Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Техническими условиями на отливки установлено количество и размер допускаемых в них дефектов. Если же качество отливки не отвечает требованиям чертежа и технических условий, то ее бракуют. Для уменьшения потерь от брака дефектные отливки в ряде случаев исправляют путем заварки, пропитки, рихтовки и т.п.; исправленные участки подвергают повторному 100 %-ному контролю.
Заваркой устраняют большинство дефектов в отливках; раковины, рыхлоту, незаливы и трещины. Заварку литейных дефектов отливок из сплавов систем Al—Mg и Al-Zn-Mg производят только аргоно-дуговой сваркой. Перед заваркой отливки очищают от грязи, дефектные участки разделывают под заварку: рыхлоты, включения, трещины вырубают до здорового материала. При разделке дефектного места на внутренней поверхности его не должно быть резких переходов и глубоких зарубок. Стенки отливки в местах разделки дефекта должны быть скошены под углом 30—40° к вертикали для обеспечения свободного доступа наконечника сварочной горелки ко всей поверхности разделанного под заварку дефекта.
Заварку дефектного места нужно начинать с оплавления его поверхности сварочной горелкой без применения присадочного материала. Если на всей оплавленной поверхности образуется чистая и гладкая ванна расплавленного металла, можно продолжать заварку дефекта с применением присадочного материала. В случае обнаружения на оплавленной поверхности рыхлот и засоров необходимо произвести повторную, более глубокую разделку дефектного места механической обработкой.
Заполнение дефектов с большим объемом заварки (более 5 см3) производится в 2—3 приема с перерывами для остывания предыдущего слоя наплавленного металла до 40—50° С. При многослойной наплавке каждый предыдущий слой должен быть зачищен металлической щеткой. Сквозные дефекты отливок следует заваривать с двух сторон.
Для скоростной разделки пороков под заварку рекомендуется применять высокочастотную заточную машину модели НТ-347 конструкции завода «Станколит». Работа машины основана на применении электрического двигателя низкого (безопасного для жизни) напряжения высокой частоты. В качестве привода используется стандартный электродвигатель типа АП-43, статор которого запрессован в алюминиевый корпус машины. Ротор машины имеет короткозащитную обмотку. По сравнению с применяемыми пневматическими машинами типа УШР-2 производительность высокочастотной заточной машины выше в два раза. Основные характеристики заточной машины модели НТ-347 приведены ниже:
Качество заварки в значительной степени зависит от режима сварки. При малой силе тока, недостаточной подаче аргона и длинной дуге в структуре излома после подварки наблюдается повышенное количество окисных пленок, которые препятствуют хорошему сплавлению кромок дефектного места с присадочным материалом. Во избежание образования трещин и коробления из-за термических напряжений, возникающих при заварке, отливки перед заваркой подвергают общему подогреву при 300—350° С в камерных электропечах с перепадом температуры не более ±10° С. Аргоно-дуговой способ заварки алюминиевых отливок осуществляют переменным током; для защиты дуги и зоны заварки используют аргон марок А и Б (ГОСТ 10157—62).
Технологические режимы заварки (сила сварочного тока, расход аргона, число слоев заварки) выбирают в каждом конкретном случае в зависимости от размеров дефекта, диаметров применяемого вольфрамового электрода и присадочного прутка. Обычно сила сварочного тока составляет 25—40 А на 1 мм диаметра электрода; расход аргона составляет 5—12 л/мин.
Заварку дефектов производят специальными горелками с помощью неплавящегося вольфрамового электрода (диаметром 2—6 мм) и присадочных прутков (диаметром 4—6 мм) из того же сплава, что и завариваемая отливка. Прутки изготавливают обычно литьем в кокиль.
Алюминиевые сплавы наряду с высокой теплопроводностью обладают и большой скрытой теплотой плавления (96 кал/г) по сравнению со скрытой теплотой плавления железа (64 кал/г) и меди (49 кал/г). Следовательно, для образования надежного соединения расплавленного металла сварочной проволоки с основным металлом необходимо непосредственное воздействие сварочной дуги на всю область контакта жидкой и твердой фаз сварочной ванны.
При сварке неплавящимся электродом ванна жидкого металла образуется лишь в зоне горения и в основном за счет расплавления основного металла (доля присадочного материала в однопроходном шве не превышает 30%); усиление имеет плавный переход к основному металлу (рис. 93). При сварке же плавящимся электродом дуга гораздо более концентрированная и сильнее углублена в основной металл, размер сварочной ванны увеличен за счет наплавленного металла (доля которого в шве не менее 50%), поэтому периферийная часть ванны не подвергается непосредственному воздействию дуги, возникает опасность образования несплавления.
Таким образом, правильная разделка кромок под сварку обусловливает высокое качество сварного соединения и технологичность его выполнения. Во всех случаях предпочтение следует отдавать двусторонней сварке. Если такую сварку применять невозможно или нецелесообразно, то следует уделять особое внимание предотвращению и устранению дефектов в корне шва.
Заварку дефектов способом электродуговой сварки производят постоянным током прямой полярности (при работе с угольным электродом) или обратной полярности (при использовании металлического электрода). Источниками тока служат стандартные сварочные генераторы. При использовании угольного или графитового электрода (стержень диаметром 6—15 мм) в качестве присадочного материала применяют проволоку или прутки из того же сплава, что и завариваемая отливка. Присадочные прутки для защиты от окисления при заварке покрывают флюсом АФ-4А, разведенным водой до консистенции жидкой пасты. При заварке плавящимся (металлическим) электродом применяют сварочную проволоку марок АК5, Св.АМг3, Св.АМг61 с покрытиями МАТИ-1 или МАТИ-2. Покрытие в виде жидкой пасты наносят на электрод слоем 1,0—1,2 мм и просушивают при температуре не ниже 80° С.
Следует учитывать, что при заварке охлаждение заваренных участков отливки сопровождается возникновением в них растягивающих напряжений, величина которых прямо пропорциональна коэффициенту термического расширения сплава. Это может привести к образованию трещин, на границе здоровой и заваренной зон в том случае, когда возникшие напряжения по величине превосходят предел текучести сплава. Появление трещин после заварки наиболее характерно для отливок из сплавов, обладающих сочетанием таких неблагоприятных свойств, как высокий коэффициент термического расширения, низкий коэффициент теплопроводности, низкий предел текучести (сплавы типа магналий, АЛ24). Поэтому отливки из этих сплавов перед заваркой обязательно следует подвергать общему нагреву в печи. При этом уменьшается также возможность коробления отливок.
Коробление отливок, вызванное остаточными напряжениями, возникшими после литья, термической обработки или заварки, исправляют путем рихтовки (правки) отливок в специальных приспособлениях вручную или под прессом. Однако следует учитывать, что рихтовка сложных тонкостенных отливок с поверхностью большой протяженности (в особенности из сплавов с малой пластичностью) может привести к образованию трещин и поломке. Кроме того, рихтовка не снимает внутренние напряжения в отливке, а лишь перераспределяет их по ее сечению. Поэтому во всех случаях следует избегать этой операции, обеспечивая достаточную жесткость конструкции отливки путем установки технологических ребер, стяжек и т. п.
Другие методы исправления наружных дефектов, например применение эпоксидных замазок, а также газопламенное напыление порошков пластмассы, не нашли достаточно широкого применения и используются в основном для придания отливкам товарного вида.
Основной причиной брака отливок из сплавов с широким интервалом кристаллизации является усадочная пористость, нарушающая герметичность отливок в условиях работы под внутренним давлением газа или жидкости. В таких случаях течь обычно устраняют пропиткой. Наибольшее применение нашли следующие методы пропитки: 1) герметизация с помощью внутреннего давления; 2) вакуумная пропитка; 3) комбинированный метод (вакуумирование+избыточное давление с наружной поверхности) .
Герметизацию с применением внутреннего давления производят следующим образом: в отливке заглушают все отверстия, кроме одного, затем через свободное отверстие заливают пропитывающий состав и подводят давление, превышающее рабочее на 50—100%. Отливку выдерживают под давлением в течение 1—1,5 ч, затем снимают давление, сливают пропитывающий состав и производят просушку отливки. Допускаемая трехразовая пропитка с проверкой отливки на герметичность.
Вакуумную герметизацию можно проводить как до анодирования отливок, так и после анодирования. Отливку предварительно очищенную и обезжиренную, закрепляют в специальном приспособлении и соединяют ее внутреннюю полость с вакуумным насосом, который создает в ней разрежение порядка 10—50 мм рт. ст. Дефектное место отливки покрывают пропитывающим составом и поддерживают разрежение в течение нескольких минут для лучшего заполнения пор, после чего наносят следующие слои (обычно три слоя) и отливку сушат.
При герметизации комбинированным методом отливки, предварительно очищенные, обезжиренные и подогретые, помещают в бак (или автоклав), в котором создают разрежение порядка 10—15 мм рт. ст. Затем бак заполняют пропитывающим составом, снимают разрежение, создают в баке давление (5—6 ат) и выдерживают в баке отливки в течение нескольких минут (рис. 94). Таким методом производят пропитку алюминиевомагниевых отливок церезином марки 80 (ГОСТ 2488—47) или лаком Сб-1с (ТУ МХП 2785—54). Внешний вид церезина — однородная масса желтого цвета с температурой каплепадения 30° С; рекомендуется он для пропитки литых деталей, предназначенных для кратковременной работы под давлением 200 ат при температуре не выше 50° С. Пропитке церезином подвергают детали, прошедшие полную механическую обработку и анодированные. Церезин для пропитки отливок применяют в расплавленном и нагретом до 110—160° С состоянии.
Лак Сб-1с — бесцветное маслостойкое вещество. Пленка лака является электроизоляционным покрытием, устойчивым к периодическому действию морской воды. Лак Сб-1с рекомендуется для пропитки корпусных деталей, работающих под давлением газа пли масла 2—6 ат при температуре не выше 80° С в течение длительного периода времени. Анодирование деталей, пропитанных лаком Сб-1с, не допускается, поэтому пропитывать детали следует после окончательной механической обработки и последующего анодирования. Пропитка лаком Сб-1с производится при нормальной температуре. В случае получения недостаточной герметичности при повторной пропитке допускается подогрев лака до 40—50°С для уменьшения его вязкости. При этом необходимо следить, чтобы вязкость лака была постоянной в пределах 12—25 с по воронке ВЗ-1. Лак Сб-1с разбавляют растворителем, в состав которого входит 70% уайт-спирита и 30% ксилола.
В табл. 105 приведены результаты испытании деталей из сплава АЛ27-1, пропитанных церезином и лаком Сб-1с.
Приведенные результаты показывают, что пропитка методом вакуум-давления деталей из алюминиевомагниевых сплавов значительно повышает герметичность этих деталей и обеспечивает надежную их эксплуатацию при высоких внутренних давлениях.
Одним из основных вопросов проблемы уплотнения негерметичиых отливок является выбор материала, заполняющего при пропитке сквозные капиллярные каналы в стенках детали. От качества пробок, образующихся в каналах негерметичности, в конечном счете зависит степень уплотнения. Пропиточные материалы должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) хорошо заполнять сквозные капиллярные каналы отливки и обеспечивать надежную связь герметика с отливкой;
2) образовывать в пустотах при затвердевании и полимеризации плотные пробки, что оценивается по проценту сухого остатка;
3) обеспечивать высокую прочность и эластичность пробок в капиллярных каналах;
4) иметь минимальную склоность к электрохимической коррозии на границе раздела материал отливки — герметик — рабочая среда;
5) обладать химической стойкостью при работе в агрессивных средах.
Кроме того, пропиточные составы должны быть недефицитными, легко удаляться с поверхности деталей, обеспечивать доброкачественное нанесение лакокрасочных покрытий, давать возможность совмещения режимов полимеразации с температурами искусственного старения и быть нетоксичными.
Наиболее перспективными пропитывающими материалами следует считать герметизирующие составы на основе синтетических смол — не только эпоксидной, но и полиэфирной, фенольно-крезольной и венил-толуоловой. Синтетические смолы экономичны, просты в употреблении и дают надежные результаты. Они характеризуются высокой адгезией к металлам, химической стойкостью, эластичностью.
Из полиэфирных пропитывающих материалов наиболее популярны полиэфирно-стироловый и полиэфирно-диаллилфталатовый сополимеры. В материале первого типа содержится обычно 25—30% стирола, но, если требуется более низкая вязкость, содержание стирола можно доводить до 50%.
Пропитывающие материалы на основе полиэфирной смолы дороже, чем на основе жидкого стекла, но применимы для отливок из любого сплава. В связи с отсутствием растворителей усадка при затвердевании невелика, а низкая вязкость и поверхностное натяжение позволяют проникать пропитывающим материалам в микропоры и заполнять их. Полиэфирные пропитывающие материалы стойки против действия воды, пара, бензина, масел, солей, слабых кислот и большинства пищевых продуктов. Они выдерживают от -50° С до +60° С.
Пропитывающие материалы на основе жидкого стекла значительно дешевле и с успехом используются для герметизации отливок неответственного назначения. Из отливок, пропитанных водными растворами жидкого стекла без добавок, значительная часть влаги испаряется, но оставшаяся часть может вызвать коррозию. Поэтому пропитывающие материалы на основе жидкого стекла в отличие от полиэфирных не рекомендуется применять для увеличения коррозионной стойкости отливок или для обработки их перед нанесением гальванических покрытий.