Классификация и общая характеристика способов создания ремонтных заготовок

Ремонтные заготовки получают без вло­жения или с вложением материалов в исходные заготовки. В 1-м случае элементы детали обрабатывают под ремонтные размеры и в качестве припусков используют изношенные поверхностные слои мате­риала или материал детали перемещают внутри ее объема. Во 2-м слу­чае на восстанавливаемые элементы наносят покрытия и деталь в процессе восстановления приобретает номинальные размеры.

1-й способ обеспечивает наименьшую трудоем­кость восстановления, правильную геометрическую форму восстанавли­ваемых элементов и возвращает сопряжению деталей первоначальный за­зор. Однако реализация способа сопряжена с большими затратами на при­обретение заменяемой детали, а в эксплуатации возможен повышенный износ подвижного сопряжения из-за снятия наружного более износостой­кого слоя материала, имеет место также снижение усталостной прочности шеек валов.

Восстановительные покрытия наносят наплавкой, приваркой, напы­лением, химическим осаждением из растворов, электролизом, осаждением из газовой или парогазовой фазы и др. Ведущее место в процессах создания ремонтных заготовок занимает наплавка, в свою очередь до 80 % ее объема приходится на ее механизиро­ванные способы. При наплавке применяют различные источники тепла для нагрева наносимых материалов и детали. При этом материал покрытия плавится (теплом пламени, дуги, тока, излучения и др.), переносится на оплавленную восстанавливаемую поверхность, а ванна металла кристалли­зуется.

В зависимости от вида присадочного материала различают дуговую наплавку: компактной или порошковой проволокой или лентой, по обо­лочке, электромагнитной шихтой и порошками. В зависимости от вида за­щиты сварочной ванны от влияния атмосферного воздуха наплавка бывает: без защиты, под слоем флюса, в среде защитных газов, самозащитной про­волокой. По степени автоматизации наплавку делят на ручную, полуавто­матическую и автоматическую.

В зависимости от вида источника диспергирования частиц напыляе­мого материала и источника тепловой энергии различают основные виды газопламенного напыления: электродуговое, газопламенное, детонацион­ное и плазменное. Плазменное напыление, в свою очередь, подразделяется на индукционное и плазменно-дуговое. По виду защиты рабочей зоны на­пыления различают его виды: без защиты, с местной защитой и в герме­тичной камере.

Процессы создания припусков с применением дополнительных дета­лей (ДРД) подразделяют в зависимости от способа закрепления ДРД и ис­пользуемой при этом энергии.

Процессы перемещения материала заготовки пластическим дефор­мированием подразделяются в зависимости от вида и источника приме­няемой энергии и соотношения направлений сил и деформаций.

В ремонтном производстве нашли наибольшее применение: электро­дуговая наплавка, газотермическое напыление, нанесение электрохимиче­ских покрытий, электроконтактная приварка металлического слоя, пласти­ческое деформирование материала, нанесение полимерных покрытий, за­крепление дополнительных ремонтных деталей. Для получения ремонтных заготовок ограниченно применяют пайку, заливку металлов и пластмасс. Заготовки машиностроения в зависимости от способа их получения делятся на штамповки, поковки, отливки и др. Ремонтные заготовки также делятся на заготовки, полученные наплавкой, напылением, электрокон­тактной приваркой металлического покрытия, пластическим деформиро­ванием, химическим, электрохимическим и электроискровым нанесением покрытий и др.

В настоящее время наибольшее развитие получают прогрессивные способы создания ремонтных заготовок: пластическое деформирование материала, лазерная обработка, ионно-плазменное напыление и др. Элек­тронно-лучевая и лазерная обработка, электроискровое наращивание, де­тонационное напыление обеспечивают высокое качество покрытий и отно­сятся к перспективным способам.

Краткая характеристика способов. Высокую производительность показывают способы напыления и наплавки. По этому показателю им ус­тупают процессы электрохимического осаждения металлов. Высокую прочность соединения покрытия с основой обеспечивает наплавка и способы напыления (плазменное и детонационное), обеспечи­вающие скорость частиц свыше 400 м/с. Наибольший расход электроэнергии приходится на электрохимиче­ское нанесение покрытий. Наплавка на переменном токе требует в два раза меньше электроэнергии, чем на постоянном токе. Необходимую твердость покрытий можно получить практически всеми способами. Большая толщина наплавочных покрытий в ряде случаев оказывается невостребованной.Способы получения ремонтных заготовок пластическим деформиро­ванием их материала не требуют нанесения покрытий и, как следствие, расхода основных материалов, хотя требуют затрат механической и тепло­вой энергий. Выбор способа создания ремонтной заготовки основан на сопостав­лении его вариантов с учетом как трудоемкости, расхода материалов и энергии, так и последующей долговечности восстановленной детали.

9 Электродуговая наплавка: определение, виды, характеристика, применение в производстве.

Наплавка покрытий — это процесс нанесения расплавленного мате­риала на разогретую до температуры плавления поверхность восстанавли­ваемой детали.

Электродуговая наплавка позволяет с высокой производительностью получать покрытия практически любой толщины, различного химического состава с высокими физико-механическими свойствами.

Виды и характеристика. Электродуговая наплавка насчитывает большое количество видов. При ее разделении на группы применяют такие признаки: уровень механизации; вид применяемого тока; вид электрода; полярность электрода при постоянном токе; способ защиты зоны наплавки от воздушной атмосферы; способ легирования на­плавляемого металла.

При ручной наплавке рабочий выполняет все технологические пере­мещения за счет расходования своей мускульной энергии, при автоматиче­ской - за счет использования энергии неживой природы, при полуавтома­тической наплавке используются оба вида энергии.

При электродуговой наплавке чаще применяют плавящиеся электро­ды. Неплавящиеся угольные электроды с введением присадочного мате­риала в дугу применяют при сварке свинца и тонколистовой стали и при наплавке твердых сплавов.

Дуга может гореть между электродом и изделием или между элек­тродами. Полярность может быть прямая (+ на детали) или обратная.

Технологические особенности электродуговой наплавки учитывают с целью ослабления нежелательных сопутствующих явлений, таких как окис­ление металла, поглощение азота, выгорание легирующих примесей и на­грев материала детали выше температуры фазовых превращений. Окисле­ние металла приводит к снижению механических свойств сва­рочного шва. Поглощение азота вызывает образование нитри­дов железа, марганца и других элементов, что увеличивает прочность шва, но резко уменьшает ударную вязкость. Свойства покрытия ухудшаются также при перемешивании его материала с материалом основы.

Ручная электродуговая наплавка выполняется в основном электро­дами с толстым покрытием и в тех случаях, когда применение механизи­рованных способов невозможно или нецелесообразно.

Для получения минимальной глубины проплавления основного ме­талла электрод наклоняют в сторону, обратную направлению наплавкиВысокая квалификация сварщиков необходима для того, что­бы вести наплавку на минимально возможных токе и напряжении с целью уменьшения доли основного металла в наплавленном покрытии.

Процесс применяют для нанесения износостойких материалов на по­верхности деталей в единичном производстве.

Наплавка под слоем флюса. Сущность электродуговой наплавки под слоем флюса заключается в том, что сварочная дуга горит между голым электродом и изделием под слоем гранулированного флюса.В зону наплавки подают электродную сплошную или порошковую проволоку (ленту) и флюс. После зажигания дуги одновременно плавится электродная проволока, поверхность детали и флюс. Сварочная дуга с каплями металла оказывает­ся в объеме газов и паров, ограниченном жидким пузырем из расплавлен­ного флюса. Этот пузырь обволакивает зону наплавки и изолирует ее от кислорода и азота воздуха. Жидкий металл в сварочной ванне состоит на 1/3 из расплавленного присадочного и на 2/3 из переплавленного основно­го металла, он постоянно движется и перемешивается. Массы расплавлен­ных флюса и присадочного металла примерно одинаковы.

Область применения механизированной наплавки под слоем флюса -восстановление деталей (диаметром более 50 мм) из углеродистых и низ­колегированных сталей, требующих нанесения покрытий толщиной более 2 мм с высокими требованиями к их физико-механическим свойствам.

Флюсы. Являются вспомогательным материалом и играют важную роль в обеспечении необ­ходимых свойств получаемого покрытия. Флюсы применяют как в виде сухих зерен, так и в виде пасты из зерен со связующим. Элементы флюса выполняют свои функции после плавления, сгорания или разложения. За­твердевший флюс в виде корки замедляет кристаллизацию металла.

Флюсы, подобно толстым электродным покрытиям, содержат такие вещества: стабилизирующие, газо- и шлакообразующие, раскисляющие, легирующие и связующие.

Наплавка в среде защитного газа. Сущность ее состоит в том, что в зону электрической дуги подают под давлением защитный газ, в результа­те чего столб дуги и сварочная ванна изолируются от кислорода и азота воздуха

В качестве защитной среды используют инертные газы (аргон, гелий и их смеси), активные газы (диоксид углерода, азот, водород, водяной пар и их смеси) и смеси инертных и активных газов. Применяют также про­дукты сгорания горючих газов или жидкого углеводородного топлива. Наилучшую защиту металла при наплавке обеспечивают инертные газы, однако их применение ограничивается высокой стоимостью. Чаще приме­няют водяной пар, пищевую углекислоту и сварочный диоксид углерода.

Механизированная наплавка в среде диоксида углерода применяется при восстановлении стальных и чугунных деталей диаметром более 12 мм широкой номенклатуры, работающих в различных условиях. Восстанавли­вают как гладкие, так и шлицевые валы. Наплавка обеспечивает формиро­вание плотного шва с небольшой зоной термического влияния, что позво­ляет осуществлять наплавку нежестких деталей малого диаметра. По срав­нению с автоматической наплавкой под слоем флюса процесс имеет сле­дующие преимущества: меньший нагрев детали; возможность наплавки деталей меньшего диаметра; более высокая производительность (в 1,2... 1,5 раза по массе и на 30...40 % по площади покрытий); исключение необхо­димости отделения шлаковой корки и зачистки швов; возможность на­плавки в любых пространственных положениях; он в 1,2... 1,5 раза эконо­мичнее.

Аргонодуговая наплавка - это разновидность наплавки в среде за­щитных газов. Применяется для нанесения покрытий на детали из алюми­ниевых сплавов и коррозионно-стойких сталей.

Вибродуговая наплавка отличается тремя особенностя­ми: в цепь нагрузки источника питания включена индуктив­ность L, во-вторых, его напряжение недостаточно для поддержания непре­рывного дугового разряда и, в-третьих, электродная проволока совершает ко­лебания относительно детали с частотой 50...100 Гц и амплитудой 1...3 мм с периодическим касанием наплавляемой поверхности. Введение индуктив­ности в цепь дуги обеспечивает накопление электрической энергии в соленоиде во время разрыва цепи. Эта энергия расходуется на зажигание дуги после разрыва сварочной цепи и ее горение в течение расчетного времени.

Вибродуговая наплавка позволяет получать покрытия высокой твер­дости и износостойкости без последующей термической обработки путем применения электродной проволоки нужного состава. Деталь нагревается до температуры не выше 100 оС. Наплавленный металл имеет равномер­ную толщину и сравнительно ровную и гладкую поверхность.

Процесс применяют при восстановлении стальных деталей (осей, толкателей), работающих в условиях изнашивания при невысоких требо­ваниях к сопротивлению усталости.

Электрошлаковая наплавка отличается тем, что на нагретой поверх­ности детали формируют ванну расплавленного флюса, в которую вводят электрод, а к детали и электроду прикладывают напряжение Ток, проходящий от электрода к детали через жидкий шлак, выделяет теп­ло, достаточное для плавления поверхности детали, электродного металла и шлака. Шлак оплавляет поверхность детали и электрода. Присадочный металл после плавления оседает и образует с помощью кристаллизатора покрытие толщиной < 12... 14 мм. Электрошлаковая наплавка дает наибольшую производительность (до 150 кг/ч) из всех видов наплавки. Количество электродного металла, расплавленного одним и тем же количеством энергии, в 2...4 раза больше, чем при ручной сварке, и в 1,5 раза больше, чем при наплавке под слоем флюсов. Наблюдается небольшой расход флюса, незначительный угар ле­гирующих элементов и высокая стойкость к образованию трещин. Хорошо удаляются вредные вещества. Из-за отсутствия дугового разряда практиче­ски исключено разбрызгивание шлака и электродного материала.

Недостатки процесса: снижение пластичности материала вследствие высокой скорости охлаждения; невозможность получения покрытий тол­щиной менее 12 мм; высокое содержание основного металла в покрытии.

 

10. Сварка в процессах создания ремонтных заготовок.

Определение и виды сварки. Сварка в ремонте машин служит для со­единения между собой деталей или их частей, закрепления дополнительных ремонтных деталей или накладок и устранения трещин с помощью сварных швов.

В зависимости от вида используемой энергии сварочные процессы разделяют на три класса: термические, механические и термомеханиче­ские. Технические признаки определяют способ защиты зоны сварки, не­прерывность процесса и степень механизации; в свою очередь, технологи­ческие признаки уточняют технические.

Наибольшее применение нашла термическая сварка с плавлением ма­териала кромок деталей, образованием сварочной ванны, подачей в нее жидкого присадочного металла и кристаллизацией металла сварного шва. В ремонтном производстве распространены следующие виды сварки: элек­тродуговая ручная электродами с толстым покрытием и прутками; электро­дуговая полуавтоматическая сплошной и порошковой проволоками; газо­пламенная прутками.

Сварной шов и его дефекты. Сварной шов (рис. 2.11.) состоит из на­плавленного металла, слоя наплавленного металла, перемешанного с основным и зоны термического влияния, металл которой нагревался и охлаждался вследствие теплопередачи. В сварных швах при их образовании появляются наружные и внутренние дефекты.

К наружным дефектам относятся горячие и холодные трещины, под­резы, наплывы и непровары.

Горячие трещины во время сварки углеродистых сталей возникают при температуре 1200...1350°С во время кристаллизации наплавленного металла. Если в это время на границе зерен имеется сравнительно легко­плавкая эвтектика, то она может разрушиться под влиянием растягивающих напряжений. Этим дефектам подвержены широкие швы.

Предварительный, до 150...700 оС, и сопутствующий подогрев детали во время сварки уменьшают вероятность появления горячих трещин. Этой цели служат также удаление с поверхности детали слоя повышенной твер­дости или содержащего дефекты, замедленное охлаждение наплавленного металла, проковка шва для снятия внутренних напряжений и уменьшение числа слоев металла при многослойной сварке.

Холодные трещины образуются при температуре ниже 400 оС. Этим дефектам подвержены мартенситные и перлитные стали при их быстром охлаждении. Трещины распространяются из наплавленного металла в ос­новной.

Подрез - это канавка у края шва. Он получается при сварке током большой силы или горелкой большой мощности.

Наплыв происходит при быстром плавлении электрода или прутка или недостаточном нагреве свариваемого металла.

Непровар характеризуется плохой связью или ее отсутствием между наплавленным и основным металлами.

К внутренним дефектам относят пережоги, шлаковые включения и га­зовые поры.

Пережог - это неисправимый дефект сварного шва, образующийся при пребывании металла в окислительной среде в жидком виде или при температуре, близкой к температуре плавления.

Шлаковые включения образуются при сварке длинной дугой или окислительным пламенем.

Газовые поры - это пузырьки газов СО, СО2, Н₂ и др. Они возникают при использовании влажных электродов, неправильной регулировке горел­ки и плохой очистке поверхностей.