Методы восстановления деталей

   Автоматическая и  полуавтоматическая наплавка в  среде защитных газовплавящимся и неплавящимся (вольфрамовым) электродами на постоянном токе при обратной полярности с использованием углекислого газа для стальных и аргона и гелия для алюминиевых деталей.  Электродная проволока диаметром 0,8-2,5 мм марок Св-0812СА, Св-12ГС, Св-18ХГСА, Нп-ЗОХГСА и др. Толщина наплавленного слоя 0,8-1 мм, твердость HRC 24—35, а после закалки — до HRC 50. Применяется для восстановления деталей, в том числе тонкостенных и малого сечения, диаметром от 10 мм (чаще всего шейки валов). Электроконтактная наплавкана токарном станке переменным током путем приварки навиваемой на деталь проволоки (ленты) при одновременном ее деформировании с помощью двух роликов до требуемой толщины слоя покрытия. Электродная проволока Нп-40, Нп-50, Нп-ЗОХГСА и др. диаметром 0,5-2 мм. Толщина наплавленного слоя 0,2-1,5 мм. При электроконтактном напекании вместо проволоки используются металлические порошки (ПЖ-3, ПЖ-5 и др.). Наплавка является самым распространенным способом восстановления деталей на судоремонтных и машиностроительных предприятиях. Её широкое применение объясняется высокими технико-экономическими показателями. Наплавкой можно нарастить слой практически любой толщины, различного химического состава и физико-механических свойств. Возможности наплавки ещё более расширяются с применением различных методов упрочнения. 
Основными разновидностями способа наплавки, нашедших широкое применение в практике восстановления деталей являются: электродуговая, электроконтактная, вибродуговая, газовая, плазменная и лазерная.     Электродуговая наплавка включает в себя виды: под слоем флюса, в среде защитных газов и открытой дугой. Наплавка под слоем флюса рекомендуется для восстановления деталей со значительным износом. Она обеспечивает стабильное качество наплавленного металла и высокую производительность. 
   Наплавка в среде защитных газов, в основном углекислого газа (CO2), применяется для восстановления различных деталей и обладает рядом преимуществ. Основными из них являются: простота, возможность наплавлять слой метала небольшой толщины, хорошая видимость зоны горения дуги и др. В качестве материала широко используются электродная проволока и лента. Для получения износостойких поверхностей применяют также порошковую проволоку. Основным недостатком наплавки в углекислом газе является значительное разбрызгивание металла. 
   Наплавка открытой дугой имеет следующие преимущества перед способами наплавки под слоем флюса и в среде защитного газа в том, что отпадает необходимость в специальной защите сварочной ванны. Это обеспечивается применением специальных материалов, например порошковой проволоки, в состав которой входят защитные газо- и шлакообразующие вещества.    Сущность электроконтактной наплавки заключается в совместном деформировании наплавляемого металла и поверхностного слоя детали, нагретых в месте деформации до пластического состояния короткими импульсами тока. Имеет перед электродуговой наплавкой ряд преимуществ: повышение производительности труда, меньшую зону термического влияния, благоприятные условия труда, низкую энергоёмкость, уменьшение расхода металла вследствие меньшего припуска на механическую обработку. В качестве наплавляемого материала могут использоваться проволока, лента, порошки. Вибродуговая наплавка основана на использовании теплоты кратковременной дуги, возникающей в момент разрыва цепи между вибрирующим с постоянной частотой и амплитудой электродом и наплавляемой поверхностью. По сравнению с электродуговой она имеет меньшую зону термического влияния и значения деформаций, позволяет получать тонкие слои наплавляемого металла (0,5 – 1,0 мм).

   Газовую наплавку  проводят путём расплавления  пруткового или порошкового наплавочного  материала в газокислородном  пламени горелки. При восстановлении  и упрочнении деталей широкое  применение находит газовая наплавка  твёрдых порошкообразных самофлюсующихся  материалов. Преимуществом этого  способа восстановления является  возможность получения гладких  равномерных по толщине слоёв  наплавляемого металла с минимальным  припуском на обработку.

   При плазменной  наплавке в качестве источника  теплоты используют струю плазмы, представляющую собой сильно  ионизированный газ с температурой  до 15000-20000 градусов по Цельсию. Плазма  образуется путём вдувания в  электрическую дугу плазмообразующего  газа и обжатия его струи  водоохлаждаемым соплом. Может использоваться  другой поток газа, окружающий  струю плазмы для защиты наплавляемого  слоя от воздействия атмосферы. В качестве присадочного материала  используют проволоку или металлический  порошок. Последний нашёл широкое  применение, способствуя значительному  повышению износостойкости и  увеличению срока службы восстановленных  деталей.

   Лазерная наплавка деталей  осуществляют с помощью светового  лазерного луча, излучаемого оптическим  квантовым генератором. Благодаря  узкой направленности лазерного  луча и высокой плотности энергии  в зоне его воздействия на  материал возможно наплавлять  практически любые материалы. Наиболее  простой является наплавка порошковых  материалов. Сущность этого процесса  заключается в нанесении порошковой  смеси на изношенную поверхность  детали и в последующей её  обработке мощным излучением (лазером). Локальная фокусировка излучения  позволяет проводить наплавку  труднодоступных мест. При этом  исходная структура почти не  изменяется и таким образом  удаётся достичь высокой износостойкости  и предела усталости. Локальность  и скорость наплавки являются  существенным достоинством метода, поскольку исключает разогрев  детали и искажение её формы. Низкая энергоёмкость, высокая производительность  и незначительные потери наплавляемого материала делают лазерную наплавку перспективным способом восстановления изношенных деталей.

   Наплавка-напыление  – сравнительно новый способ  нанесения покрытий соединивший  преимущества наплавки и напыления. Используются две дуги, прямая, горящая  между плазматроном и изделием, и косвенная, горящая внутри плазматрона. В результате чего появляется  возможность уменьшить количество  тепла, передаваемого детали, а тепло, необходимое присадочному материалу  для расплавления, передать за  счёт косвенной дуги. Восстановления  деталей газотермическим напылением  состоит в плавлении исходного  материала и переносе его на  поверхность детали струёй воздуха, плазмы или пламенем некоторых  горючих газов и их смесей. 
Основными разновидностями газотермического напыления, применяемых для восстановления деталей, являются электродуговая металлизация, газопламенное, плазменное и детонационное напыление.

6.Металлизация (напыление).

6.1.Виды и применение  металлизации.

   Суть металлизации  заключается в расплавлении исходного  материала в электрической дуге  и напылении его струёй воздуха  на поверхность детали. Она отличается  высокой производительностью и  простотой. Недостатками являются  перегрев, окисление и выгорание  легирующих элементов напыляемого  материала, недостаточная прочность  сцепления, а также большие потери  напыляемого материала. Электродуговая металлизация может успешно применяться для восстановления различных деталей, обеспечивая достаточную прочность сцепления с основой.  

Рис. 13.Газопламенное напыление.

Рис. 14.Вибродуговая наплавка.

  Отличается простотой, портативностью и мобильностью оборудования, низкие затраты на эксплуатацию, возможность получать покрытия при низких температурах восстанавливаемых деталей, исключающих термическое влияние на основной материал (напыление без последующего оплавления). Недостатками этого способа являются: невозможность получения покрытий из тугоплавких материалов, значительную пористость и недостаточную адгезию наносимого слоя с поверхностью детали.

Рис. 15.Плазменное напыление.

   Благодаря высокой  температуре струи плазмы позволяет  сравнительно просто наносить  на детали тугоплавкие материалы. Покрытия, полученные этим способом, обладают высокой плотностью  и хорошим сцеплением с основой. К недостаткам следует отнести  низкую производительность способа, значительный шум, сильное ультрафиолетовое  излучение.

Рис. 16.Детонационное напыление.

   Позволяет наносить любые материалы на любые подложки без изменения свойств материала основы. Сущность этого способа заключается в следующем: в трубу – ствол вводят заряд взрывчатой газовой смеси и определённую дозу напыляемого порошка. Фронт пламени подожжённой смеси распространяется вдоль ствола с возрастающей скоростью и порождает детонационную волну, скорость которой составляет 2-4 км/с. Этот поток придаёт необходимое ускорение напыляемому порошку и наносит его на изношенную поверхность детали. При этом предварительной обработки изношенных поверхностей не требуется. Покрытия обладают высокой твёрдостью и прочностью сцепления, низкой пористостью. Недостатками этого способа являются значительный шум, неэкологичность, низкая производительность и высокая стоимость оборудования.  
Применяется при ремонте металлических и неметаллических деталей для их склеивания и крепления, заделки трещин, раковин, пробоин, восстановления неподвижных посадок и резьбовых соединений.                                      

                                      7.Склеивание.

7.1.Технологический  процесс склеивания.

 
   Технологический процесс  склеивания состоит из следующих  этапов: 
1. Подготовка поверхностей к склеиванию. Она включает в себя механическую обработку (при необходимости), очистку от грязи и оксидов, тщательное обезжиривание (авиационным бензином, ацетоном, спиртом). Шероховатость поверхности должна соответствовать Rz=20 мкм. 
2. Приготовление и нанесение клея (кистью или шпателем) на поверхность. Слой клея должен быть равномерным толщиной около 0,1 мм при условии отсутствия в нем пузырьков воздуха. При заделке пустот и зазоре между склеиваемыми деталями свыше 0,15 мм слои клея чередуют с прокладками из стеклоткани или приготовляют пасты внесением в клей наполнителей — металлических порошков, цемента марки 500, стекловолокна, графита и др. Участки поверхности, не подлежащие склеиванию, изолируют слоем 3.     3.Совмещение склеиваемых поверхностей, исключающее самопроизвольное их смещение. До отвердения клея поверхности должны выдерживаться под давлением 0,3—1 МПа с помощью струбцин, пневмо- и гидропрессов. Процесс склеивания может выполняться как с подогревом с помощью различных нагревателей, так и без подогрева. 
4. Испытание на прочность или герметичность. 
5. Окончательная механическая обработка при необходимости с применением охлаждающей жидкости или без нее в зависимости от теплостойкости клеевого соединения. 
При работе с клеями, содержащими токсичные вещества, необходимо соблюдать соответствующие меры безопасности. 
 
                    

7.2.Типы клеев  и их основные характеристики.

8.Восстановление  пайкой.

   Используется в  ремонтном деле для восстановления  трубопроводов, баков, радиаторов, кабин, электропроводки и прочих деталей  путем соединения подогретых  металлических поверхностей с  помощью расплавленного присадочного  материала — припоя. Припои делятся  на мягкие и твердые.

8.1.Виды припоев.

Мягкие припои (температура плавления до 300 °С) применяют для соединений незначительной прочности (σв = 28-47 МПа) и представляют собой сплавы олова со свинцом марок от ПОС-4 до ПОС-90 в порядке возрастания требований к прочности и коррозионной стойкости. Изготовляются в виде проволоки, прутков, трубок, заполненных флюсом. В качестве флюса применяют хлористый цинк при паянии сталей и бронзы, канифоль и нашатырь для меди и латуни, соляную кислоту для чугуна. Паяние производят паяльником или погружением деталей в расплавленный припой. Зазор между соединяемыми поверхностями 0,05—0,2 мм.

Твердые припои (температура плавления 800—900 °С) применяют при повышенных требованиях к прочности шва (σв = 260-300 МПа), в том числе при действии высоких температур. В основном применяют медно-цинковые припои марок: ПМЦ-36 — для пайки латуни, ПМЦ-48 — для меди, МПЦ-54 — для стали, чугуна, бронзы. Для высокопрочных соединений из меди, стали и чугуна применяют латунь Л-63, а для деталей из алюминиевых сплавов — силумин и припой марки 34А. Флюс — прокаленная бура или ее смесь с борной кислотой, а при паянии алюминия — флюс марки Ф320А. 
 
   Процесс нагревания детали — газопламенный, электроконтактный, твч, в печи, а для алюминиевых сплавов — ультразвуковым паяльником УП-21. Зазор между соединяемыми поверхностями 0,03—0.05 мм. 
Подготовка поверхностей к паянию заключается в их подгонке, разделке кромок, механической очистке от грязи и окислов, обезжиривания, установке специальных приспособлений, нанесении флюса. По окончании паяния шов зачищают от избытка припоя и промывают водой для удаления остатков флюса.

      9.Восстановление гальваническим  покрытием. 
 
   Гальванопокрытие применяется для восстановления изношенных участков деталей, защиты деталей от коррозии, а также для декоративных покрытий. Краткая характеристика основных видов этих покрытий приведена в таблице.        

9.1.Основные виды  электролитических и химических  покрытий