Металлы и материалы при восстановлении автомобильных деталей сваркой, наплавкой и напылением

К сварочным и наплавочным материалам относятся: сварочная, наплавочная, порошковая проволоки; электроды; присадочные прутки; покрытия (обмазки), флюсы, горючие, защитные, плазмообразующие газы; наплавочные порошки, смеси порошков и другие материалы.

Сварочная проволока предназначена для изготовления электродов для ручной дуговой сварки и наплавки металлических деталей и конструкций. В авторемонтном производстве малоуглеродистую сварочную проволоку иногда используют и при восстановлении деталей механизированными видами наплавки. ГОСТ 2246–70 предусматривает 75 марок сварочной проволоки.

В обозначении электродов в этой таблице цифра после буквы Э характеризует временное сопротивление разрыву металла шва, буква А в конце обозначения свидетельствует о повышенной пластичности и вязкости металла. Каждому типу электродов по ГОСТ 9467–75 в зависимости от состава покрытия может соответствовать несколько марок электродов.

Перечисленные сварочные и наплавочные проволоки и электроды применяются в основном при сварке и наплавке
стальных деталей. В общем случае детали из малоуглеродистых, углеродистых сталей свариваются хорошо, из среднеуглеродистых – удовлетворительно, из высокоуглеродистых – плохо. Однако из малоуглеродистых сталей изготовляются преимущественно тонколистовые детали кузовов, кабин, оперения, облицовок и т. п., которые, несмотря на малое содержание углерода, сваривать сложно из-за опасности прожога металла.

Сварка деталей из легированных сталей затруднена вследствие того, что легирующие элементы диффундируют в металл шва, вызывают образование тугоплавких окислов, остающихся в металле после остывания, могут приводить к частичной самозакалке остывающего металла, различной тепловой осадке металла шва и детали, к хрупкости металла в горячем состоянии и в результате всего этого – к возникновению значительных внутренних напряжений, деформаций и трещин.

Кроме того, при сварке обычно полностью или частично нарушается термическая обработка деталей, которую в условиях ремонтных предприятий не всегда возможно восстановить.

Для улучшения качества наплавленного металла применяют предварительный перед сваркой подогрев деталей, последующий их отжиг, специальные электроды и обмазки, выбирают оптимальные режимы наплавки.

Сварка и наплавка деталей из серого и модифицированного чугуна сопряжена с трудностями, которые вызываются образованием при сварке тугоплавких окислов железа (температура плавления 1350 – 1400 °С) и кремния (температура плавления 1600 °С), температура плавления которых значительно превышает температуру плавления чугуна (1200 °С), интенсивным отбелом расплавленного чугуна при его охлаждении на воздухе, хрупкостью чугуна.

Образующиеся тугоплавкие окислы засоряют сварочный шов или наплавленный металл, в результате отдела получается твердый трудно обрабатываемый шов, характеризующийся неоднородной структурой. Возникают внутренние напряжения в металле, которые могут вызвать деформации и трещины, в особенности у деталей сложной конфигурации с неравномерной толщиной стенок.

Особенно сложно сваривать детали из ковкого чугуна, свободный углерод которого при сварке, с одной стороны, выгорает, образуя поры и раковины в металле, с другой – переходит в связанное состояние, интенсивно отбеливаясь.

При сварке чугунных деталей применяют горячую (при подогреве деталей до 600 – 650 °С) газовую и холодную электродуговую сварку. Для растворения тугоплавких окислов при газовой сварке применяют специальные флюсы, при дуговой – многокомпонентные обмазки электродов. В качестве присадочного материала при горячей газовой сварке используют чугунные прутки марок ПЧ1, ПЧ2 и др.

При холодной электродуговой сварке чугунных деталей применяют специальные электроды: стальные, на медной или никелевой основе; во всех случаях – со специальными сложными покрытиями (обмазками). Для уменьшения отбела при сварке деталей из чугуна с пластинчатым, шаровидным графитом или иковкого чугуна применяют также так называемую сварку-пайку присадочными прутками из цветных сравнительно легкоплавких сплавов, при использовании которых основной металл детали (чугун) не нагревается до температуры плавления.

Несмотря на трудности, сварку деталей из алюминиевых сплавов осуществляют по АРП различными способами.

Преимущественное распространение в последние годы получила сварка алюминиевых деталей в среде аргона, применяется также сварка электродами со специальной обмазкой и газовая сварка с использованием специальных флюсов. Во всех случаях в качестве электродов или присадочных прутков используют алюминиевую сварочную проволоку по ГОСТ 7871–75 по возможности наиболее близкую по химическому составу к материалу основной детали.

При восстановлении автомобильных деталей механизированными видами наращивания наибольшее применение нашли механизированная электродуговая наплавка под флюсом, вибродуговая наплавка, дуговая наплавка в среде углекислого газа, а в последнее время также широкослойная наплавка с использованием ферромагнитной шихты, газотермическое и плазменное напыление (металлизация).

В качестве наплавочных материалов при механизированных видах наплавки наиболее широко используют наплавочную проволоку (ГОСТ 10543–82), пружинную высокоуглеродистую проволоку (ГОСТ 9389–75), сварочную проволоку (ГОСТ 2246–70), порошковую проволоку, порошки и смеси порошков. Наиболее распространенный диаметр используемых наплавочных проволок 1,2 – 1,8 мм.

Плавленые флюсы получают сплавлением исходных материалов преимущественно в электропечах. В их состав входят шлакозащитные элементы, стабилизирующие горение дуги, и другие элементы. Они имеют малую гигроскопичность, хорошую однородность, высокие технологические свойства, отличаются дешевизной. Поэтому они преимущественно применяются при восстановлении автомобильных деталей.

Керамические флюсы получают смешением отдельных составляющих на жидком стекле. В них можно вводить ферросплавы и легирующие элементы в широких пределах, в чем и заключается их преимущество. Однако они дороги и неоднородны по химическому составу.

Для удаления влаги флюсы перед употреблением рекомендуется прокаливать. Если при наплавке под слоем флюса легирование наплавленного металла может осуществляться по-разному за счет применения легированной проволоки, использования специальных флюсов и того и другого одновременно, то при вибродуговой наплавке легирование возможно только через проволоку.

Зато при последнем способе благодаря подаче в зону сплавления охлаждающей жидкости и прерывистости процесса представляется возможным получать твердый и износостойкий слой непосредственно после наплавки обычной углеродистой проволокой без термической обработки восстанавливаемых деталей.

Термическое влияние в глубину детали здесь меньшее, чем при других наплавочных процессах, что позволяет применять вибронаплавку для восстановления стальных деталей малого диаметра, а также поверхностей чугунных деталей, в том числе выполненных из ковкого чугуна. При отключении охлаждающей-жидкости этим способом можно восстанавливать наружные резьбовые поверхности деталей.

Наплавка в среде углекислого газа нашла широкое применение при сварке тонколистовых деталей, а также наплавке наружных гладких и резьбовых стальных поверхностей. При восстановлении деталей этим способом применяются проволоки, в состав которых входит кремний, марганец или хром.

Указанные металлы являются восстановителями и связывают атомарный кислород, образующийся в результате распада углекислого газа под влиянием высоких сварочных температур, чем предотвращают окисление наплавленного металла.

В последние годы в автомобилестроении и авторемонтном производстве для получения поверхностей, отличающихся высо2кой твердостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, стали применять специальные легированные, часто тугоплавкие материалы и сплавы.

Эти материалы и сплавы используются в виде прутков, порошков, смесей порошков, специальной шихты, порошковой проволоки, наносятся и оплавляются газопламенным и индукционным методами, плазменной металлизацией или наплавкой.