Кузнечная сварка и наварка стали

Кузнечная сварка - операция, при которой куски металла, доведенные до плавления, соединяются между собой и проковываются. Наварка - процесс, при котором на сталь одних механических и качественных свойств наваривают сталь с другими качествами. Так, при изготовлении топора употребляют сталь марки 2, а для придания стойкости его рабочей части - лезвию к нему приваривают кусочек инструментальной стали.

Чтобы сделать качественную сварку, необходимо обеспечить плотное соприкосновение свариваемых поверхностей. Для этого поверхности свариваемых деталей перед сваркой подгоняют одну к другой, а после нагрева хорошо очищают от окалины. Во избежание образования окалины во время нагрева изделия огонь горна вначале не должен быть очень сильным, а изделие должно лежать на слое угля так,чтобы дутье проходило через слой угля и только тогда уже достигало металла. Когда металл нагреется почти до белого цвета, дутье усиливают, а свариваемое место поковки посыпают чистым сухим песком. Песок с окалиной дает легкоплавкую смесь, которая защищает металл от окисления. Лучшими флюсами для удаления окалины являются специально составленные сварочные смеси.

Составные части перед перемешиванием подготавливают следующим образом: железные или чугунные опилки прокаливают до красного цвета, чтобы выжечь из них примеси и окислы; буру плавят и после охлаждения растирают в мелкий порошок; канифоль, синькали (красная или желтая кровяная соль), кальцинированную соду, поваренную соль размельчают до мелкого порошкообразного состояния. После приготовления составных частей нужные из них (при данной сварке) ссыпают в одну посуду и хорошо перемешивают. Этой смесью и пользуются при сварке. Приготовленную таким образом смесь хранят в закрытой банке, чтобы туда не попадали посторонние примеси.

При сварке стали или железа достаточно 2-3 раза посыпать смесью нагретую до сварочной температуры поверхность металла, чтобы окалина, соединившись со смесью, дала легко снимающуюся корку. При нагревании свариваемого изделия или заготовки его нужно время от времени поворачивать, стараясь держать место сварки кверху. Нагревание ведут до сварочной температуры, при которой металл начинает давать искры. Температура сварки для железа и стали 1200-1400°, причем мягкая сталь и железо свариваются при более высокой температуре, чем твердая сталь.

После достижения сварочной температуры изделие выхватывают из горна и поверхность свариваемых мест очищают от приставших посторонних тел. Сварку надо проводить как можно быстрее, так как металл при сварочной температуре легко окисляется.

Сварка внакладку. При этом способе концы свариваемых частей нагревают на длину, в 3-4 раза превышающую толщину или диаметр этих частей, и утолщают высаживанием их. Затем оба куска снова кладут в горн и нагревают до температуры сварки. Чтобы убедиться, что металл нагрет до сварочной температуры, по нагретому для сварки месту трут заостренным концом жигала или кочерги; если при этом металл отделяется кусочками в виде пленки, значит температура достаточна.

Когда металл начинает давать искры, оба куска быстро вынимают из горна, кладут на наковальню, счищают окалину и приставшие кусочки угля, затем легкими, но частыми ударами, направленными к центру соприкасающихся поверхностей, соединяют свариваемые концы. Удары вначале не должны быть сильными, так как при сильных ударах металл, нагретый до состояния текучести, раздается в стороны, и тогда соприкасаются менее нагретые непластичные поверхности металла, которые не могут свариваться. Поэтому для того чтобы один кусок металла пристал к другому, достаточно легких, но очень частых ударов ручником, прижимающих все точки свариваемых концов металла. Когда два свариваемых куска металла достаточно соединяются, тогда место сварки проковывается более сильными ударами. Проковку лучше вести после вторичного нагрева сваренной детали. Отделывают место сварки при помощи гладилок и обжимок.

Сварка в стык. При этом способе свариваемые концы нагревают и слегка закругляют. Затем делают второй нагрев до сварочной температуры, после чего концы прикладывают н к другому и легкими ударами молотка проковывают, осле сварки места утолщения и углубления от ударов молотка сглаживают при помощи обжимки или гладилки. К этому же способу сварки можно отнести также приварку стержней или полос к плитам. В этом случае конец стержня высаживают и закругляют, в плите же на месте сварки делают небольшое углубление, в которое вставляют высаженный конец привариваемого стержня. Стержень и плиту нагревают до сварочной температуры и ударом молота стержень прижимают к плите. Если температура нагрева была доведена правильно, а свариваемые детали, то есть форма углубления в плите и форма конца стержня, были подогнаны хорошо, то сварка получается прочной.

Сварка в паз. Этот способ сварки применяют при соединении стержня с пластиной. Для этого конец стержня разрубают зубилом на длину 30-60 мм (обыкновенно это равняется длине одного вара). Такой же длины делают и отросток у пластины, который вкладывают в разрез стержня и легкими ударами ручника зажимают там. Соединенные таким образом стержень с пластиной нагревают в горне до сварочной температуры и приваривают. После приварки места сварки проковывают и обжимают обжимкой.

Вварка кусков. В практике работы кузнеца часто приходится ремонтировать валики сельскохозяйственных машин, поверхность которых в одной его (рабочей) части износилась (стерлась) и диаметр валика стал тоньше. Чтобы восстановить его до первоначальных размеров, по краям износа сверлят два отверстия, а промежуток между отверстиями разрубают зубилом и в образовавшуюся щель (прорезь) плотно вгоняют кусок стали (по возможности той же марки, что и ремонтируемый валик), затем поковку нагревают до сварочной температуры и легкими ударами ручника проковывают свариваемый участок. После сварки металл нагревают до ковочной температуры и молотком, обжимками или гладилкой обжимают до нужных размеров.

Сварка внахлестку. В основном сваркой внахлестку изготовляют колесные шины и кольца для ступиц колеса. Делают эту сварку следующим образом: концы заготовленной полосы разрубают посредине и отгибают в противоположные стороны, затем все кольцо или шину сгибают, так чтобы концы ее отходили от места пересечения на 50-300 мм (в зависимости от диаметра кольца или шины). Этим достигается упругость шины и при соединении концов они плотно прижимаются один к другому. Соединенную так шину или кольцо кладут в горно и нагревают до сварочной температуры и проковывают.

Термическая обработка металла - тепловое воздействие на металлы и сплавы для изменения структуры, механических и физических свойств. Основные виды термической обработки металла - отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

При отжиге устраняют внутренние напряжения в металле (сталь, чугун), образовавшиеся в процессе ковки, неправильного охлаждения или наклепа при холодной обработке давлением. В этом случае применяют неполный отжиг, он заключается в нагреве металла ниже критической точки (720°) с последующим медленным охлаждением. Для улучшения механических свойств (обрабатываемости), устранения химической и структурной неоднородности в металле отжиг производят при нагреве выше критической точки, то есть выше 720°, и затем медленно охлаждают.

При нормализации микроструктура металла приходит в однородное состояние по величине зерна и по твердости. Нормализацию производят при нагреве стали на 25-50° выше, чем при отжиге с последующим медленным охлаждением на воздухе. Иногда для улучшения обрабатываемости нормализованную сталь подвергают дополнительному отпуску (с нагревом стал и до 500-600° и охлаждением на воздухе).

Закалку производят для резкого повышения твердости и износоустойчивости металла (стали и чугуна). При закалке металл нагревают выше критической температуры (720°) и в последующем быстро охлаждают в жидкости (вода, керосин, масло и т. д.) или струей холодного воздуха. Следует строго придерживаться температурных режимов, так как повышение температур выше рекомендуемых на 60-100° приводит к ухудшению свойств стали. Контроль за степенью нагрева осуществляют при помощи пирометров, а при отсутствии пирометров температуру определяют (ориентировочно) по цвету каления.

Отпуск. В результате закалки твердость стали резко увеличивается, а вязкость уменьшается, вследствие этого закаленные изделия становятся чрезвычайно хрупкими, поэтому изделия после закалки подвергают отпуску до такой степени, при которой сталь, оставаясь достаточно твердой, теряет хрупкость. Режим отпуска закаленных сталей подбирают в зависимости от условий работы. Режущие инструменты, изготовленные из инструментальных углеродистых сталей, отпускают при температуре нагрева до 200 - 260°; детали различных машин, изготовленные из конструкционных углеродистых сталей, отпускают при температуре нагрева до 400-600°; цементированные детали отпускают при температуре нагревало 130-200°. Контроль температуры отпуска осуществляют при помощи пирометра. При отсутствии пирометра температуру нагрева ориентировочно определяют по изменению цвета нагретого участка, так называемым цветам побежалости.

Если по характеру работы деталь должна иметь твердую наружную поверхность и мягкую сердцевину, то деталь подвергают поверхностному науглероживанию - цементации. Цементацию производят путем прокаливания детали или изделия в веществах, легко отдающих углерод, так называемых карбюризаторах. В качестве карбюризаторов применяют твердые, жидкие и газообразные вещества.

Детали или изделия, подл ежащие цементации, помещают в железный ящик с таким расчетом, чтобы между деталью и стенками ящика, а также между самими деталями был слой карбюризатора толщиной не менее 25-30 мм. Слой карбюризатора насыпают также и сверху деталей, после этого ящик закрывают железной крышкой, все щели замазывают огнеупорной глиной, а при отсутствии ее в хозяйстве - специально составленной смесью (песка 33%, глины 67%, разведенных жидким стеклом, или же смесью -глины 60 %, песка 10%, березовой золы 20% и поваренной соли 10%). Затем ящик помещают в горно для цементации. Чтобы правильно установить время цементации, в ящик вместе с деталями помещают "свидетеля" (металлический пруток диаметром 10мм, изготовленный из того же материала, что и цементируемые детали). "Свидетеля" укладывают в ящик так, чтобы один его конец выходил из ящика наружу (через сделанное для этого отверстие). После того как пройдет время, установленное для цементации деталей, "свидетеля" выдергивают из ящика и, закалив в воде, разламывают. По излому цементировавшейся части определяют глубину слоя цементации. Если он не соответствует заданной глубине, то цементацию продолжают еще некоторое время. При соответствии цементированного слоя заданной глубине ящик вынимают из горна, вскрывают и производят закалку цементированных деталей.

Нежелательно сокращать и срок цементации путем повышения температуры. Если цементированной детали необходимо обеспечить особо прочную сердцевину при наибольшей твердости ее поверхности, то производят двойную закалку. Для этого деталь нагревают до 830-860° и закаливают в масле. Затем деталь снова нагревают до температуры 750-770° и закаливают в воде. После второй закалки детали дают нормальный отпуск при температуре 150-200°. Иногда требуется зацементировать не всю поверхность детали, а часть ее или несколько участков. В этом случае участки детали, не требующие цементации, прикрывают асбестом, металлическими кольцами (пластинами) или омедняют. Прикрытые такими защитными кольцами участки при цементации детали остаются незацементированными.

Новости светотехники