Методы восстановления изделий из чугуна при ремонте горно-шахтного оборудования

© Е.Г. Домнина, Н.В. Павлов, B.C. Воронцов, 2012

Е.Г. Домнина, Н.В. Павлов, В.С. Воронцов

МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ЧУГУНА ПРИ РЕМОНТЕ ГОРНО-ШАХТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Рассмотрено широкое применение чугуна как конструкционного материала, применяемого в горнодобывающей промышленности. Так же рассмотрены основные методы восстановления изделий из чугуна, в частности речь идет об электродуговой, полуавтоматической и газовой сварке. Ключевые слова: сварка, чугун, восстановление, промышленность.

Чугун получил широкое распространение как конструкционный материал в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности в связи с рядом преимуществ перед многими материалами, среди которых основные — невысокая стоимость и хорошие литейные свойства. Изделия, изготовленные из него, имеют достаточно высокую прочность и износостойкость при работе на трение и характеризуются меньшей, чем сталь, чувствительностью к концентраторам напряжений.

Наряду с перечисленными преимуществами изделия из чугуна хорошо обрабатываются режущим инструментом. Последнее, вместе с хорошими литейными свойствами позволяет оценить чугун как весьма технологичный материал.

Но, как и любой материал, чугун подвержен разрушениям, на сегодняшний день известны три основных способа восстановления изделий из чугуна:

• электродуговая сварка;

• полуавтоматическая сварка;

• газовая сварка.

Одним из наиболее прогрессивных способов устранения повреждений в чугунных деталях является полуавтоматическая сварка. При данном способе сварки используется как самозащитная проволока, так и сварка в смеси защитных газов [1].

Однако сварка чугуна в смеси защитных газов не находит широкого применения в связи с тем фактом, что процесс недостаточно изучен а основная часть исследований была направлена на другие классы сталей.

В связи с этим актуальным становится вопрос о возможности получения качественного сварного соединения при помощи полуавтоматической сварки в защитных газовых смесях.

Исследованию влияния защитной газовой среды на процесс сварки посвящено большое количество работ: Асниса А.Е., Гутмана Л.М., Новикова О.М., Островского О.М., По-тапьевского А.Г., Радько Э.П., Иванова Е.Н., Воропай Н.М., Иванова Н.С. и др.

Основное деление газов и газовых семей осуществляется:

• активные газы и смеси на их основе;

• инертные газы и смеси на их основе.

Активные газы и смеси на их основе.

Основой смеси активных газов чаще всего является углекислый газ. В качестве дополнительных компонентов используется кислород, в отдельных случаях вводят также азот и водород.

Смесь активных газов и кислорода была предложена X. Секигучи и И. Масумото [2] и нашла широкое применение для сварки углеродистых и низколегированных сталей.

Азот при сварке находит ограниченное применение. Его используют в качестве защитной среды при сварке меди, по отношению к которой азот является практически инертным газом.

Для сварки конструкций, работающих в условиях низких температур, в защитный газ предлагают вводить небольшое количество азота, а в электродную проволоку — нитридообра-зующие элементы, такие как алюминий, титан и др. [3]. Образующийся при сварке нитриды измельчают структуру и повышают вязкость металла шва на низкоуглеродистых и низколегированных сталях повышенной прочности.

Использование водорода в качестве защитной среды нашло применение при атомно-водородной сварке. Сварка плавящимся электродом в атмосфере водорода характеризуется низкой устойчивостью дуги и плохим формированием шва, а также образованием большого количества пор. В работе [4] предложен процесс дуговой сварки конструкционных сталей в углекислом газе с добавкой более 0,1 % водорода с порошковой проволокой, имеющих поверхность, загрязненную маслом, ржавчиной, краской и т.п. без образования дефектов.

Кислород является активным окислителем, что приводит соответственно к повышению окислительной способности газовой среды, за счет уменьшение сил поверхностного натяжения, росту объема и средней массы капель [5].

Применение механизированной сварки в смеси газов СО2+О2 приводит к более стойким швам без образования кристаллизационных трещин, чем швы, сваренные в чистом СО2 [6,7].

Определение оптимального состава смеси СО2+О2 проведенные в работе [8], показали, что наилучшее формирование шва достигается при составе газовой смеси 70 %СО2+ 30 %О2, что способствует активизации процесса дегазации металла при кристаллизации шва, а следовательно, снижению пористости [9], также повышается стойкость швов против трещин. Таким образом, состав смеси 70—80 %СО2+30— 20 %О2 был принят за оптимальный по формированию и внешнему виду шва, а также по сопротивляемости против образования горячих трещин.

Проводимые исследования о влияние вылета электродной проволоки на режим сварки в смеси газов 70 %СО2+30 %О2 показали что зависимость тока от вылета имеет нелинейный характер. Четырех кратное увеличение вылета снижает сварочный ток на 30—40 %. При увеличении вылета от 20 до 80 мм напряжение на дуге практически остается неизменным [10].

Инертные газы и смеси на их основе.

Из инертных газов при сварке наиболее широкое применение получили аргон и гелий.

Аргон не оказывает отрицательного влияния на стабильность горения дуги, так как имеет относительно низкий потенциал ионизации — 15,75 эВ. Металлургически он инертен к расплавленному металлу капли и ванны. Высокая плотность аргона (1,784 кг/м3) обеспечивает хороший защитный экран над сварочной ванной.

Гелий (Не) — значительно легче воздуха и в 10 раз легче аргона. Поэтому при сварке требуется повышенный расход его по сравнению с аргоном. Потенциал ионизации равен 24,58 эВ, плотность 0,178 кг/м3.

Исходя из практического опыта применения защитных газовых смесей, определился их ряд наиболее часто применяемых [11,12].

1. Газовая смесь К-2 (РигезЫеЫ Р3). Это наиболее универсальная из всех смесей для углеродисто-конструкционных сталей. Состоит из 82 % аргона и 18 % двуокиси углерода. Подходит практически для всех типов материалов.

2. Газовая смесь К-3.1 (АгдозЫеЫ 5). Эта смесь состоит из 92 % аргона, 6 % двуокиси углерода, 2 % кислорода. Разработана для листовых и узких профильных (сортовых) сталей. Лает устойчивую дугу с низким уровнем разбрызгивания, небольшим усилением и плоским гладким профилем сварного шва. Смесь превосходна для глубокого провара и идеально подходит для сварки листового металла.

3. Газовая смесь К-3.2 (АгдозЫеЫ ТС). Это смесь 86 % аргона, 12 % двуокиси углерода, 2 % кислорода. Лает устойчивую дугу с широкой зоной нагрева и хорошим проваром профиля, подходит для глубокого провара, сварки коротких швов и для наплавки. Может использоваться для сварки во всех положениях. Идеально подходит для ручной, автоматической и сварки с применением робота-автомата.

4. Газовая смесь К-3.3 (АгдозЫеЫ 20). Это смесь 78 % аргона, 20 % двуокиси углерода, 2 % кислорода. Специально разработана для глубокого провара широкого ассортимента профилей. Смесь хорошо подходит для наплавки и сварки толстых прокатных (сортовых) сталей.

5. Газовая смесь НП-1 (НеНзЫеЫ Н1). Это смесь 85 % гелия, 13,5 % аргона, 1,5 % двуокиси углерода. Ланная смесь дает великолепные чистые швы с гладким профилем и незначительное, либо не дает совсем, окисление поверхности. Идеально подходит для тонких материалов, где высокая скорость прохода дает низкий уровень деформации (искривления) металла.

6. Газовая смесь НП-2 (НеНзЫеЫ Н7). Это смесь 55 % гелия, 43 % аргона, 2 % двуокиси углерода. Придает низкий уровень сварочному армированию и обеспечивает высокую скорость сварки. Смесь хорошо подходит для автоматической сварки и для применения роботов-автоматов с использованием широкого спектра толщин свариваемых материалов.

7. Газовая смесь НП-3 (НеНзЫеЫ Н101). Это смесь 38 % гелия, 60 % аргона, 2 % двуокиси углерода. Придает стабильность дуге, что обеспечивает низкий уровень разбрызгивания и снижает вероятность появления дефектов шва. Газо-

вая смесь НП-3 рекомендуется для сварки материалов толщиной свыше 9 мм.

В различных работах оценено влияние газовых смесей на основе аргона.

В работе [13] были проведены исследования о влиянии смеси защитных газов Аг+20 %СО2 при механизированной сварке в сравнении со сваркой в СО2. В результате чего были сделаны выводы, использование данной защитной смеси позволяет обеспечить лучшее формирование шва и меньшую величину разбрызгивания электродного металла.

В работе [14] использовалось смесь газов Аг+20 %СО2 в совокупности с использованием импульсно-дуговой сварки, позволившая обеспечить возможность плавного регулирования частоты, длительности и амплитуды импульсов сварочного тока. Что привело к хорошему формирование швов при уровне потерь электродного металла на разбрызгивание порядка 1,5—2,0 % и высокие показатели механические свойства металла швов.

В работе [15] установлено, что циклическая долговечность стыковых, тавровых, угловых видов сварных соединений выполненных механизированной сваркой в смеси газов на основе аргона, в 1,8...3,92 раза больше, чем у соединений, сваренных в углекислом газе.

В работе [16] предложено использовать защитную газовую смесь 70 %Аг+5 %02+25 %С02 при сварке вертикальных швов. Это позволило улучшить стабильность процесса, значительно уменьшить разбрызгивание электродного металла при одновременном обеспечение высоких механических свойств и снижению содержания кислорода.

В работе [17] использовалось наряду с защитным газом 85 %Аг+15 %СО2 активирующие флюсы. В результате проведенных исследований, применение активатора в этом случае позволяет увеличивать глубину проплавления почти в 1,6 раза, по сравнению со сваркой в углекислом газе и смеси 85 %Аг+15 %СО2, и в 1,8 раза, по сравнению со сваркой в аргоне без активатора. При этом изменяется также форма сварного шва. Пальцеобразное проплавление, характерное для сварки в чистом аргоне, под действием активатора становится клинообразным.

Сравнение технологических возможностей сварки в аргоне с активатором и углекислом газе без активатора показало, что при однопроходной сварке с полным проплавлением металла одинаковой толщины в первом случае погонная энергия ц/у примерно в 2,6 раза меньше, чем во втором.

Находит применение и смесь Аг+2...14 %02, используемая при сварке алюминия плавящимся электродом [10], за счет чего увеличивается глубина проплавления и существенно уменьшается пористость швов. Также находит ограниченное применение добавка водорода в смеси с аргоном для сварки аустенит-ных сталей и цветных металлов [18].

В результате проведенных исследований на основе обзора литературных данных можно сделать вывод о перспективности получения качественного сварного соединения чугунных изделий при помощи полуавтоматической сваркой в среде защитных газов.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пацкевич И.Р., Палаш В.Н., Башур М. Влияние состава смеси С02+02 на формирование шва при сварке чугуна стальной проволокой// Автоматическая сварка. 1976. № 11. С. 29 — 31.

2. Пат.1260 (Япон.). Метод дуговой сварки в защитном газе / масумото Исао, Секигучи Харудзиро. — Опубл. 11.03.1959.

3. Пат. 3258842 (США). Gas-shielded arc welding method / Morita Sa-dayoshi, Nishi Takeshi, Kukuno Tsuguro. — Опубл. 05.07.66.

4. Пат. 52 — 100339 (Япон.). Процесс дуговой сварки в защитном газе / Мацумото Масаси, Ивата Тесио. — Опубл. 23.08.77.

5. Слуцкая Т.М., Аснис А.Е., Тюрин А.Я. Влияние атмосферы дуги на перенос электродного металла // Автоматическая сварка. 1974. № 10. С. 71 — 72.

6. Покладий В.Р., Яровой Л.Я., Федоренко А.В., Новиков В.П., Редько Г.В. Опыт промышленного применения сварки в смеси углекислого газа и кислорода // Автоматическая сварка. 1972. № 10. С. 1 — 4.

7. Аснис А.Е., Гутман Л.М., Покладий В.Р., Иванков Н.Д. Повышение стойкости швов против пор и трещин при сварке в смеси углекислого газа и кислорода // Автоматическая сварка. 1972. № 10. С. 1 — 4.

8 .Федько В. Т., Шматченко В. С. Влияние компонентов газовой среды на теплофизические свойства сварочной дуги // Сварочное производство. 2001. № 8. С. 27—32.

9. Аснис А.Е., Гутман Л.М., Покладий В.Р. Сварка в смеси активных газов. — Киев: Наукова думка, 1982. — 216 с.

10. Покладий B.P. Влияние вылета электродной проволоки на режим сварки в смеси углекислого газа и кислорода // Автоматическая сварка. 1972. № S. C. б — 9.

11. Cваpка в защитных газовых смесях — Проспект ОАО Завод УРАЛ-ТЕХГАЗ, 2004. — 8с

12. Походня И. К. барочные материалы: состояние и тенденции развития // Cварочное производство. 2003. № б. C. Б3 — Б8.

13. Kаpасев M.B., PабoтинскийД.Н., Головин C.B., Ладыжанский А.П., Павленко r.B., Poзеpт P., Drahtug Stein, Зинченко A.B. Влияние режима механизированной сварки в смесях газов на служебные свойства наплавленного металла // Cварщик в России. — 2007. — №б. — С3Б — 40.

14. Pимский С.Т. Свецинский B.r., Шейко П.П., Павшук B.M., Жеpнo-секов A.M. Импульснодуговая сварка низколегированных сталей плавящимся электродом в смеси аргона с углекислым газом // Автоматическая сварка. 1993. № 2. C. 38 — 41.

1Б. Цыган Б.Г. ^противление усталости сварных узлов кузова пассажирского вагона, выполненных сваркой в CО2 и Ar+CO2 // Автоматическая сварка. 1998. № 10. C. 42 — 4б.

16. Лебедев Б.Ф., Загpебенюк С.Д., Свецинский С.Д., Pимский С. Т., Гинзбуpг Г.М. Cварка вертикальных швов с принудительным формированием на стали 10XCHÄ в газовых смесях на основе аргона // Автоматическая сварка. 198Б. № 10. C. Б8 — б1.

17. Патон Б.Е., Савицкий М.М. и дp. Применение активных флюсов и активных газов для повышения эффективной дуговой и плазменной сварки.// Автоматическая сварка. 2003. №Б. с.3—б.

18. Survey of shielding gases for MIG welding. — Doc. IIW XII — B — 170—74 (XII — 590 — 74). ШШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Домнина Елена Геннадьевна — старший преподаватель, DE_3011@mail.ru, Павлов Николай Викторович — старший преподаватель, Pavlin123@mail.ru, Воронцов Владимир Сергеевич — студент,

Юргинский технологический институт (филиал) Национальный исследовательский Томский политехнический университет.