ОЦЕНКА СПОСОБОВ ЗАВАРКИ ТРЕЩИН, ОБЛОМОВ У ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА

На промышленных, в том числе и авторемонтных предприятиях страны, детали из алюминиевых сплавов ча­ще всего сваривают аргоно-дуговым способом. Реже используются газовая сварка с применением флюсов и элект­родуговая электродом ОЗА-2.

Распространение получили ручная сварка неплавящимся электродом, а также полуавтоматическая и автома­тическая плавящимися электродами. Работникам, связанным со сваркой, важно знать преимущества и недо­статки этих способов, уметь выбрать рациональный при ремонте деталей.

Для предварительного сопоставле­ния этих способов технологические возможности их оценивали 12 показа­телями. Рассмотренные по­казатели оценивали по 5-балльной си­стеме экспертным путем.

Как видно из предварительного со­поставления, большими технологиче­скими преимуществами обладают по­луавтоматический и автоматический способы аргоно-дуговой сварки пла­вящимся электродом. Применение последнего наиболее эффективно при массовом производстве на АРП с се­рийным характером производства.

Перспективен и полуавтоматический способ аргоно-дуговой сварки. Это не исключает применения на АРП ручной аргоно-дуговой сварки не­плавящимся электродом, как наиболее универсального и незаменимого спосо­ба, позволяющего устранять повреж­дения деталей определенной номен­клатуры.

Опыт различных отраслей промыш­ленности показал, что применение полуавтоматической сварки деталей из алюминиевого сплава на АРП, по сравнению с ручной сваркой, позволя­ет увеличить производительность сва­рочных работ в 6 раз, уменьшить тру­доемкость этих работ в 3 раза, а под­готовительных вдвое, снизить расход аргона в 2 раза и присадочной про­волоки в 4—9 раз.

Для полуавтоматической сварки де­талей из литого алюминиевого сплава целесообразнее использовать полу­автоматы типа ПРМ-4, ПРМ-5, рабо­тающие с источниками питания ВС-500, ВС-300, ИПП-300, ПСГ-500, а также ПДГИ-ЗОЗУ4 конструкции ВНИИЭСО, выпускаемого Симферо­польским электротехническим заво­дом, с импульсным источником пита­ния ВДГИ-301. Для сварки деталей из литых алюминиевых сплавов лучше всего подходит проволока типа АК, в первую очередь СВ-АК-5, которую вы­пускает отечественная промышлен­ность.

В связи с перспективностью широ­кого внедрения полуавтоматической аргоно-дуговой сварки плавящимся электродом на АРП были проведены соответствующие исследования 1. Цель их — установить экспериментальным путем возможность и целесообраз­ность применения полуавтоматиче­ской аргоно-дуговой сварки плавя­щимся электродом для устранения различных повреждений деталей авто­мобильных двигателей из алюминие­вого сплава АЛ-4, разработать опти­мальные режимы, обеспечивающие максимальную производительность процесса, высокое качество сварочно­го соединения (прочность, герметич­ность и минимальные остаточные де­формации изделия).

dhdhudhndhnydhdhndh174 Общий вид образца под сварку и для за­мера деформации: а — общий вид; б — тип разделки под руч­ную сварку; в — тип разделки под авто­матическую сварку; г — измерительные от­верстия для определения остаточных де­формаций и внутренних напряжений

Исследования проведены на образ­цах из литого сплава АЛ-4 размерами 200×100х10 мм (см. рисунок) и на натуральных деталях двигателя ЗМЗ-53 (картер сцепления.)

Сборка образцов с зазором 0,5 мм проводилась в специальном кондук­торе. У обоих свариваемых пластин с двух сторон на расстоянии 15 мм от края выполнялись Х-образные раздел­ки для сборки образца с помощью ручной аргоно-дуговой сварки.

Результаты экспериментов по полу­автоматической сварке плавящимся электродом образцов и деталей из сплава АЛ-4 сопоставлялись с данны­ми, полученными при ручной их свар­ке. Полуавтоматическая сварка вы­полнялась на полуавтомате ПРМ-4 от источника питания ВС-500 проволо­кой СВ-АК-5 диаметром 1,2—2 мм. Ручная сварка производилась горел­кой РК-7 на установке УДГ-501 прут­ками из сплава АЛ-4. Образцы под ручную сварку собирались с углом разделки 90°, а под полуавтоматиче­скую— с углом разделки 60° и без разделки. Сварка производилась в нижнем положении.

Сварные соединения контролирова­ли механическими испытаниями образ­цов МИ-18 по ГОСТ 6995—54 на раз­рыв, металлографическим исследова­нием шлифов, химическим анализом электродного и основного металла, осмотром швов, проверкой плотности металла швов (испытанием кероси­ном), определением деформаций, воз­никающих при сварке образцов и де­талей.

Продольные и поперечные дефор­мации определены измерением базо­вых расстояний между измерительны­ми отверстиями на поверхности образца до и после сварки (см. рису­нок). Измерения проводились деформатором ДП-25 конструкции кафедры сварки Киевского политехнического института. Остаточные деформации после сварки различными методами определены и на натурных деталях. Для этого у картеров сцепления дви­гателя ЗМЗ-53, поступивших в ре­монт, были замерены отверстия диа­метром 116 мм, центрирующие картер коробки передач, после чего детали подвергались сварке — полуавтома­тической и ручной — в местах крепле­ния картера к раме автомобиля. Пов­торные замеры этого отверстия поз­волили выявить влияние вида сварки на остаточные деформации детали.

При решении задачи оптимизации режима полуавтоматической сварки в качестве определяющих факторов бы­ли выбраны ток, напряжение, скорость сварки и расход защитного газа (ар­гона).

Как показали исследования, ста­бильный процесс полуавтоматической сварки плавящимся электродом с хо­рошими технологическими характе­ристиками можно получить только в определенном диапазоне величин си­лы тока, которые зависят от диамет­ра присадочной проволоки. Сила тока регулируется изменением скорости подачи проволоки и напря­жением дуги и является основным фактором, определяющим размеры шва и производительность процесса. Установлено, что при заварке трещин в алюминиевой детали для полного провара необходимо, чтобы усиление шва, т. е. высота валика над поверх­ностью находилась в пределах 2— 2,5 мм. Наилучшее формирование шва и газовая защита достигаются при нак­лоне горелки к вертикали под углом 20° по направлению сварки. Вылет проволоки должен быть не менее 10 мм. При сварке проволоками диамет­ром 1,4 и 1,6 мм наилучшие резуль­таты достигаются при вылете 13— 18 мм.

С повышением напряжения увели­чивается ширина шва, одновременно возрастает излучение дуги и повыша­ется ее чувствительность к магнитно­му дутью. Для сплава АЛ-4 это на­ступает при 27 В. Понижение напря­жения ухудшает формирование шва. Диапазон величин напряжений, в ко­тором происходит хорошее формиро­вание валика для проволоки каждого диаметра, строго ограничен и не пре­вышает 3—5 В.

Расход защитного газа, обеспечи­вающий хорошее формирование шва при полуавтоматической сварке, на­ходится в пределах 10—15 л/мин.

Установлено, что металл толщиной до 5 мм следует сваривать без попе­речных колебаний, а большей толщи­ны — с колебаниями, позволяющими улучшить формирование шва.

Испытания плотности шва кероси­ном позволили исключить режимы, не обеспечивающие полную герметич­ность, и значительно уменьшить (до 20—30 А) диапазон режимов по току для проволоки каждого диа­метра.

Испытания на прочность сварных соединений, заваренных на режимах, обеспечивающих герметичность, пока­зали, что все они разрушаются по ос­новному металлу сплава АЛ-4. Вре­менное сопротивление на разрыв (ми­нимальное и максимальное) составля­ет соответственно 14,3 и 18,4 кгс/мм2.

Исследование влияния режимов и способа сварки на остаточные дефор­мации показали, что большие их зна­чения наблюдаются при ручной свар­ке и меньших величинах скорости процесса. Так, при сварке образцов толщиной 6 мм поперечные и продоль­ные деформации составляют 0,94 и 0,05 мм (ручная сварка), 0,70 и 0,02 мм (полуавтоматическая сварка). При повышении скорости полуавтоматиче­ской сварки с 20 до 30 м/ч попереч­ные деформации снижаются с 0,70 до 0,48 мм, а продольные с 0,02 до 0,01 мм.

Влияние вида сварки на деформа­ции было исследовано также на кар­тере сцепления двигателя ЗМЗ-53. Для этого полуавтоматической и руч­ной сваркой у картеров сцепления, поступивших в ремонт, заменяли из­ношенные места крепления к раме ав­томобиля. При этом контролировали изменение размера диаметра отвер­стия (116 мм) до и после сварки. Как видно из данных табл., при полуав­томатической заварке изношенных мест крепления указанное отверстие практически не изменяет размеры. В то же время при устранении указан­ного дефекта ручной сваркой отвер­стие диаметром 116 мм значительно деформируется: по оси X уменьшает­ся в среднем на 0,46 мм, а по оси У увеличивается на 0,033 мм.

Определена также возможность и целесообразность применения полуав­томатической сварки для устранения точечных дефектов типа коррозии и для заплавки отверстий под устано­вочные штифты в деталях из алюми­ниевого сплава. Для этого в пласти­нах толщиной 10 мм искусственно бы­ли подготовлены для заварки отвер­стия диаметром от 2 до 22 мм различной глубины. Эксперименты по­казали, что полуавтоматическая свар­ка пригодна для устранения дефек­тов как типа единичных углублений (коррозия), так и сквозных отверстий различного диаметра до 20 мм.

Таблица Остаточные деформации картера сцепления двигателя ЗМЗ-53 при устранении дефектов различными способами сварки

Наименование способа сварки

Размеры и остаточные деформации отверстия, центрирующего коробку передач

Размеры отверстия, мм

Остаточная деформация, мм

До сварки

После сварки

по оси X

по оси Y

по оси X

по оси у

по оси X

по оси Y

Полуавтоматическая

аргонно-дуговая сварка

плавящейся электродной проволокой АК — 5 Q 1,6 мм

1

115,90

1 16,35

115,90

116,35

0

0

2

116,25

116, 20

1 16, 20

116, 20

0, 05

0

3

116, 19

116,20

1 16, 10

116,40

0

0

Ручная аргонно-дуговая сварка неплавящимся вольфрамовым электро­дом с присадкой

1

116,70

116,60

116, 13

116,65

— 0, 57

0, 05

2

116,35

116,30

116, 00

116,31

— 0,35

0, 01

3

11 6, -43

116,40

1 15,97

116,44

— 0,46

0,04

Учитывая результаты исследований и производственный опыт по заварке деталей из алюминиевого сплава, можно сделать следующие

выводы.

Полуавтоматическая аргонно-дуго­вая сварка плавящимся электродом по сравнению с ручной обладает боль­шей производительностью (в 4— 5,5 раз) и вызывает значительно меньшие остаточные деформации деталей.

Полуавтоматическую сварку дета­лей из алюминиевого сплава в среде аргона плавящимся электродом целе­сообразно применять для устранения трещин, обломов, коррозии, заплавки отверстий до 20 мм, наплавки отвер­стий больших размеров при вращении детали. При этом детали, подлежа­щие заварке, должны быть очищены до полного устранения загрязнений.

Для внедрения полуавтоматической аргонно-дуговой сварки плавящимся электродом при ремонте деталей из алюминиевого сплава необходимо рас­полагать полуавтоматом ПРМ-4 с ис­точником питания ВС-500 или полуав­томатом ПДГИ-303 У4 с импульсным источником питания ВДГИ-301.

Устранение дефектов у деталей толщиной 6—8 мм из алюминиевого сплава полуавтоматической аргонно-дуговой сваркой плавящимся элект­родом с использованием полуавтома­та ПРМ-4 целесообразно производить на следующих режимах:

для проволоки диаметром 1,4 мм: Г/с =21,3 В, /с = 140—170 A, Vc = = 30 м/ч, Лр=12 л/мин, вылет элект­рода 13—18 мм;

для проволоки диаметром 1,6 мм: ?/с=24,1 В, /с = 220—240 A, Vc = = 25 м/ч, Лр=12 л/мин, вылет элект­рода 13—28 мм.

Рациональные режимы полуавтома­тической сварки-наплавки деталей из алюминиевого сплава на полуавтома­те ПДГИ-ЗОЗУ4 приведены в табл. 4.

В настоящее время специализиро­ванный участок по восстановлению де­талей двигателя ЗИЛ-130 из алюми­ниевого сплава полуавтоматической аргонно-дуговой сваркой плавящимся электродом создан и успешно работа­ет на 3-м Киевском авторемонтном заводе. Этот же метод внедрен на Го­ловном предприятии 4-го Горловского ПО «Авторемонт» для восстановления поврежденного отверстия диаметром 116 мм в картере сцепления, центри­рующего коробку передач автомобиля ГАЗ-53.