарушается их соосность.

2. Материал для изготовления сварной конструкции

2.1 Основные дефекты блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д, существующие способы их устранения

Дефекты блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д определяются руководством по капитальному ремонту деталей и узлов двигателя (РК 200-РСФСР-2/1-2064-93). На рисунке 3 приведены основные дефекты блока цилиндров двигателя ЗМЗ-24Д; в таблице 1 представлены дефекты детали, а также рекомендуемые Руководством по капитальному ремонту способы устранения этих дефектов.

Рисунок 3 - Основные дефекты блока цилиндров двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга»

Трещины блока цилиндров из алюминиевого сплава заваривают алюминиевой проволокой марки АК по ГОСТ 7871-85 аргонодуговым способом. Для расплавления основного металла и присадочной проволоки применяются прутки из вольфрама; в качестве защитного газа используют чистый аргон марки А по ГОСТ 10157-89. Сварной шов зачищается шлифовальным кругом и заделывается полимерными материалами с последующей обработкой шва.

Пробоины на стенках, не захватывающие перегородки, ребра жесткости и масляные каналы, устраняют постановкой заплат, которые вырезают из листового алюминия АМЦ толщиной 1,5 ... 2,0 мм. Затем на кромках пробоины снимают фаску таким образом, чтобы зазор в стыке с заготовленной заплатой и кромками пробоины был не более 2 ... 3 мм. Блок устанавливают на кантователь ОБ-2001 для выполнения сварки. Металлической щеткой зачищают края пробоины и заплаты на ширине 15 ... 20 мм и обезжиривают ацетоном или уайт-спиритом. Проваривают заплату в 4 ... 5 точках, после чего приваривают по всему периметру на установке УДАР-500, УДАР-300 или УДГ-301 для аргонодуговой сварки деталей.

Таблица 1 - Дефекты блока цилиндров и способы их ремонта

Основной вид износа	Виды дефектов в эксплуатации	Способы устранения дефектов
Абрзивный, окислительно-тепловой, кавитационный	Трещины, пробоины в теле блока (1,3) Износ отверстий под гильзу цилиндра (13) Изгос отверстий под гильзу цилиндра Износ отверстий под толкатели клапанов (14) Деформация и износ гнезд под вкладыши коренных подшипников Износ отверстия во втулке под шейку распределительного вала (11)	Заварка. Постановка заплат Наплавка с последующей механической обработкой Обработка до ремонтного размера. Постановка ДРД Механическая обработка Тоже
РК - 200 - РСФСР - 2/1 - 2064-93

Для сварки используют вольфрамовый электрод марки ВА-1А или ВП-1 диаметром 4 ... 5 мм, выходное сопло для аргона диаметром 9 ... 12 мм, присадочный пруток из проволоки АЛ-4 диаметром 4 ... 5 мм. Режим сварки: сила тока 180 ... 250 А; расход аргона 8 ... 11 л/мин; давление 0,02 .. .0,04 МПа; полярность - обратная.

Шов зачищают металлической щеткой, промывают горячей водой или садовым раствором. Качество сварки проверяют внешним осмотром и при наличии раковин или пор места, имеющие дефекты, переваривают.,

Трещины на стенках блоков цилиндров, не проходящие через масляные каналы и не выходящие на резьбовые отверстия шпилек, заваривают. Для этого трещину разделывают под углом 90° на глубину 3 ... 4 мм по все длине, применяя шлифовальную машинку ИП-2009 А. Затем блок поворачивают в положение, удобное для сварки, зачищают металлической щеткой поверхность вдоль трещины по ширине 25 ...30 мм, обезжиривают и заваривают трещину по всей длине, ведя аргонодуговую сварку от середины к концам трещины.

В процессе сварки блок поворачивают, обеспечивая нижнее положение сварочного шва. Способ сварки, режимы, обработка сварного соединения, оборудование те же, что для устранения пробоин.

Износ и деформация посадочных отверстий под сменную гильзу цилиндра ремонтируют наплавкой или постановкой дополнительной (новой) детали-втулки с последующей механической обработкой под номинальный размер. После ремонта овальность и конусность посадочных отверстии под гильзу не должны превышать 0,02 мм. Оси посадочных отверстий должны быть перпендикулярны к оси коленчатого вала. Шероховатость отремонтированных посадочных отверстий должна быть равной -Ra 0,8.

Изношенные отверстия под толкатели клапанов развертываются под увеличенный ремонтный размер. Когда все ремонтные размеры исчерпаны, в отверстие под толкатель запрессовывается втулка, которая далее растачивается до номинального размера.

Втулки пол шейку распределительного вала заменяют новыми, которые запрессовываются в посадочное отверстие блока цилиндров и далее окончательно обрабатываются (совместно с гнездами под вкладыши коренных подшипников) пол номинальный или уменьшенный ремонтный размер.

После ремонта блока цилиндров промывается моечным составом для одновременного обезжиривания и пассивирования при температуре 70 ... 80° С в течение 10 ... 15 мин. Далее блок цилиндров испытывается на герметичность водой под давлением 0,4 МПа (подтекание воды не допускается).

Отремонтированный блок цилиндров окончательно промывается в теплом 5%-ном растворе кальцинированной соды.

3. Последовательность сборочных и сварочных работ

Сборочные и сварочные работы должны выполняться в строгой технологической последовательности, чтобы избежать возникновения в дпище и в сварных швах больших внутренних напряжений и устранить коробление днищ и появление трещин. 

Сборочные и сварочные работы должны выполняться в строгой технологической последовательности, чтобы избежать возникновения в днище и в сварных швах больших внутренних напряжений и устранить коробление днищ и появление трещин. 

На готовом блоке должны быть закончены все сборочные и сварочные работы, произведена термическая обработка стыков ( если она требуется) и проверено качество сварки. Собранный блок не должен требовать каких-либо подгоночных работ на месте его установки, поэтому нужно производить предварительно контрольную сборку сопрягаемых между собой блоков. 

На готовом блоке должны быть полностью закончены сборочные и сварочные работы, произведена термическая обработка стыков ( если она предусмотрена проектом) и проверено качество сварных соединений. Приварку на грубы репежных деталей для тепловой изоляции производят на площадке при укрупнительвой сборке. 

К строительству газопровода, кроме двух общестроительных трестов Мосгазпроводстрой и Укргазнефте-строй - генеральных подрядчиков, - были привлечены специализированные организации: тресты сварочно-мон-тажный, Нефтепроводмонтаж и № 7 выполняли сборочные и сварочные работы, трест Союзпроводмеханиза-ция - земляные, санитарно-технические, электромонтажные, монтаж контрольно-измерительных приборов. 

Секции обычно соединяются на монтаже с помощью заклепок. Сборочные и сварочные работы при изготовлении обечаек выполняют по типовой технологии. 

Оболочку шаровых резервуаров собирают отдельными лепестками, укрупненными блоками или полушариями. При укрупнительной сборке представляется возможность рассредоточить сборочные и сварочные работы, перенести их в закрытые помещения и изготовлять блоки полностью сваренными или только с подварочным швом. Разбивка оболочки на блоки зависит от принятой технологии монтажа, наличия грузоподъемных средств и числа лепестков. Например, существует 3 варианта сборки оболочки резервуара объемом 600 м3, состоящей из 16 лепестков: 1) из 8 2-лепестковых блоков; 2) из 4 3-лепестковых блоков и 2 2-лепестковых блоков; 3) из 4 4-лепестковых блоков. Отдельными блоками являются днище и купол, а также в ряде случаев и временная центральная стойка с днищем, куполом и поворотной лестницей. 

В первую очередь сваривают меридиональные швы корпуса, а затем - кольцевые. Работы целесообразно вести одновременно на двух резервуарах, что позволяет чередовать сборочные и сварочные работы.

В первую очередь сваривают меридиональные швы корпуса, а затем кольцевые. Работы целесообразно вести одновременно на двух резервуарах, что позволяет чередовать сборочные и сварочные работы

В первую очередь сваривают меридиональные швы корпуса, а затем - кольцевые. Работы целесообразно вести одновременно на двух резервуарах, что позволяет чередовать сборочные и сварочные работы.

Изготовленные на заводах в соответствии с техническими условиями трубы поступают на склады сварочных баз. На сварочных базах производят сборку стыков труб в плети. Плети доставляют на трассу с помощью плетевозов различных конструкций на колесном или гусеничном ходу и там собирают в нитку, которую затем опускают в подготовленную траншею. Сварку стыков труб на базе производят в поворотном положении и с применением высокопроизводительной автоматической сварки под флюсом, что способствует хорошему качеству швов. По окончании сварки плетей на заданную длину участка нефтепровода база перемещается на новое место. На сварочной базе выполняются подготовительные, сборочные, сварочные работы, а также производится контроль качества швов

4. Обоснование способа сварки

Развитие технологии и оборудования сварочных процессов идет в настоящее время достаточно быстрыми темпами. Это вызвано все более возрастающей потребностью создания качественных неразъемных соединений как из однородных, так и разнородных материалов.

Сварка - технологический процесс получения неразъемных соединений материалов посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместном действием того и другого.

Сварка - экономически выгодный, высокопроизводительный и в значительной степени механизированный технологический процесс, широко применяемый практически во всех отраслях машиностроения.

Физическая сущность процесса сварки заключается в образовании прочных связей между атомами или молекулами на соединяемых поверхностях заготовок. Для образования соединений необходимо выполнение следующих условий: освобождение свариваемых поверхностей от загрязнений, оксидов и адсорбированных на них инородных атомов; энергетическая активация поверхностных атомов, облегчающая их взаимодействие друг с другом; сближение свариваемых поверхностей на расстояния, сопоставимые с межатомным расстоянием в свариваемых заготовках.

Указанные условия реализуются различными способами сварки путем энергетического воздействия на материал в зоне сварки. Энергия вводится в виде теплоты, упругопластической деформации, электронного, ионного, электромагнитного и других видов воздействия. В результате поверхностные атомы металлов и кристаллических неметаллических материалов образуют общие для соединяемых заготовок кристаллические решетки, а на поверхности пластмасс происходит объединение частей молекулярных цепей.

В зависимости от формы энергии, используемой для образования сварного соединения, все виды сварки разделяют на три класса: термический, термомеханический и механический.

К термическому классу относят виды сварки, осуществляемые плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электроннолучевая, лазерная, газовая и др.).

К термомеханическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием тепловой энергии и давления (контактная, диффузионная и др.).

К механическому классу относят виды сварки, осуществляемые с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая, взрывом, трением, холодная и др.).

5. Выбор и характеристика сварочных материалов

Материалы для сварки выбираются в зависимости от типа сварки, также необходимо обратить внимание на вид стали. На данный момент самым распространенными и универсальными сварочными материалами являются электроды. Для различных видов стали подбираются определенный электроды. Существуют электроды для углеродистых, низколегированных, высокопрочных и теплоустойчивых сталей.

От качества сварочных материалов напрямую зависит удобство и скорость выполнения сварочных работ. При выборе электродов необходимо обратить внимание на условия в которых они хранились и срок годности, т.к просроченные материалы теряют свои эксплуатационные свойства. Лучше всего использовать те электроды, которые рекомендует компания-производитель сварочного аппарата применяемого вами.

Качество электрода зависит от химического состава сварочной проволоки. На сварочную проволоку могут покрыть специальным составом, который состоит из смеси различных порошковых веществ, скрепленных жидким стеклом. Сейчас на прилавках магазинов можно найти множество видов покрытых и непокрытых электродов.

Сварочные материалы выбираются в зависимости от типа сварки и вида стали. Самым распространенным на данный момент материалом для сварки являются электроды, которые бывают для углеродистых, высокопрочных и теплоустойчивых, низколегированных сталей.

Применяя сварочные электроды различных марок с нужными вам характеристиками, можно работать и с различными видами металлов, в том числе и с цветными, и с современными сплавами.

При дуговой сварке низколегированных сталей применяются плавящиеся электроды с целлюлозным или смешанным покрытием.

Виды покрытий электродов:

· Основное покрытие, в его состав добавлены соединения фтора. Шов сделанный электродом с таким покрытием получается очень пластичным, хорошо держит удар, а также переносит большие перепады температур.

· Рутиловое покрытие это концентрат диоксида титана. Электроды с таким покрытием немного дороже обычных, но они имеют множество преимуществ. Во-первых они значительно повышают прочность шва и обеспечивает стабильное горение электрической дуги. Во-вторых электроды с рутиловым покрытием хорошо проявляют себя при сварке влажно ржавых деталей.

· Существуют электроды с ильменитовым покрытием. В нем используются соединения диоксидов титана и железа. Сварной шов получается прочным и эластичным по сравнению с применением других видов электродов.

Для сварки сплавов цветных металлов стоит применять неплавящиеся сварочные электроды. Такие электроды изготавливаются из тугоплавких металлов, температура плавления которых выше чем у электрической дуги. Например для сварки алюминия, магния и их сплавов можно использовать электроды из вольфрама с различными добавлениями.

6. Выбор и расчет режимов сварки

Тип соединения	Марка стали	Длина сварного шва (мм)	Толщина сварных элементов (мм)
стыковое	Сталь 3 ВСт3пс	700	4

Для марки Сталь 3 ВСт3пс выбираем ГОСТ 2590-71 (сортовой прокат в горячекатаном или термически обработанном состоянии сталь).

1) Определяем химический состав основного металла

С	Si	Mn	S	P	Cr	Ni	As	Cu
0,14 - 0,22	0,05-0,17	0,40-0,65	?0,04	?0,05	?0,30	?0,30	?0,08	?0,30

2) Определяем механические свойства в данной стали

Сечение, мм	у0,2, Н/ммІ	ув, Н/ммІ	д, %
Свыше 2,0	-	360-530	24

где у0,2 _ условный предел текучести, ув - временное сопротивление, д - относительное удлинение.

3) Технологические свойства в данной стали

Свариваются без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей).

Способы сварки: РДС, АДС над флюсом и газовой защитой ЭШС и КТС.

4) Диаметр электрода: dэ =S/2+1=3 (мм)

5) Сила сварного тока: Iсв =k· dэ =50·3=150 (А), где k =50 А/мм.

6) Длина сварной дуги: Lдуги=0,5·(dэ +2)= 0,5·(3+2)= 2,5 (мм).

7) Напряжение сварки: Uсв =Uак + Lдуги·Uд=10+2,5·2=15 (В), где:

Uак =10-12 В; Uд =2-3 В; 1,25 ? Iкор /Iраб ? 2.

8) Выбираем марку проволоки исходя из механического состава основного металла Св_08.

9) Выберем тип электрода (по механическим свойствам) - Э42.

10) Для моей конструкции используется марка электрода УОНИ_13/45.

Условное обозначение электрода:

Э 42 - УОНИ - 13/45 - 3 - УД

Е 412 - Б 2 0 где,

§ Э - электрод;

§ 42_временное сопротивление;

§ Э 42_тип электрода;

§ УОНИ_13/45_марка электрода по ГОСТу;

11) Масса наплавляемого металла:

Qн =Vн·с;

где Vн - объём наплавляемого металла, с - плотность металла.

Для начала вычислим площадь сечения: F=l·S/2=12·4/2=24 (ммІ) = 0,24 (смІ)

Вычислим объём наплавляемого металла Vн = F·lшва = 0,24 ·70=16,8 (смі), тогда

Qн =Vн·с=16,8 ·7,85=131,88 (г.)=0,13 (кг.), где с=7,85 г./ смі

12) Нормирование расхода электродов при ручной дуговой сварке.

Qэ = Кэ · Qн =1,4·131,88 = 184,632 (г.)=0,185 (кг)

13) Определим время горения дуги:

t0=Qн/Iсв·бн=131,88 /150·9=0,1 (час), где бн - коэффициент наплавки (г. /А· час).

14) Определим скорость сварки:

н= lшва /t0=0,70/0,1=7 (м/ час)

15) Выберем светофильтр для сварочного тока 150А. Для нас подходит светофильтр марки С_7.

16) Выберем сварочный трансформатор ТДМ_180 У2 (I=180A, Uсв = 15B) пределы регулирования Iсв от 50А до 450А.

7. Выбор и характеристика сварочного оборудования

Выбор сварочного оборудования определяется применяемым для данного сварного соединения способа сварки.

Различают следующие виды сварки плавлением в зависимости от характера источника нагрева:

1. электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;

2. электрошлаковая сварка, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток

3. электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление металла производится потоком электронов

4. лазерная, при которой нагрев и расплавление металла происходит сфокусированным мощным лучом микрочастиц -- фотонов

5. газовая, при которой нагрев и расплавление металла происходит за счет тепла пламени газовой горелки

Электрическая дуговая сварка в зависимости от способа защиты сварочной ванны, самой дуги и конца нагреваемого электрода от воздействия атмосферных газов разделяется на следующие виды:

1. сварка покрытыми электродами,

2. сварка в среде защитных газов,

3. сварка под флюсом,

4. сварка самозащитной порошковой проволокой

5. сварка со смешанной защитой.

Сущность основных способов сварки плавлением

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока. В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода. Сварка осуществляется, как правило, при вертикальном расположении свариваемых деталей и с принудительным формированием металла шва. Свариваемые детали собираются с зазором. Для предотвращения вытекания жидкого металла из пространства зазора и формирования сварного шва по обе стороны зазора к свариваемым деталям прижимаются охлаждаемые водой медные пластины или ползуны. К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся угольные, графитовые и вольфрамовые. При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка. При горении дуги и плавлении свариваемого и электродного металлов необходима защита сварочной ванны от воздействия атмосферных газов

кислорода, азота и водорода, так как они могут проникать в жидкий металл и ухудшать качество металла шва.

Сварка покрытыми электродами. Покрытый электрод представляет собой металлический стержень с нанесенной на его поверхность обмазкой. Сварка покрытыми электродами улучшает качество металла шва. Защита металла от воздействия атмосферных газов осуществляется за счет шлака и газов, образующихся при плавлении покрытия (обмазки). Покрытые электроды применяются для ручной дуговой сварки, в процессе которой необходимо подавать электрод в зону горения дуги по мере его расплавления и одновременно перемещать дугу по изделию с целью формирования шва.

Для сварки покрытыми электродами используют сварочные выпрямители, сварочные трансформаторы или сварочные инверторы.

Отечественные сварочные выпрямители имеют, как правило, трехфазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях используются трехфазная мостовая, двойная трехфазная схема с уравнительным дросселем и кольцевая схема выпрямления. В выпрямителях большой мощности диодное выпрямление во вторичном контуре сочетается с тиристорным регулированием по первичной стороне. В зависимости от числа сварочных постов, которые могут быть одновременно подключены к источнику, выпрямители подразделяются на однопостовые и многопостовые. Выпрямители для ручной дуговой сварки выпускаются по ГОСТ 13821-77 на токи 200, 315, 400 А при ПН=60% и имеют крутопадающие характеристики.

Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Основу выпрямителя составляет трансформатор с подвижными обмотками. Одновременное переключение первичных и вторичных обмоток трансформатора с "треугольника" на "звезду" позволяет получить две ступени регулирования тока.

В случае, когда целесообразно по условиям работы использовать один источник питания для нескольких потребителей, применяются многопостовые сварочные системы. В этих системах один многопостовый выпрямитель снабжает энергией несколько сварочных постов. сварка конструкция материал сборочный

Выпрямители серии ВДМ с реостатным регулированием выполняются на кремниевых диодах и имеют жесткую внешнюю характеристику, что обеспечивает независимую работу отдельных сварочных постов. Для получения падающих характеристик и регулирования тока на каждом сварочном посту используют ступенчатый балластный реостат. Преимущества многопостовых систем связаны с относительно небольшой стоимостью сварочного оборудования, простотой обслуживания, высокой загрузкой и высокой экономичностью многопостовых выпрямителей. Однако К.П.Д. сварочных постов снижается из-за значительных потерь электроэнергии в балластных реостатах.

Многопостовые выпрямители ВДМ-4х301 с тиристорным регулированием имеют единый трансформатор и самостоятельные тиристорные блоки с устройством фазового управления для каждого поста. Тиристорные блоки выполнены по двойной трехфазной схеме с уравнительным дросселем в катодных цепях тиристорного блока. Автономное тиристорное регулирование позволяет обеспечить стабилизацию режима поста при колебаниях напряжения в сети, местное и дистанционное включение поста и плавное регулирование тока.

Трансформаторы выпускаются по ГОСТ 95-77 на номинальные силы тока 160, 250, 315, 400 и 500 А. Конструктивно трансформаторы серии ТДМ относятся к группе трансформаторов стержневого типа. Для них характерны малый расход активных материалов, простота конструкции, высокие сварочные и энергетические показатели, широкие пределы регулирования тока. В нижней части сердечника трансформатора размещается первичная обмотка, состоящая из двух катушек, расположенных на двух стержнях. Катушки обмотки закреплены неподвижно. Вторичная обмотка расположена на значительном расстоянии от первичной. Катушки обмоток соединены параллельно. Вторичная обмотка перемещается по сердечнику с помощью винта и рукоятки. Сварочный ток регулируется изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. В зависимости от способа регулирования тока трансформаторы можно подразделить на две группы

с механическим и электрическим регулированием. В первую группу входят устройства, связанные с применением подвижных обмоток и секций магнитопроводов. Во вторую устройства, связанные с подмагничиванием магнитопроводов постоянным током и тиристорным регулированием.

Сварка в среде защитных газов выполняется как плавящимся электродом (например проволока сварочная) , так и неплавящимся (например электроды вольфрамовые) с подачей в зону горения дуги присадочного металла для формирования сварного шва. При сварке на полуавтомате плавящимся электродом механизируются операции по подаче электродной проволоки в сварочную зону, а остальные операции процесса сварки осуществляются сварщиком вручную. В качестве защитных газов применяют углекислый газ, аргон, гелий, иногда азот для сварки меди. Чаще применяются смеси газов: аргон + кислород, аргон + гелий, аргон + углекислый газ + кислород и др. В процессе сварки защитные газы подаются в зону горения дуги через сварочную головку и оттесняют атмосферные газы от сварочной ванны.

Выпрямители для механизированной сварки выпускаются на токи 315 и 630 А, ПВ=60 %

Выпрямители выполнены по трехфазной мостовой схеме на кремниевых диодах. Регулирование напряжения в выпрямителях ВДГ и ВСЖ плавно-ступенчатое. Плавное регулирование внутри ступени в ВДГ осуществляется дросселем насыщения, а в выпрямителе ВСЖ

трансформатором с магнитной коммутацией. В выпрямителях ВС регулирование ступенчатое

переключением числа витков обмоток.

Универсальные сварочные выпрямители типа ВДУ выпускаются на токи 500, 630 и 1250 А. Выпрямители имеют два вида внешних характеристик: пологопадающие и крутопадающие.

Выпрямители ВДУ-505, ВДУ-506, ВДУ-601 выполнены на тиристорах по двойной трехфазной схеме выпрямления с уравнительным дросселем, а выпрямители ВДУ-1202

по шестифазной схеме выпрямления с регулированием по первичной стороне трансформатора. Выпрямители обеспечивают высокий уровень стабилизации напряжения и тока, имеют дистанционное регулирование, простой переход с одного вида внешних характеристик на другой.

Технологические особенности сварки в среде защитных газов и их смесях.

Применение дуговой сварки в среде защитных газов благодаря ее технологическим и экономическим преимуществам все больше возрастает. Технологическими преимуществами являются относительная простота процесса сварки и возможность применения механизированной сварки в различных пространственных положениях. Незначительный объем шлаков позволяет получить высокое качество сварных швов.

Сварка в среде защитных газов применяется как для соединения различных сталей, так и цветных металлов

Для сварки в защитных газах кроме источника питания дуги требуются специальные приборы и оснастка (приспособления).

Сварка в защитных газах

это общее название разновидностей дуговой сварки, при которых через сопло горелки в зону горения дуги вдувается струя защитного газа. В качестве защитных газов применяют: аргон, гелий (инертные газы); углекислый газ, кислород, азот, водород (активные газы); смеси газов (Аг + С02 + 02; Аг + 02; Аг + С02 и др.). Смеси защитных газов должны удовлетворять требованиям ТУ 14-1-2079-77.

Аргонокислородную смесь (Аг + l-j-5 % 02) применяют при сварке малоуглеродистых и легированных сталей. В процессе сварки капельный перенос металла переходит в струйный, что позволяет увеличить производительность сварки и уменьшить разбрызгивание металла.

Смесь аргона с углекислым газом (Аг + 1(Н20% С02) также применяют при сварке малоуглеродистых и низколегированных сталей. На практике используются либо баллоны с готовой смесью газов, либо баллоны с каждым газом отдельно. В последнем случае расход каждого газа регулируется отдельным редуктором и измеряется ротаметром типа РС-3.

При сварке в среде защитных газов различают следующие основные способы: сварка постоянной дугой, импульсной дугой; плавящимся электродом и неплавящимся электродом.

Наиболее широко применяется сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродами.

Сварка неплавящимся электродом в защитных газах

это процесс, в котором в качестве источника теплоты применяется дуга, возбуждаемая между вольфрамовым или угольным (графитовым) электродом и изделием.

Сварка постоянным током прямой полярности позволяет получать максимальное проплавление свариваемого металла.

При сварке на постоянном токе применяются источники питания с крутопадающей вольтамперной характеристикой: ВДУ-506; ВДУ-505; ВДУ-601.

В комплект сварочной аппаратуры при сварке на постоянном токе входят сварочные горелки, устройства для первоначального возбуждения сварочной дуги, аппаратура управления сварочным циклом и газовой защиты. Для того, чтобы улучшить процесс зажигания дуги в среде защитных газов используют специальные устройства первоначального возбуждения дуги. Это связано с тем, что защитные газы, попадая в зону горения дуги, охлаждают дуговой промежуток и дуга плохо возбуждается. Наиболее широко применяются устройства следующих марок: ОСППЗ-ЗООМ; УПД-1;ВИР-101; ОСПЗ-2М.

При сварке в среде защитных газов на переменном токе применяют устройство для стабилизации горения дуги, например, стабилизатор-возбудитель дуги ВСД-02. Сварку можно выполнять как с присадочной проволокой, так и без присадки.

При сварке плавящимся электродом в защитных газах дуга образуется между концом непрерывно расплавляемой проволоки и изделием. Сварочная проволока подается в зону горения дуги подающим механизмом со скоростью, равной средней скорости ее плавления. Расплавленный металл электродной проволоки переходит в сварочную ванну и таким образом формируется сварной шов.

При этом способе сварки имеются некоторые преимущества:

Обеспечивается высокая производительность сварки представляется возможность производить сварку при повышенной плотности мощности, при этом обеспечивается более узкая зона термического влияния представляется возможность механизировать процесс сварки.

При сварке плавящимся электродом в среде защитных газов различают следующие две основные разновидности процесса: сварка короткой дугой и сварка длинной дугой.

Сварка короткой дугой является естественным импульсным процессом и осуществляется с постоянной скоростью подачи сварочной проволоки. Особенностью этого процесса являются возникающие замыкания дугового промежутка с частотой 150 -- 300 зам/с.

При сварке короткой дугой наблюдается мелкокапельный перенос электродного металла с частотой, равной частоте коротких замыканий. Это дает возможность производить сварку при меньших значениях сварочного тока, повысить стабилизацию процесса сварки и снизить потери металла на разбрызгивание.

Сварка длинной дугой это процесс с редкими замыканиями дугового промежутка (3 -- 10 зам/с). В зависимости от режима сварки, защитного газа и применяемых сварочных материалов наблюдаются различные способы переноса электродного металла в сварочную ванну: крупнокапельный, мелкокапельный, струйный и др. Определенным недостатком сварки плавящимся электродом в аргоне и смеси аргона с гелием является сложность поддержания струйного процесса переноса электродного металла. Для повышения стабильности сварки и улучшения формирования сварного шва к аргону добавляют до 5 % О2 или до 20 % С02.

Газы, применяемые при электрической сварке плавлением Для защиты дуги при электрической сварке плавлением применяют такие газы как аргон, гелий, углекислый газ, азот, водород, кислород и их смеси. Аргон и гелий являются одноатомными инертными газами. Они бесцветны, не имеют запаха. Аргон тяжелее воздуха, что обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТ 10157-79 и поставляется двух сортов в зависимости от процентного содержания аргона и его назначения. Аргон высшего качества предназначен для сварки ответственных изделий из цветных металлов. Аргон первого сорта предназначен для сварки сталей. Смеси аргона с другими газами в определенных отношениях поставляют по особым ТУ (техническим условиям).\Гелий значительно легче воздуха. ГОСТ 20461-75 предусматривает два сорта газообразного гелия: гелий высокой чистоты и гелий технический.

Углекислый газ в нормальных условиях представляет собой бесцветный газ с едва ощутимым запахом. Углекислый газ, предназначенный для сварки, должен соответствовать ГОСТ 8050-85, в зависимости от содержания он выпускается трех марок: сварочный, пищевой и технический. Летом в стандартные баллоны емкостью 40 дм3 (литров) заливается 25 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 12600 дм3 газа. Зимой заливается 30 дм3 (литров) углекислоты, при испарении которой образуется 15120 дм3 газа. Сварочную углекислоту не разрешается заливать в баллоны из-под пищевой и технической углекислоты.

Водород в чистом виде представляет собой газ в 14, 5 раза легче воздуха, не имеет запаха и цвета. ГОСТ 3022-80 предусматривает три марки технического водорода. Водород применяет только в смесях.

Кислород применяется как добавка к аргону или углекислому газу. ГОСТ 5583-78 предусматривает три сорта кислорода 1, 2-й и 3-ий.

В последние годы все большее применение находят смеси таких газов, как С02 (углекислый газ), Аг (аргон), 02 (кислород). При сварке в газовых смесях для точной дозировки газов применяют смесители. В настоящее время применяют смесители: УКП-1-71 для смеси (С02 + 02); АКУП-1 для смеси (Аг + С02 + 02); УКР-1-72 для смеси (С02 + 02). Перед смесителем устанавливают осушители для отделения паров или конденсата влаги.

При сварке под флюсом сварочная проволока и флюс одновременно подаются в зону горения дуги, под воздействием теплоты которой плавятся кромки основного металла, электродная проволока и часть флюса. Вокруг дуги образуется газовый пузырь, заполненный парами металла и материалов флюса. По мере перемещения дуги расплавленный флюс всплывает на поверхность сварочной ванны, образуя шлак. Расплавленный флюс защищает зону горения дуги от воздействия атмосферных газов и значительно улучшает качество металла шва. Сварка под слоем флюса применяется для соединения средних и больших толщин металла на полуавтоматах и автоматах.

Некоторые особенности сварки под слоем флюса и влияние параметров режима сварки на формирование сварного шва.

Сварку под слоем флюса производят электродной проволокой, которую подают в зону горения дуги специальным механизмом, называемым сварочной головкой автомата.

Металл сварочной проволоки расплавляется дугой и переносится каплями в сварочную ванну. В сварочной ванне металл сварочной проволоки смешивается с расплавленным основным металлом.

Токоподвод к проволоке осуществляется через мундштук, изготовляемый из меди или ее сплавов.

Малый вылет электрода, отсутствие покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить силу сварочного тока по сравнению с ручной сваркой электродами тех же диаметров. Это приводит к ускорению процесса плавления сварочной проволоки, увеличению глубины проплавления основного металла и, как следствие, значительному повышению производительности. Достаточно толстый слой флюса (до 60 мм), засыпаемый в зону сварки, расплавляется на 30%. Это делает дугу закрытой (невидимой) и обеспечивает надежную защиту расплавленного металла от окружающего воздуха, стабилизирует сварочный процесс. Существенным достоинством сварки под флюсом являются незначительные потери на угар металла и его разбрызгивание. Вследствие увеличения эффективной тепловой мощности дуги может быть расширен диапазон толщин деталей, свариваемых без скоса кромок.

Например, при обычных режимах сварки под флюсом деталей встык без скоса кромок, можно сваривать металл толщиной 15-20 мм. В этом случае увеличивается проплавление основного металла, и его доля в металле шва составляет 0,5-0,7. При этом значительно снижается расход электродной проволоки.

При сварке угловых швов увеличенная глубина провара обеспечивает большее сечение, чем это достигается при ручной сварке с одинаковым катетом шва.

Как отмечалось ранее, флюсы влияют на устойчивость горения дуги, формирование и химический состав металла шва. Флюсы в значительной мере определяют стойкость металла шва против образования пор и кристаллизационных трещин.

Требуемые механические свойства, структура металла шва и сварного соединения в целом обеспечиваются применением сочетания флюса и электродной проволоки.

Размеры и форма шва при сварке под флюсом характеризуются глубиной провара, шириной шва, высотой выпуклости и т.д. Закономерности изменения формы шва обусловлены главным образом режимом сварки и практически мало зависят от типа сварного соединения.

Параметры режима сварки под флюсом условно можно разбить на основные и дополнительные

К основным параметрам относят величину сварочного тока, его род и полярность, напряжение дуги, диаметр электродной проволоки и скорость сварки. При сварке под флюсом с постоянной скоростью подачи электродной проволоки часто вместо сварочного тока используют термин "скорость подачи электродной проволоки" . Чем выше скорость подачи электродной проволоки, тем больше должен быть сварочный ток, чтобы расплавить проволоку, подаваемую в сварочную ванну.

К дополнительным параметрам режима сварки под флюсом относят величину вылета электродной проволоки, состав и строение флюса, а также положение изделия и электрода при сварке.

Глубина провара и ширина шва зависят от всех параметров режима сварки. С увеличением силы тока глубина провара увеличивается. При сварке постоянным током обратной полярности глубина провара примерно на 40

50 % больше, чем при сварке постоянным током прямой полярности. При сварке переменным током глубина провара на 15-20 % ниже, чем при сварке постоянным током обратной полярности.

Уменьшение диаметра электродной проволоки приводит к увеличению глубины провара, так как увеличивается плотность тока. При этом ширина шва уменьшается. Из приведенных данных следует, что при автоматической сварке под флюсом для получения глубины провара 5 мм при диаметре электродной проволоки 2 мм требуется сварочный ток 350А, а при диаметре 5 мм-500А. На практике больше применяют малые диаметры электродной проволоки. Это позволяет применять меньшие значения сварочного тока в сочетании с высокой производительностью процесса сварки.\

Напряжение дуги при сварке под флюсом не оказывает существенного влияния на глубину провара. Увеличение напряжения дуги приводит к увеличению ширины шва. При этом снижается выпуклость шва, глубина проплавления остается почти постоянной. При необходимости увеличения толщины свариваемого металла для правильного формирования шва необходимо увеличивать силу сварочного тока и напряжение дуги. Влияние скорости сварки на глубину провара неоднозначно. При малых скоростях сварки 10-12 м/час глубина проплавления при прочих равных условиях минимальная. При увеличении скорости сварки ширина шва заметно сокращается, выпуклость шва несколько возрастает, глубина проплавления незначительно увеличивается. При увеличении скорости сварки до 70-80 м/час глубина проплавления и ширина шва уменьшаются, а при дальнейшем увеличении скорости сварки влияние различных факторов приводит к тому, что образуются краевые непровары зоны не-сплавления. Этот метод чаще применяется при двухдуговой сварке.

Наклон изделия по отношению к горизонтальной плоскости также оказывает влияние на формирование шва. При сварке на подъем увеличивается глубина провара и уменьшается ширина шва. Если угол подъема изделия при сварке под флюсом будет более 6 °, то по обе стороны шва могут образоваться подрезы. При сварке на спуск глубина провара уменьшается.

Аналогичный процесс формирования шва происходит при сварке с уменьшением насыпной массы флюса.

Зазор между деталями, разделка кромок и вид сварного соединения не оказывают значительного влияния на форму шва. Очертание провара и общая высота шва остаются практически постоянными. Чем больше зазор или разделка кромок, тем меньше доля основного металла в металле шва .

В зависимости от зазора или разделки кромок шов может быть выпуклым, нормальным или вогнутым. Наиболее существенное влияние на форму и качество шва влияет непосредственно зазор между деталями. При сварке вручную сварщик может сам выправить дефект сборки (заплавить увеличенный зазор) и обеспечить требуемую форму шва. При автоматической сварке это осуществить невозможно. Плохая сборка не обеспечит заданные зазоры и получение качественного шва.

Флюсы для дуговой и электрошлаковой сварки

Флюсы, применяемые при электрической сварке плавлением, обеспечивают надежную защиту зоны сварки от атмосферных газов, создают условия устойчивого горения дуги, обеспечивают хорошее формирование шва. Швы получаются плотными и несклонными к кристаллизационным трещинам. После остывания шва шлаковая корка легко удаляется. Флюсы обеспечивают наименьшее выделение пыли и газов вредных для здоровья сварщика.

Флюсы классифицируют по назначению, химическому составу, структуре, степени легирования шва, способу изготовления, зависимости вязкости шлака от температуры.

По назначению флюсы делят на три группы:

1) для сварки углеродистых и легированных сталей;

2) для сварки высоколегированных сталей;

3) для сварки цветных металлов и сплавов.

По химическому составу различают флюсы оксидные, солевые и солеоксидные (смешанные). Оксидные флюсы состоят из оксидов металлов и могут содержать до 10% фтористых соединений. Их применяют для сварки углеродистых и низколегированных сталей. Солевые флюсы состоят из фтористых и хлористых солей металлов и других не содержащих кислород химических соединений. Они используются для сварки активных металлов и электрошлакового переплава. Солеоксидные флюсы состоят из фторидов и оксидов металлов, применяются для сварки легированных сталей.

По химическим свойствам оксидные флюсы подразделяют на кислые и основные, а также нейтральные. К кислым относятся Si02 и ТЮ2; к основным CaO, MgO. Фториды и хлориды относятся к химически нейтральным соединениям. В зависимости от содержания Si02, различают высококремнистые, низкокремнистые и безкремнистые флюсы, а в зависимости от содержания МпО различают марганцевые и безмарганцевые флюсы. По степени легирования металла шва различают флюсы пассивные, т.е. не вступающие во взаимодействие с расплавленным металлом, активные слабо легирующие металл шва и сильно легирующие, к которым относится большинство керамических флюсов

По способу изготовления флюсы делят на плавленые и неплавленые (керамические).

По строению крупинок стекловидные, пемзовидные и цементированные.

По характеру зависимости вязкости шлаков от температуры различают флюсы, образующие шлаки с различными физическими свойствами. Флюсы, у которых вязкость шлаков с понижением температуры возрастает медленно, называют длинными, а флюсы, у которых вязкость шлаков при аналогичных условиях возрастает быстро короткими. Зависимость вязкости флюсов от температуры существенно влияет на качество формирования шва. Преимущественно находят применение флюсы с короткими шлаками (основные флюсы)

При сварке под флюсом состав флюса полностью определяет состав шлака и атмосферу дуги. Взаимодействие жидкого шлака с расплавленным металлом оказывает существенное влияние на химический состав, структуру и свойства наплавленного металла.

Применительно к углеродистым сталям качественный шов можно получить при следующем сочетании флюсов и сварочной проволоки:

1) плавленый марганцевый, высококремнистый флюс и низкоуглеродистая или марганцовистая сварочная проволока;

2) плавленый безмарганцевый, высококремнистый флюс и низкоуглеродистая марганцовистая сварочная проволока;