Тема 7 – Ремонт деталей сваркой

1 Общие сведения

Ремонт деталей и узлов вагонов сваркой должен производиться, как правило, в закрытых помещениях при температуре не ниже + 5 ºC. В виде исключения допускается сварка на открытом воздухе при низких температурах при соблюдении дополнительных условий.

Сварку применяют для:

– заварки трещин и других дефектов в допустимых для этого местах деталей и конструкций вагонов;

– вварка вырубленных участков;

– нахлесточного приваривания элементов для усиления участков;

– повторная сварка соединений, разъединенных в процессе эксплуатации вагона.

Для ремонта применяют следующие виды сварки:

– ручная дуговая сварка осуществляется с помощью электродов;

– механизированная дуговая сварка осуществляется с помощью сварочной проволоки сплошного сечения или порошковой проволокой в среде углекислого газа.

Ремонт сваркой следует производить, по возможности, в нижнем положении. В вертикальном, горизонтальном и потолочном положении допускается сварка покрытыми электродами диаметром не более 4,0 мм, и сварка в защитных газах проволокой диаметром не более 1,4 мм на токе обратной полярности. При этом сварочный ток должен быть на 15-20 % меньше, чем при сварке в нижнем положении. Сварку следует выполнять предельно короткой дугой.

Заварку трещин в сварных швах следует выполнять до полного заполнения разделки. Излишек наплавленного металла должен быть удалён зачисткой механическим способом до заданной поверхности шва. Начало и окончание сварки на основном металле не допускается.

Заварку трещин в сварных швах и основном металле при глубине разделки более 5 мм производят не менее чем в два слоя. После наложения каждого валика следует производить зачистку шва от шлака и брызг. Кратеры должны быть выведены на металл шва и тщательно заварены. При сварке в несколько проходов кратеры не должны быть сосредоточены в одном месте.

При заварке сквозной трещины или излома детали первый слой рекомендуется выполнять электродом диаметром 3,0 мм, последующие слои – электродами диаметром 4,0 или 5,0 мм.

Для обеспечения полного проплавления по толщине детали заварку сквозных трещин и изломов следует по возможности производить на съемной подкладке с последующей расчисткой корня от шлака и натёков металла и наложением подварочного шва. В местах, допускаемых нормативной документацией на ремонт, рекомендуется сварка на остающейся подкладке.

Места заварки сквозных трещин и изломов, в которых подварка корня или установка остающейся подкладки невозможна, подлежат усилению накладками.

Усиливающие накладки должны быть изготовлены из сталей класса прочности не ниже предусмотренного конструкторской документацией на ремонтируемую деталь. Толщина односторонней накладки должна быть 0,8-1,0 толщины детали, двусторонней – не менее 0,5 толщины. При приварке двухсторонних накладок необходимо, чтобы противоположные швы были смещены относительно друг друга не менее чем на 30 мм. Накладки могут быть плоскими, угловыми или повторять профиль восстанавливаемого сваркой элемента.

Накладка должна перекрывать заваренную трещину не менее чем на 50 мм в каждую сторону.

Поверхность сварных швов перед установкой накладок следует зачистить до уровня основного металла. Зазоры в нахлесточных соединениях не должны превышать значений, допустимых по ГОСТ 5264, ГОСТ 14771.

Накладки должны быть приварены по контуру сплошным угловым швом с катетом, равным 0,7-0,8 толщины накладки. Допускается комбинация приварки по контуру с дуговой точечной сваркой.

Места механического и коррозионного износов конструкций из углеродистых и низколегированных сталей восстанавливают наплавкой.

Заварку трещин литых деталей производят с предварительным подогревом до следующих температур:

– от 200 °С до 250 °С – для стали марок 15Л, 20Л, 25Л, 20ФЛ, 20ГЛ, 20Г1ФЛ по ГОСТ 977;

– от 250 °С до 300 °С – для стали марок 32Х06Л, 30ГСЛ, 30Л, 35Л по ГОСТ 977.

Места заварки трещин необходимо зачистить до уровня поверхности основного металла.

2 Ручная дуговая сварка

Ручная дуговая сварка при восстановлении и заварке трещин на детаях вагонов выполняется плавящимся электродом. При сварке плавящимся электродом (рисунок 1) дуга горит между ним и изделием. Формирование металла шва осуществляется за счет материала электрода и расплавления основного металла в зоне действия дуги. При сварке неплавящимся электродом для формирования металла шва в зону дуги извне подается присадочный материал.

Наибольшее применение нашла сварка плавящимся электродом, так как ее можно применять во всех пространственных положениях, сваривая черные, цветные металлы и различные сплавы. При этом используются электроды диаметром 1-12 мм. Однако основной объем работ выполняется электродами диаметром 3-6 мм.

Электроды классифицируются по материалу, из которого они изготовлены, по назначению, по виду покрытия, по свойствам металла шва, по допустимым пространственным положениям сварки или наплавки, по роду и полярности тока.

При ручной дуговой сварке (наплавке) к параметрам режима сварки относятся сила сварочного тока, напряжение, скорость перемещения электрода вдоль шва (скорость сварки), род тока, полярность и др.

Диаметр электрода выбирается в зависимости от толщины свариваемого металла, типа сварного соединения и положения шва в пространстве.

При выборе диаметра электрода для сварки можно использовать следующие ориентировочные данные:

Толщина листа, мм	1-2	3	4-5	6-10	10-15	> 15
Диаметр электрода, мм	1,6-2,0	2,0-3,0	3,0-4,0	4,0-5,0	5,0	> 5,0

В многослойных стыковых швах первый слой выполняют электродом 3-4 мм, последующие слои выполняют электродами большего диаметра.

Сварку в вертикальном положении проводят с применением электродов диаметром не более 4 мм. Потолочные швы выполняют электродами диаметром до 4 мм.

Сила сварочного тока, А, рассчитывается по формуле:

где К – коэффициент, равный 25-60 А/мм; d_Э – диаметр электрода, мм.

Коэффициент К в зависимости от диаметра электрода d_Э принимается равным по следующей таблице:

dЭ, мм	1-2	3-4	5-6
К , А/мм	25-30	30-45	45-60

Силу сварочного тока, рассчитанную по этой формуле, следует откорректировать с учетом толщины свариваемых элементов, типа соединения и положения шва в пространстве.

Если толщина металла S ≥ 3d_Э, то значение I_СВ следует увеличить на 10-15 %. Если же S ≤ 1,5d_Э, то сварочный ток уменьшают на 10-15 %. При сварке угловых швов значение тока должно быть повышено на 10-15 %. При сварке в вертикальном или потолочном положении значение сварочного тока должно быть уменьшено на 10-15 %.

Для большинства марок электродов, используемых при сварке углеродистых и легированных конструкционных сталей, напряжение дуги U_Д = 22-28 В.

3 Сварка под флюсом

Диаметр электродной проволоки желательно выбирать таким, чтобы он обеспечил максимальную производительность сварки (наплавки) при требуемой глубине проплавления.

Зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока (флюс АН-348А) следующая:

Сила сварочного тока, А	180-300	300-400	500-600	600-700	700-850
Напряжение дуги, В	32-34	34-36	36-40	38-40	40-42

Наплавку рекомендуется выполнять на постоянном токе обратной полярности. Вылет электродной проволоки принимается 30-60 мм, при этом более высокие его значения соответствуют большему диаметру проволоки и силе тока.

Толщина слоя флюса зависит от силы сварочного тока:

Сила сварочного тока, А	200-400	400-800	800-1200
Толщина слоя флюса, мм	25-35	35-45	45-60

При сварке под флюсом F_B – площадь поперечного сечения одного валика, см², укладываемого за один проход можно принять равной 0,3 ÷ 0,6 см².

При сварке под флюсом (рисунок 2) дуга горит между сварочной проволокой 1 и свариваемым изделием 5 под слоем гранулированного флюса 4. Ролики 2 специального механизма падают в электродную проволоку в зону дуги 6.

Сварочный ток (переменный или постоянный прямой или обратной полярности) подводится к проволоке с помощью скользящего контакта 3, а к изделию – постоянным контактом. Сварочная дуга горит в газовом пузыре, который образуется в результате плавления флюса и металла.

Кроме того, расплавленный металл защищен от внешней среды слоем расплавленного флюса 8. По мере удаления дуги от зоны сварки расплавленный флюс застывает и образует шлаковую корку 10, которая впоследствии легко отделяется от поверхности шва.

Флюс засыпается впереди дуги из бункера. Нерасплавленный флюс после сварки, просеивают и используют повторно. Расплавленные электродный и основной металлы 7 в сварочной ванне перемешиваются и при кристаллизации образуют сварной шов 9.

4 Сварка деталей в среде защитных газов

При сварке и наплавке в среде защитных газов в зону горения дуги под небольшим давлением подается газ, который вытесняет воздух из этой зоны и защищает сварочную ванну от кислорода и азота воздуха.

В зависимости от применяемого газа сварка разделяется на сварку в активных (СО₂, Н₂, О₂, и др.) и инертных (He, Ar, Ar+He и др.) газах. Сварку (наплавку) можно осуществлять как плавящимся, так и неплавящимся электродами.

Наибольшее распространение при восстановлении деталей подвижного состава получили сварка и наплавка в среде углекислого газа (СО₂) – сварка плавящимся электродом (проволокой) с защитой сварочной ванны от воздуха углекислым газом. Такой способ является самым дешевым при сварке углеродистых и низколегированных сталей. Поэтому по объему производства он занимает одно из первых мест среди механизированных способов сварки плавлением.

При сварке (наплавке) в среде углекислого газа (рисунок 3) из сопла горелки 2, охватывающей поступающую в зону горения дуги электродную проволоку 4, вытекает струя защитного газа 6, оттесняет воздух из сварочной ванны.

В основу выбора диаметра электродной проволоки положены те же принципы, что и при выборе диаметра электрода при ручной дуговой сварке:

Толщина листа, мм	1-2	3-6	6-24 и более
Диаметр электродной проволоки dЭ, мм	0,8-1,0	1,2-1,6	2,0

Расчет сварочного тока, А, при сварке проволокой сплошного сечения в среде защитных газов производится по формуле:

где а – плотность тока в электродной проволоке, А/мм² (при сварке в СО₂ а = 110 ÷ 130 А/мм²; d_Э – диаметр электродной проволоки, мм.

Механизированные способы сварки позволяют применять значительно большие плотности тока по сравнению с ручной сваркой. Это объясняется меньшей длиной вылета электрода.

Напряжение дуги и расход углекислого газа выбираются в зависимости от силы сварочного тока по таблице:

Сила сварочного тока, А	50-60	90-100	150-160	220-240	280-300	360-380
Напряжение дуги, В	17-28	19-20	21-22	25-27	28-30	30-32
Расход СО2, л/мин	8-10	8-10	9-10	15-16	15-16	18-20

При сварочном токе 200-50 А длина дуги должна быть в пределах 1,5-4,0 мм. Вылет электродной проволоки составляет 8-15 мм (уменьшается с повышением сварочного тока).

5 Газопламенная сварка

В качестве горючего газа могут быть использованы ацетилен, МАФ, пропан, бутан, блаугаз, водород, керосин, бензин, бензол и их смеси. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, расплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны. Присадочный материал необходим для формирования сварного шва. Пламя может быть окислительным, «нейтральным» или восстановительным (науглероживающим), это регулируется соотношением кислорода и горючего газа. Схема газопламенной сварки представлена на рисунке 4.

6 Выбор сварочных материалов

Для ремонта всех литых деталей (тележки, автосцепки, корпуса букс, клин и др.), рам и кузовов сваркой должны применяться следующие сварочные материалы:

– электроды типа Э50А (марок УОНИ 13/55, ОЗС-5 и др.);

– проволока марки Св-08Г2С диаметром 1,2-1,6 мм и двуокись углерода;

– порошковые проволоки с защитой в углекислом газе, обеспечивающие механические свойства металла шва на уровне электродов типа Э50А.

Для ремонта сварных конструкций из сталей марок Ст3сп, Ст15, Ст20 могут использоваться, кроме вышеуказанных материалов, электроды типов Э42А.

При ремонте котлов цистерн рекомендуется применять следующие сварочные материалы:

– электроды типов Э42А, Э50А (для углеродистых сталей марок Ст3сп, Ст15, Ст20);

– типа Э50А (для низколегированных сталей, например, 09Г2С);

– электроды марок ОЗЛ-6, ОЗЛ-7, ОЗЛ-8, ОЗЛ-14, ОЗЛ-36, ЗИО-3, ЗИО-8, ЦЛ-11, ЦТ-15, ЭА-395/9, ЭА-400/10У (для высоколегированных сталей, используемых для перевозки химически опасных продуктов);

– электроды марок ОЗА-1, ОЗА-2 (для алюминиевых цистерн);

– сварочная проволока марок: Св-08Г2С (для углеродистых и низколегированных сталей);

– Св-05Х20Н9ФБС, Св-08Х20Н9СБТЮ, Св-06Х20Н11М3ТБ, Св-08Х20Н9Г7Т (для высоколегированных сталей);

– Св-А5 (для алюминия).

При ремонте кузовов вагонов:

– электроды типов Э42А, Э50А или проволока марки Св-08Г2С диаметром 1,2-1,6 мм и двуокись углерода (для углеродистых сталей марок Ст3);

– типа Э50А (для низколегированных сталей, например, 09Г2С);

– для высоколегированных сталей – электроды марки ОЗЛ-7, ЦЛ-11, ЦТ-15.

Материал, из которого изготовлены конструкции кузова вагона, зависит от вида перевозимого груза и должен обязательно определяться перед ремонтом сваркой.

Хранение электродов вблизи рабочих мест должно осуществляться только в специальных сушильных шкафах, а на рабочих местах – в утепленных пеналах.

7 Сварочные работы при низких температурах

При выполнении сварочных работ при низких температурах необходимо придерживаться дополнительных условий:

– непосредственно перед сваркой детали должны быть очищены от льда и снега, а также защищены от попадания влаги;

– править узлы и детали вагонов можно только с предварительным подогревом участка правки до температуры 200-250 °С. Сварку необходимо выполнять непосредственно после устранения дефекта;

– сварка электродами с фтористо-кальциевым покрытием должна выполняться на постоянном токе обратной полярности предельно короткой дугой на максимальных паспортных режимах;

– прихватки должны выполняться двумя валиками, накладываемыми один на другой в виде двухслойного шва. Второй валик служит в качестве отжигающего и должен быть на 15-20 мм короче и на 3-6 мм уже первого и не выходить на основной металл.

При выполнении сварочных работ при низких температурах необходимо придерживаться дополнительных условий:

– сварщик и место сварки по возможности должны быть защищены от ветра и осадков;

– непосредственно у рабочего места рекомендуется располагать устройства для обогрева рук;

– для работы при температуре ниже минус 30 °С сварщикам целесообразно под основной костюм спецодежды поддевать жилет с искусственным подогревом;

– периоды работы на открытом воздухе должны чередоваться с периодами отдыха сварщиков в отапливаемом помещении.