При восстановлении стальных деталей большей частью применяют электросварку. Газовую используют в основном при сварке стальных деталей с малой толщиной стенок (кабины строительных машин, тонкостенные трубы, нефтетара).

Для получения доброкачественного сварного соединения или наплавленного слоя заданного качества при электросварке первостепенное значение имеют правильный выбор электрода и соблюдение технологии сварки. Выбор электрода зависит от характера устраняемого дефекта, марки стали, из которой изготовлена деталь, и требований к наплавленному слою.

При заварке трещин или поломок обычно применяют сварочные электроды. По ГОСТу они подразделяются на ряд типов от Э-34 до Э-145.

К каждому типу может относиться несколько марок электродов. Наконец, к типу Э-42 относятся электроды марок ОЗЦ-1, ОММ-5, к типу Э-42 — электроды ЦМ-8, УОНИ-13/45П, ОЗС-3; к типу Э-46 — электроды ОЗС-4, АНО-3, АНО-4; к типу Э-50А — электрод УОНИ-13/55 и др. Эти типы электродов применяют для сварки мало- и среднеуглеродистых сталей.

Стержни всех электродов изготовлены из проволоки Св-08 диаметром 1,6…12 мм. Электроды разных типов и марок отличаются друг от друга покрытием (обмазкой). Электроды с меловой обмазкой, состоящей из 70… 80 % молотого мела и 20…30 % жидкого стекла, относятся к типу Э-34. Меловая обмазка является только стабилизирующей, т. е. способствующей устойчивому горению дуги. Остальные типы и марки электродов имеют качественную обмазку. Эта обмазка, кроме стабилизирующих, содержит защитные, шлако- и газообразук> щие, а иногда раскисляющие и легирующие элемента.

Автоматическую и полуавтоматическую сварку среднеуглеродистых сталей выполняют на минимально допустимом токе прямой полярности проволоками Св-08А или Св-08ГА под флюсом, АН-348А или ОСЦ-45.

Сварка деталей из малоуглеродистых сталей (с со-держанием углерода до 0,2%) не встречает трудностей, так как эти стали мало чувствительны к перегреву и почти не закаливаются. Углеродистые и легированные стали со средним и высоким содержанием углерода свариваются труднее. Это объясняется менее высокой температурой плавления крупнозернистой структуры и закалкой сварного шва при быстром его охлаждении. Вследствие этого возникающие внутренние напряжения могут привести к деформации (короблению) детали или даже к образованию трещин. Избежать появления трещин и уменьшить коробление можно различными способами. Наилучшие результаты дает предварительный подогрев детали перед сваркой с последующим медленным охлаждением. Температура нагрева зависит от вида термообработки детали при ее изготовлении, но не должна превышать 700 °С.

Рекомендуется перед сваркой подогревать и массивные детали для получения глубокого провара и предупреждения большого отвода тепла от места сварки в глубь детали.

Таким образом, правильный выбор сварки определяется маркой стали ремонтируемой детали, необходимостью последующей термической и механической обработки ее поверхностей, формой детали и характером дефекта.

При газовой сварке для заварки трещин, разрывов, приварки накладок на стальных деталях и сварки металлоконструкций применяют сварочную проволоку Св-08, Св-08А. В последнее время все шире применяют сварочные проволоки с повышенным содержанием марганца и кремния, например проволоку Св-08ГС, Св-082С, Св-12ГС, а также легированные сварочные проволоки, например Св-18ХГСА, Св-18ХМА, Св-10ХГ2С и др.

Диаметр электрода при сварке выбирают в зависимости от толщины свариваемого металла. При сварке вертикальных швов применяют электроды диаметром не более 5…6 мм, а при потолочной сварке — не более 4 мм. Величина тока устанавливается в зависимости от диаметра электрода. При сварке вертикальных и потолочных швов величина сварочного тока принимается на 10…20 % меньше, чем при сварке в нижнем положении.

Поверхность металла у линии сварки или наплавляемая поверхность должна быть зачищена до металлического блеска. При заварке трещины концы ее должны быть засверлены сверлом диамером 3…4 мм. При толщине стенки свариваемой детали или листов (полос) до 4 мм и сварке встык или заварке трещины разделку кромок не проводят. При толщине стенок 4…8 мм кромки разделывают либо проводят сверху без разделки, но с обеих сторон.

При сварке тонколистовой стали (толщиной до 3 мм) рекомендуется применять электроды МТ, ОМА-2 и маломощные источники питания с пониженным рабочим напряжением — сварочные трансформаторы СТАН-0, ТС-120, ТСП-1, преобразователи ПСО-120.

Сварку массивных деталей ведут на переменном токе либо на постоянном прямой полярности, выбирая соответствующую марку электрода, так как на «плюсе» температура на 500…600°С выше, чем на «минусе». Сварку тонкостенных деталей ведут на токе обратной полярности.

Ручную дуговую сварку низколегированных сталей выполняют электродами Э-42А и Э-50А, а автоматическую и полуавтоматическую — электродными проволоками Св-08ГА, Св-10Г2 и др. под флюсами АН-348А, ОСЦ-45, АН-60. Сварные соединения из высокоуглеродистых сталей должны обладать высокой пластичностью, а также в зависимости от назначения высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью и другими качествами. Такие стали сваривают малоуглеродистой проволокой под высоколегированным керамическим флюсом при автоматической или полуавтоматический сварке, неплавящимся вольфрамовым электродом при ручной аргонодуговой сварке либо электродами УОНИ-13/НЖ, УТ-15, УЛ-11 и др. со стержнем из аустенитной стали.

В последнее время в ремонтной практике применяют контактно-стыковую сварку, которая позволяет заменять отдельные изношенные части машин новыми при ремонте валов и осей, листов рессор, сваривать фасонные профили колена, звенья цепей, трубы и ряд других работ.

Сущность этого вида сварки состоит в том, что в местах стыка свариваемых деталей электрический ток, встречая большое сопротивление, нагревает торцовые поверхности деталей до температуры плавления металла, при этом под действием сжимающего усилия происходит их сварка.

Для сварки применяют специальные стыковые машины, обеспечивающие сварку деталей сечением 100… 6000 мм2 при плотности тока в процессе сплавления 3… 15 А/мм2.

Сварка чугунных деталей связана со значительными трудностями — чугун обладает ограниченной свариваемостью. При быстром охлаждении шва происходит изменение структуры чугуна, что придает ему высокую твердость и хрупкость. Кроме того, из-за неравномерного нагрева, охлаждения детали и различных коэффициентов усадки материалов детали и шва возникают значительные внутренние напряжения — причина образования новых трещин в процессе сварки и после нее. Вследствие выгорания углерода и кремния образуется большое количество газов и различных шлаковых соединений, которые не успевают выйти из расплавленного металла: шов получается пористым и загрязненным неметаллическими включениями.

Подготовка чугунных деталей к сварке начинается с выявления дефектных участков и границ трещин. Концы трещин засверливают сверлом диаметром 4…5 мм, поверхность металла вокруг трещин зачищают до блеска.

Сварка чугунных деталей может производиться как электродуговой, так и газовой сваркой. При этом сварка может вестить с полным подогревом всей детали (горячая сварка), с местным подогревом и без предварительного подогрева (холодная сварка).

Горячая сварка чугунных деталей обеспечивает наилучшее качество сварного соединения. Подогрев детали перед сваркой является ответственной операцией, от правильного выполнения которой зависит качество сварки. Подогрев должен производиться так, чтобы обеспечивалось равномерное расширение детали во всех направлениях. При этом способе сварки деталь нагревают в печи до температуры 650…700 °С. Рекомендуется двухстадийный нагрев, например для блоков, головок цилиндров и других крупных деталей, сначала до 400 °С за 1 ч и 400…650°С за 30 мин.

Сварка может производиться только в тот период, пока деталь имеет температуру не ниже 500 °С. Для защиты от быстрого и неравномерного охлаждения деталь после нагрева помещают в термос, имеющий двойные стенки из листовой стали, футерованной асбестом. В термосе сделаны люки, чтобы заваривать типичные для данной детали дефекты. После сварки детали отжигают при температуре 600…650°С, выдерживая ее при этой температуре 10…12 мин и охлаждают вместе с печью или в специальных термосах в течение 1,5…2 ч.

Газовую сварку чугуна ведут нейтральным пламенем с небольшим избытком ацетилена. В качестве присадочного материала используют чугунные прутки типа П, изношенные поршневые кольца из серого чугуна. В качестве флюса может применяться техническая бура (желательно прокаленная) или смесь, состоящая из 50 % буры, 47 % двууглекислого натрия и 3 % окиси кремния. Для сварки чугуна чугунными прутками промышленность выпускает флюсы марок ФСЧ-1 и ФСЧ-2. Флюс вносится в сварочную ванну путем погружения в него конца присадочного прутка или непосредственно на свариваемый участок после оплавления основного металла.

Горячая сварка чугуна позволяет получить прочный и плотный шов. Этим способом можно восстанавливать блоки, головки цилиндров и т. п. Факторами, сдерживающими применение этого способа, являются сложность применяемого оборудования, значительное коробление деталей, небольшая производительность и высокая стоимость восстановления детали.

Холодная сварка чугунных деталей производится без предварительного подогрева, поэтому при этом способе сварки должны применяться такие приемы, электроды и присадочные материалы, которые снижали бы до минимума возможность отбела чугуна, закалки сварного шва и появления внутренних напряжений в детали.

При холодной газовой сварке чугун в месте заварки расплавляют горелкой медленно, чтобы графит успел раствориться. В то же время нельзя перегревать металл, поэтому выбирают горелку с меньшие! расходом ацетилена, чем при сварке стали; расстояние между деталью и конусом пламени устанавливают в пределах 20… 30 мм.

Холодную элекросварку чугуна ведут на постоянном токе электродами малого диаметра (3…4 мм) для уменьшения нагрева, применяя обратную полярность. При этом независимо от типа применяемого электрода необходимо соблюдать порядок наложения швов, приведенный на рис. 1 (последовательность наложения швов показана римскими цифрами).

Сварку можно вести чугунными прутками или электродами, стальными электродами (электросварка), комбинированными пучковыми электродами, монелевыми (сплав меди с никелем) прутками или электродами, латунью или специальными припоями (сварка — пайка газовым пламенем).

Рис. 1. Порядок наложения швов при заварке трещин небольшой протяженности, не выходящих на край детали (а) и выходящих (б)

Рис. 2. Порядок наложения валиков при заварке трещин в толстостенных чугунных деталях
а —обварка кромок (валики 1…4 и 9…12) и наложение отжигающих валиков (5…8 и 13…16); б — наложение соединительных валиков (17…24)

Сварка чугунными прутками или электродами применяется при заварке таких участков, где имеется возможность свободного расширения и сокращения детали при нагревании и охлаждении, например при приварке отломанной части фланца, лап кронштейнов и т. п. При этом пользуются прутками марок ВЧ, НЧ-1, НЧ-2, а для повышения износостойкости — прутками марок БЧ и ХС. Можно применять также изношенные поршневые кольца. Флюсы используются те же, что и при горячей сварке.

Электросварка чугунными прутками, покрытыми обмазкой, дает возможность получать наплавленный слой в виде чугуна. Для этого в состав обмазки вводят угле-родсодержащие и графитообразующие компоненты, способные осуществить графитизацию металла шва в условиях кратковременного существования .сварочной ванны. Часто применяют обмазки следующего состава: графит (40%), ферросилиций (40…45 ), алюминиевый порошок (10 %), углекислый барий (5…10), графит и мел.

Сварка электродами из малоуглеродистой стали получила широкое распространение. Для получения хорошего качества сварного шва и уменьшения трещинооб-разования применяют специальные способы сварки, например сварку наложением отжигающих валиков. При этом способе обычно используют электроды из проволоки Св-08 с меловой обмазкой или электроды марки УОНИ-13/55. Последовательность наложения валиков следующая: первый валик, накладываемый на чугун, вследствие перемешивания электродного материала с основным представляет собой сталь с содержанием углерода 0,6…0,8 %. Наложение на первые валики вторых отжигающих валиков обусловливает отжиг нижележащих слоев и приводит к получению относительно мягкого шва.

Во время заварки трещин в тонкостенной чугунной детали вначале обваривают концы трещин. Затем вразброс на участках длиной 40…50 мм с промежуточным охлаждением вдоль трещины направляют подготовительные валики, после чего наносят соединительные валики, которые одновременно являются отжигающими. Можно вначале нанести на подготовительные валики отжигающие, а потом уже соединительные. После нанесения каждого валика рекомендуется его проковать в нагретом состоянии легкими ударами молотка.

При сварке толстостенных чугунных изделий шов перед сваркой разделяют так, чтобы ширина разделки в верхней части в 2…3 раза превышала толщину свариваемой детали (рис. 2). В этом случае важно, чтобы отжигающий валик накладывался на подготовительный, а не на чугун.

Способ сварки с нанесением отжигающих валиков применяют при восстановлении блоков двигателей, картеров, коробок передач, корпусов задних мостов и т.д. Этот способ позволяет получить шов, поддающийся механической обработке при сравнительно высокой прочности и плотности.

Для сварки чугуна выпускаются специальные стальные электроды ЦЧ-Ч и железоникелевые ЦЧ-ЗА. Этими электродами можно проводить сварку одним швом без отжигающих валиков обратноступенчатым способом.

Сварка с установкой упрочняющих штифтов и скоб стальными электродами применяется для получения большой прочности (90…100% прочности основного металла), например приварка лап к корпусу заднего моста, приварка отломанных проушин к переднему брусу рамы и т. п. В зависимости от толщины детали после ее подготовки устанавливают штифты или скобы. Обваривают их в два слоя: первый шов — подготовительный, второй — отжигающий. Дальнейшую и окончательную сварку проводят способом отжигающих валиков.

Для получения плотного соединения при сварке чугуна используют также комбинированные медножелезные электроды, содержащие 80…90 % меди и 10…20% железа. Такие электроды выпускаются под марками 034-1 (медный стержень с обмазкой УОНИ-13/55, в которую добавлен железный порошок), АНЧ-1 (проволока из нержавеющей стали с медной оболочкой и защитным покрытием) и т. п. Комбинированные электроды можно изготовить самостоятельно, надевая на стальной стержень медную трубку, обматывая медный стержень полоской листового железа и т.д. После изготовления на электрод наносят стабилизирующее (меловое) или защитное покрытие (обмазку УОНИ-13). Сварку рекомендуется проводить на постоянном токе обратной полярности. Разделку кромок трещины выполняют под углом 80…90°С. После нанесения каждого валика рекомендуется его проковать.

Прочность шва, полученного при сварке комбинированным электродом, меньше, чем при сварке стальными или чугунными электродами. Поэтому этот вид сварки применяют для восстановления герметичности, плотности в таких деталях, где не предъявляется высоких требований к прочности. Использование дефицитного материала — меди — и выделение при сварке ядовитых паров является недостатком данного способа.

Вместо комбинированных электродов можно использовать пучок электродов, состоящий из стального электрода УОНИ-13/55, одной медной и одной латунной проволоки.

Сварка — пайка латунью или специальными припоями проводится газовым пламенем. При толщине деталей до 25 мм делают скос кромок под углом 80…900, при большей толщине следует проводить ступенчатую разделку. Желательно, чтобы поверхность кромок была шероховатой, для чего ее насекают зубилом. Из поверхностного слоя кромок графит рекомендуется выжечь, применяя газовое пламя с избытком кислорода.

В качестве присадочного материала при пайке применяют латунь. Кромки трещины нагревают до температуры плавления латуни (880 — 900 °С), посыпают флюсом (ФПСН-1, ФПСН-2), обслуживают припоем (проволоки Л-62, ЛОК-59-1-03 и др.), а затем заплавляют шов. Во время пайки нельзя допускать расплавления чугуна. При пайке чугуна латунью получают плотный шов, но прочность соединения невелика (не более 50…60 % прочности основного металла). Область применения этого способа сварки та же, что и при использовании комбинированных электродов.

Сварка чугуна монель-металлом (медно-никелевый сплав: медь 30 °/о> никель 65 , марганец 1,5…2 % и железо З…3,5) дает хорошие результаты. Сварку можно вести как газовым пламенем, так и электрической дугой. При электросварке применяются электроды, состоящие из монелевого стержня с обмазкой УОНИ-13/55 (электроды МНЧ-1). Электросварку ведут на постоянном токе при обратной полярности короткими участками, вразброс, с промежуточным охлаждением и проковкой каждого валика. Монель-металл удовлетворительно сплавляется с чугуном, отбеливание чугуна не происходит. Плотность сварного соединения вполне удовлетворительная, а прочность шва несколько пониженная. Недостаток — сравнительно дорогой и дефицитный монель-металл.

Ковкий чугун плохо поддается газовой сварке. Поэтому электродуговую сварку ковкого чугуна обычно ведут медно-железными электродами или стальными электродами ЦЧ-4 на постоянном токе обратной полярности.

Сварка деталей из алюминия и его сплавов затруднена, так как алюминий плохо сплавляется с присадочным металлом из-за образования тугоплавкой окисной пленки А1203, которая плавится при температуре 2050 °С, в то время как температура плавления алюминия 658 °С, а кипения 1800 °С. Для сплавления алюминия с присадочным металлом необходимо разрушить и снять окисную пленку, что достигается введением в сварочную ванну флюсов АТИ-1, АН-А1, АН-А4. Пленка может быть удалена и механическим путем.

В качестве присадочного материала применяют алюминий с добавкой 5…6 % кремния или металл, однородный со свариваемым. Деталь, подлежащую сварке, очищают от грязи и масла, а место сварки зачищают стальной щеткой до металлического блеска. Затем ее подогревают до 250…300°С (чтобы избежать коробления), и на кромки трещин насыпают слой флюса (при газовой сварке). Присадочный материал также рекомендуется подогреть. При электродуговой сварке флюс в виде обмазки толщиной 0,5… 1 мм наносят на электродные прутки.

Для сварки чистого алюминия выпускаются электроды марки ОЗА-1, а для сварки сплавов алюминия — ОЗА-2. Электросварку алюминия следует проводить на постоянном токе обратной полярности короткой дугой без перерыва. Силу тока выбирают в зависимости от диаметра электрода.

После сварки детали из алюминия и его сплавов следует медленно охладить. Во избежание разъедания металла шва остатками флюса и шлака шов тщательно промывают горячей или подкисленной водой и зачищают стальными щетками.

На ремонтных предприятиях применяют также газовую сварку алюминия без флюса. Окисную пленку разрушают и удаляют стальными скребками в процессе подогрева и расплавления металла детали. Чтобы избежать проплавления («проваливания») металла при заварке трещин в пустотелых деталях, их набивают песком. Отверстия, через которые может высыпаться песок, замазывают глиной. Для восстановления головок блока применяют горячую сварку (нагрев до 300… 400°С). Перед заваркой отверстий под свечи головку цилиндров устанавливают на подставку с пробками, а внутрь отверстий кладут кусочки присадочного материала. Крупные пробоины сначала заливают расплавленным алюминием, а после этого обваривают по линии сплавления. Затем детали медленно охлаждают, удаляют из них песок и глину, промывают в горячей воде и, если необходимо, обрабатывают и испытывают на герметичность.

Электросварку алюминия и его сплавов можно проводить без флюса, предотвратив образование окисной пленки. Для этого сварку ведут в среде защитного газа—аргона (аргонодуговая сварка). Присадку (алюминиевые прутки) вводят в дугу, которая горит между деталью и неплавящимся вольфрамовым электродом. Сварку можно вести как на постоянном, так и на переменном токе.

Сварка деталей из меди и медных сплавов. Для соединения деталей из меди применяют ручную дуговую сварку угольными или графитовыми электродами с присадочными прутками из меди МГ или из фосфоритной меди в сочетании с флюсами, содержащими плавленую

буру-Латуни и бронзы сваривают угольными электродами с использованием присадочного металла или электродами с покрытием, содержащим соединения бора. Присадочные прутки и стержни электродов по своему составу должны быть близки к свариваемому металлу.